Early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia (ETP ALL) is an aggressive malignancy of unknown genetic basis. We performed whole-genome sequencing of 12 ETP ALL cases and assessed the frequency of the identified somatic mutations in 94 T-cell acute lymphoblastic leukaemia cases. ETP ALL was characterized by activating mutations in genes regulating cytokine receptor and RAS signalling (67% of cases; NRAS, KRAS, FLT3, IL7R, JAK3, JAK1, SH2B3 and BRAF), inactivating lesions disrupting haematopoietic development (58%; GATA3, ETV6, RUNX1, IKZF1 and EP300) and histone-modifying genes (48%; EZH2, EED, SUZ12, SETD2 and EP300). We also identified new targets of recurrent mutation including DNM2, ECT2L and RELN. The mutational spectrum is similar to myeloid tumours, and moreover, the global transcriptional profile of ETP ALL was similar to that of normal and myeloid leukaemia haematopoietic stem cells. These findings suggest that addition of myeloid-directed therapies might improve the poor outcome of ETP ALL. This work shows that treatments used for acute myeloid leukaemia and targeted therapies could be used for early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia. The early T-cell precursor (ETP) subtype of childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) has a poor prognosis when treated with standard chemotherapy. Whole genome sequencing is used here to gain insights into the genetic basis of the condition. The results reveal a high frequency of activating mutations in genes regulating cytokine receptor and Ras signalling, lesions that disrupt haemopoiesis (many of which arise from chromosomal rearrangements that generate novel chimeric in-frame fusion genes), and inactivating mutations in histone modifying genes. This mutation pattern resembles that of myeloid malignancies, suggesting that myeloid-directed therapies such as high-dose cytarabine, or targeted therapies that inhibit cytokine receptor and JAK signalling, might be effective in ETP ALL.

Despite best current therapy, up to 20% of pediatric patients with acute lymphoblastic leukemia (ALL) have a relapse. Recent genomewide analyses have identified a high frequency of DNA copy-number abnormalities in ALL, but the prognostic implications of these abnormalities have not been defined.

Philadelphia chromosome–like acute lymphoblastic leukemia (Ph-like ALL) is characterized by a gene-expression profile similar to that of BCR–ABL1–positive ALL, alterations of lymphoid transcription factor genes, and a poor outcome. The frequency and spectrum of genetic alterations in Ph-like ALL and its responsiveness to tyrosine kinase inhibition are undefined, especially in adolescents and adults.

Purpose To examine population-based improvements in survival and the impact of clinical covariates on outcome among children and adolescents with acute lymphoblastic leukemia (ALL) enrolled onto Children's Oncology Group (COG) clinical trials between 1990 and 2005. Patients and Methods In total, 21,626 persons age 0 to 22 years were enrolled onto COG ALL clinical trials from 1990 to 2005, representing 55.8% of ALL cases estimated to occur among US persons younger than age 20 years during this period. This period was divided into three eras (1990-1994, 1995-1999, and 2000-2005) that included similar patient numbers to examine changes in 5- and 10-year survival over time and the relationship of those changes in survival to clinical covariates, with additional analyses of cause of death. Results Five-year survival rates increased from 83.7% in 1990-1994 to 90.4% in 2000-2005 (P < .001). Survival improved significantly in all subgroups (except for infants age ≤ 1 year), including males and females; those age 1 to 9 years, 10+ years, or 15+ years; in whites, blacks, and other races; in Hispanics, non-Hispanics, and patients of unknown ethnicity; in those with B-cell or T-cell immunophenotype; and in those with National Cancer Institute (NCI) standard- or high-risk clinical features. Survival rates for infants changed little, but death following relapse/disease progression decreased and death related to toxicity increased. Conclusion This study documents ongoing survival improvements for children and adolescents with ALL. Thirty-six percent of deaths occurred among children with NCI standard-risk features emphasizing that efforts to further improve survival must be directed at both high-risk subsets and at those children predicted to have an excellent chance for cure.

Abstract Minimal residual disease (MRD) is an important predictor of relapse in acute lymphoblastic leukemia (ALL), but its relationship to other prognostic variables has not been fully assessed. The Children's Oncology Group studied the prognostic impact of MRD measured by flow cytometry in the peripheral blood at day 8, and in end-induction (day 29) and end-consolidation marrows in 2143 children with precursor B-cell ALL (B-ALL). The presence of MRD in day-8 blood and day-29 marrow MRD was associated with shorter event-free survival (EFS) in all risk groups; even patients with 0.01% to 0.1% day-29 MRD had poor outcome compared with patients negative for MRD patients (59% ± 5% vs 88% ± 1% 5-year EFS). Presence of good prognostic markers TEL-AML1 or trisomies of chromosomes 4 and 10 still provided additional prognostic information, but not in National Cancer Insitute high-risk (NCI HR) patients who were MRD+. The few patients with detectable MRD at end of consolidation fared especially poorly, with only a 43% plus or minus 7% 5-year EFS. Day-29 marrow MRD was the most important prognostic variable in multi-variate analysis. The 12% of patients with all favorable risk factors, including NCI risk group, genetics, and absence of days 8 and 29 MRD, had a 97% plus or minus 1% 5-year EFS with nonintensive therapy. These studies are registered at www.clinicaltrials.gov as NCT00005585, NCT00005596, and NCT00005603.

