Abstract Chemotherapy-resistant human acute myeloid leukemia (AML) cells are thought to be enriched in quiescent immature leukemic stem cells (LSC). To validate this hypothesis in vivo, we developed a clinically relevant chemotherapeutic approach treating patient-derived xenografts (PDX) with cytarabine (AraC). AraC residual AML cells are enriched in neither immature, quiescent cells nor LSCs. Strikingly, AraC-resistant preexisting and persisting cells displayed high levels of reactive oxygen species, showed increased mitochondrial mass, and retained active polarized mitochondria, consistent with a high oxidative phosphorylation (OXPHOS) status. AraC residual cells exhibited increased fatty-acid oxidation, upregulated CD36 expression, and a high OXPHOS gene signature predictive for treatment response in PDX and patients with AML. High OXPHOS but not low OXPHOS human AML cell lines were chemoresistant in vivo. Targeting mitochondrial protein synthesis, electron transfer, or fatty-acid oxidation induced an energetic shift toward low OXPHOS and markedly enhanced antileukemic effects of AraC. Together, this study demonstrates that essential mitochondrial functions contribute to AraC resistance in AML and are a robust hallmark of AraC sensitivity and a promising therapeutic avenue to treat AML residual disease. Significance: AraC-resistant AML cells exhibit metabolic features and gene signatures consistent with a high OXPHOS status. In these cells, targeting mitochondrial metabolism through the CD36–FAO–OXPHOS axis induces an energetic shift toward low OXPHOS and strongly enhanced antileukemic effects of AraC, offering a promising avenue to design new therapeutic strategies and fight AraC resistance in AML. Cancer Discov; 7(7); 716–35. ©2017 AACR. See related commentary by Schimmer, p. 670. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 653

CD38-targeting immunotherapy is approved in combination with lenalidomide and dexamethasone in patients with newly diagnosed multiple myeloma (NDMM) that are transplant ineligible (TI) and is considered the best standard of care (SOC). To improve current SOC, we evaluated the added value of weekly bortezomib (V) to isatuximab plus lenalidomide and dexamethasone (IsaRd versus Isa-VRd). This Intergroupe Francophone of Myeloma phase 3 study randomized 270 patients with NDMM that were TI, aged 65-79 years, to IsaRd versus Isa-VRd arms. The primary endpoint was a minimal residual disease (MRD) negativity rate at 10

Abstract The development of resistance to conventional and targeted therapy represents a major clinical barrier in treatment of acute myeloid leukemia (AML). We show that the resistance to cytarabine (AraC) and its associated mitochondrial phenotype were reversed by genetic silencing or pharmacological inhibition of BCL2 in a caspase-dependent manner. BCL2-inhibitor venetoclax (VEN) enhancement of AraC efficacy was independent of differentiation phenotype, a characteristic of response to another combination of VEN with hypomethylating agents (HMA). Furthermore, transcriptional profiles of patients with low response to VEN+AraC mirrored those of low responders to VEN+HMA in clinical trials. OxPHOS was found to be a patient stratification marker predictive of effective response to VEN+AraC but not to VEN+AZA. Importantly, whereas three cell subpopulations specifically emerged in VEN+AraC residual disease and were characterized by distinct developmental and transcriptional programs largely driven by MITF, E2F4 and p53 regulons, they each encoded proteins involved in assembly of NADH dehydrogenase complex. Notably, treatment of VEN+AraC-persisting AML cells with an ETCI inhibitor significantly increased the time-to-relapse in vivo . These findings provide the scientific rationale for new clinical trials of VEN+AraC combinations, especially in patients relapsing or non-responsive to chemotherapy, or after failure of frontline VEN+HMA regimen.

ABSTRACT While transcription factor C/AAT-enhancer binding protein α (C/EBPα) is critical for normal and leukemic differentiation, its role on cell and metabolic homeostasis is largely unknown in cancer. Here, multi-omics analyses uncovered a coordinated activation of C/EBPα and Fms-like tyrosine kinase 3 (FLT3) that increased lipid anabolism in vivo and in patients with FLT3 -mutant acute myeloid leukemia (AML). Mechanistically, C/EBPα regulated FASN-SCD axis to promote fatty acid (FA) biosynthesis and desaturation. We further demonstrated that FLT3 or C/EBPα inactivation decreased mono-unsaturated FAs incorporation to membrane phospholipids through SCD downregulation. Consequently, SCD inhibition enhanced susceptibility to lipid redox stress. Moreover, this C/EBPα-dependent adaptation of FA homeostasis was exploited by combining FLT3 and glutathione peroxidase 4 (GPX4) inhibition to trigger lipid oxidative stress, enhancing ferroptotic death of FLT3 -mutant AML cells. Altogether, our study reveals a C/EBPα function in lipid homeostasis and adaptation to redox stress, and a previously unreported vulnerability of FLT3-mutant AML with promising therapeutic application. SIGNIFICANCE The transcription factor C/EBPα is as a master regulator of normal and leukemic myeloid differentiation. Here, we discovered that C/EBPα regulates fatty acid biosynthesis and metabolic adaptation to redox imbalance in leukemic cells. This confers a vulnerability to lipid oxidative stress to FLT3 -mutant cells and supports novel therapeutic opportunities for patients.

