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

Abstract Inhibitors of the Menin-KMT2A interaction are emerging as promising agents for the treatment of KMT2A -rearranged ( KMT2A -r) acute myeloid leukemia (AML) and acute lymphoblastic leukemia (ALL). Menin is required for the recruitment of the KMT2A -fusion to a subset of its target genes. We evaluated the efficacy of Menin-inhibition in KMT2A-r leukemias with high-risk features: high-risk KMT2A fusion partners in AML ( MLLT10, MLLT4 ), infant ALL, and serial samples from patients with multiply relapsed ALL. We find that AML with high-risk fusion partners is sensitive to Menin-inhibition in xenografts. In contrast, highly pretreated samples from patients with KMT2A-AFF1 ALL are largely resistant. Menin inhibitor resistance in these patients is acquired, as Menin inhibition shows in vivo efficacy against leukemia samples obtained earlier in the same patients’ disease course. Transcriptomic analysis documents sustained on-target efficacy of the Menin inhibitor on a transcriptional level in resistant cells. However, genomic analysis documented the emergence of multiple co-mutations that may be sufficient to drive AML, and may mediate independence from the KMT2A-fusion induced transcription program. Our data suggest that it will be critical to use Menin-inhibitors upfront or in early lines of therapy before substantial clonal evolution has occurred.

Despite great attention given to the recent Zika virus (ZIKV) epidemic in the Americas, much remains unknown about its epidemiology and evolution, in part due to a lack of genomic data. We applied multiple sequencing approaches to generate 110 ZIKV genomes from clinical and mosquito samples from 10 countries and territories, greatly expanding the observed viral genetic diversity from this outbreak. We analyzed the timing and patterns of introductions into distinct geographic regions; our phylogenetic evidence suggests rapid expansion of the outbreak in Brazil and multiple introductions of outbreak strains into Puerto Rico, Honduras, Colombia, other Caribbean islands, and the continental US. We find that ZIKV circulated undetected in multiple regions for many months before the first locally transmitted cases were confirmed, highlighting the importance of viral surveillance. We identify mutations with possible functional implications for ZIKV biology and pathogenesis, as well as those potentially relevant to the effectiveness of diagnostic tests.

Lyme disease surveillance based on provider and laboratory reports underestimates incidence. We developed an algorithm for automating surveillance using electronic health record data. We identified potential Lyme disease markers in electronic health record data (laboratory tests, diagnosis codes, prescriptions) from January 2017-December 2018 in 2 large practice groups in Massachusetts, USA. We calculated their sensitivities and positive predictive values (PPV), alone and in combination, relative to medical record review. Sensitivities ranged from 57% (95% CI 47%-69%) for immunoassays to 87% (95% CI 70%-100%) for diagnosis codes. PPVs ranged from 53% (95% CI 43%-61%) for diagnosis codes to 58% (95% CI 50%-66%) for immunoassays. The combination of a diagnosis code and antibiotics within 14 days or a positive Western blot had a sensitivity of 100% (95% CI 86%-100%) and PPV of 82% (95% CI 75%-89%). This algorithm could make Lyme disease surveillance more efficient and consistent.

Abstract Acute myeloid leukemia (AML) with mutations in the tumor suppressor gene, TP53 ( TP53 mut AML), is fatal with a median survival of only 6 months. RNA sequencing on purified AML patient samples show TP53 mut AML has higher expression of mevalonate pathway genes. We retrospectively identified a survival benefit in TP53 mut AML patients who received chemotherapy concurrently with a statin, which inhibits the mevalonate pathway. Mechanistically, TP53 mut AML resistance to standard AML chemotherapy, cytarabine (AraC), correlates with increased mevalonate pathway activity and a mitochondria stress response with increased mitochondria mass and oxidative phosphorylation. Pretreatment with a statin reverses these effects and chemosensitizes TP53 mut AML cell lines and primary samples in vitro and in vivo . Mitochondria-dependent chemoresistance requires the geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) branch of the mevalonate pathway and novel GGPP-dependent synthesis of glutathione to manage AraC-induced reactive oxygen species (ROS). Overall, we show that the mevalonate pathway is a novel therapeutic target in TP53 mut AML. Significance Chemotherapy-persisting TP53 mut AML cells induce a mitochondria stress response that requires mevalonate byproduct, GGPP, through its novel role in glutathione synthesis and regulation of mitochondria metabolism. We provide insight into prior failures of the statin family of mevalonate pathway inhibitors in AML. We identify clinical settings and strategies to successfully target the mevalonate pathway, particularly to address the unmet need of TP53 mut AML.