Abstract Acute myeloid leukemia (AML) with t(9;22) (q34.1; q11.2)/ BCR::ABL1 , a distinct entity within the group of AML with defining genetic abnormalities, belong to the adverse-risk group of the 2022 ELN classification. However, there is little data on outcome since the era of tyrosine kinase inhibitors. Among 5819 AML cases included in the DATAML registry, 20 patients with de novo BCR::ABL1 + AML (0.3%) were identified. Eighteen patients treated with standard induction chemotherapy were analyzed in this study. Imatinib was added to chemotherapy in 16 patients. The female-to-male ratio was 1.25 and median age was 54 years. The t(9;22) translocation was the sole chromosomal abnormality in 12 patients. Main gene mutations detected by NGS were ASXL1 , RUNX1 and NPM1 . Compared with patients with myeloid blast phase of chronic myeloid leukemia (CML-BP), de novo BCR::ABL1 + AML had higher WBC, fewer additional chromosomal abnormalities, lower CD36 or CD7 expression and no ABL1 mutations. Seventeen patients (94.4%) achieved complete remission (CR) or CR with incomplete hematologic recovery. Twelve patients were allografted in first remission. With a median follow-up of 6.3 years, the median OS was not reached and 2-year OS was 77% (95% CI: 50–91). Four out of five patients who were not transplanted did not relapse. Comparison of BCR::ABL1 + AML, CML-BP, 2017 ELN intermediate ( n = 643) and adverse-risk patients ( n = 863) showed that patients with BCR::ABL1 + AML had a significant better outcome than intermediate and adverse-risk patients. BCR::ABL1 + AML patients treated with imatinib and intensive chemotherapy should not be included in the adverse-risk group of current AML classifications.

Abstract Venetoclax‐azacitidine is the standard of treatment for unfit acute myeloid leukemia patients. In the VIALE‐A study, treatment was given until progression but there are no data on its optimal duration for responding patients who do not tolerate indefinite therapy. We retrospectively analyzed the outcome of patients who discontinued venetoclax or venetoclax‐azacitidine due to poor tolerance. Sixty‐two newly diagnosed (ND) AML patients and 22 patients with morphological relapse or refractory AML were included. In the ND cohort ( n = 62), 28 patients stopped venetoclax and azacitidine and 34 patients continued azacitidine monotherapy. With a median follow‐up of 23 months (IQR, 20–32), median overall survival and treatment‐free survival were 44 (IQR, 16‐NR) and 16 (IQR, 8–27) months, respectively. Patients who stopped both treatments and those who continued azacitidine monotherapy had the same outcomes. Negative minimal residual disease was associated with a 2‐year treatment‐free survival of 80%. In the RR cohort ( n = 22), median overall survival and treatment‐free survival were 19 (IQR, 17–31) and 10 (IQR, 5‐NR) months, respectively. Prior number of venetoclax‐azacitidine cycles and IDH mutations were associated with increased overall survival. The only factor significantly impacting treatment‐free survival was the number of prior cycles. This study suggests that patients who discontinued treatment in remission have favorable outcomes supporting the rationale for prospective controlled trials.

Targeting mitochondrial oxidative phosphorylation (OxPhos) metabolism has revealed a potential weakness for leukemic stem cells (LSCs) that can be exploited for therapeutic purposes. Fatty acids oxidation (FAO) is a crucial OxPhos-fueling catabolic pathway for some AML and for chemotherapy-resistant AML cells. Here, we identified cold sensitivity at 4 degrees Celsius (cold killing challenge: CKC4), as a novel vulnerability that selectively kills FAO-supported OxPhos LSCs in Acute Myeloid Leukemia while sparing normal hematopoietic stem cells (HSCs). Cell death of OxPhos leukemic cells was induced by membrane permeabilization at 4 degrees Celsius while by sharp contrast, leukemic cells relying on glycolysis were resistant. Forcing glycolytic cells into OxPhos metabolism sensitized them to CKC4. We show using lipidomic and proteomic analyzes that OxPhos shapes the composition of the plasma membrane and introduce variation of 22 lipid subfamilies between cold-sensitive and cold-resistant cells. Cold sensitivity is a potential OxPhos biomarker.