Charles Mullighan, Stephen Hunger, Jinghui Zhang and colleagues report a genomic analysis of 264 pediatric and young adult T-lineage acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) samples. They identify 106 candidate driver genes, 53 of which have not been described previously in pediatric T-ALL, as well as associations between mutations and disease stage or subtype. Genetic alterations that activate NOTCH1 signaling and T cell transcription factors, coupled with inactivation of the INK4/ARF tumor suppressors, are hallmarks of T-lineage acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), but detailed genome-wide sequencing of large T-ALL cohorts has not been carried out. Using integrated genomic analysis of 264 T-ALL cases, we identified 106 putative driver genes, half of which had not previously been described in childhood T-ALL (for example, CCND3, CTCF, MYB, SMARCA4, ZFP36L2 and MYCN). We describe new mechanisms of coding and noncoding alteration and identify ten recurrently altered pathways, with associations between mutated genes and pathways, and stage or subtype of T-ALL. For example, NRAS/FLT3 mutations were associated with immature T-ALL, JAK3/STAT5B mutations in HOXA1 deregulated ALL, PTPN2 mutations in TLX1 deregulated T-ALL, and PIK3R1/PTEN mutations in TAL1 deregulated ALL, which suggests that different signaling pathways have distinct roles according to maturational stage. This genomic landscape provides a logical framework for the development of faithful genetic models and new therapeutic approaches.

Purpose Imatinib mesylate is a targeted agent that may be used against Philadelphia chromosome–positive (Ph+) acute lymphoblastic leukemia (ALL), one of the highest risk pediatric ALL groups. Patients and Methods We evaluated whether imatinib (340 mg/m 2 /d) with an intensive chemotherapy regimen improved outcome in children ages 1 to 21 years with Ph+ ALL (N = 92) and compared toxicities to Ph− ALL patients (N = 65) given the same chemotherapy without imatinib. Exposure to imatinib was increased progressively in five patient cohorts that received imatinib from 42 (cohort 1; n = 7) to 280 continuous days (cohort 5; n = 50) before maintenance therapy. Patients with human leukocyte antigen (HLA) –identical sibling donors underwent blood and marrow transplantation (BMT) with imatinib given for 6 months following BMT. Results Continuous imatinib exposure improved outcome in cohort 5 patients with a 3-year event-free survival (EFS) of 80% ± 11% (95% CI, 64% to 90%), more than twice historical controls (35% ± 4%; P < .0001). Three-year EFS was similar for patients in cohort 5 treated with chemotherapy plus imatinib (88% ± 11%; 95% CI, 66% to 96%) or sibling donor BMT (57% ± 22%; 95% CI, 30.4% to 76.1%). There were no significant toxicities associated with adding imatinib to intensive chemotherapy. The higher imatinib dosing in cohort 5 appears to improve survival by having an impact on the outcome of children with a higher burden of minimal residual disease after induction. Conclusion Imatinib plus intensive chemotherapy improved 3-year EFS in children and adolescents with Ph+ ALL, with no appreciable increase in toxicity. BMT plus imatinib offered no advantage over BMT alone. Additional follow-up is required to determine the impact of this treatment on long-term EFS and determine whether chemotherapy plus imatinib can replace BMT.

Genomic profiling has identified a subtype of high-risk B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) with alteration of IKZF1, a gene expression profile similar to BCR-ABL1-positive ALL and poor outcome (Ph-like ALL). The genetic alterations that activate kinase signaling in Ph-like ALL are poorly understood. We performed transcriptome and whole genome sequencing on 15 cases of Ph-like ALL and identified rearrangements involving ABL1, JAK2, PDGFRB, CRLF2, and EPOR, activating mutations of IL7R and FLT3, and deletion of SH2B3, which encodes the JAK2-negative regulator LNK. Importantly, several of these alterations induce transformation that is attenuated with tyrosine kinase inhibitors, suggesting the treatment outcome of these patients may be improved with targeted therapy.

The genetic basis of hypodiploid acute lymphoblastic leukemia (ALL), a subtype of ALL characterized by aneuploidy and poor outcome, is unknown. Genomic profiling of 124 hypodiploid ALL cases, including whole-genome and exome sequencing of 40 cases, identified two subtypes that differ in the severity of aneuploidy, transcriptional profiles and submicroscopic genetic alterations. Near-haploid ALL with 24-31 chromosomes harbor alterations targeting receptor tyrosine kinase signaling and Ras signaling (71%) and the lymphoid transcription factor gene IKZF3 (encoding AIOLOS; 13%). In contrast, low-hypodiploid ALL with 32-39 chromosomes are characterized by alterations in TP53 (91.2%) that are commonly present in nontumor cells, IKZF2 (encoding HELIOS; 53%) and RB1 (41%). Both near-haploid and low-hypodiploid leukemic cells show activation of Ras-signaling and phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-signaling pathways and are sensitive to PI3K inhibitors, indicating that these drugs should be explored as a new therapeutic strategy for this aggressive form of leukemia.

Pediatric acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a heterogeneous disease consisting of distinct clinical and biological subtypes that are characterized by specific chromosomal abnormalities or gene mutations. Mutation of genes encoding tyrosine kinases is uncommon in ALL, with the exception of Philadelphia chromosome-positive ALL, where the t(9,22)(q34;q11) translocation encodes the constitutively active BCR-ABL1 tyrosine kinase. We recently identified a poor prognostic subgroup of pediatric BCR-ABL1-negative ALL patients characterized by deletion of IKZF1 (encoding the lymphoid transcription factor IKAROS) and a gene expression signature similar to BCR-ABL1-positive ALL, raising the possibility of activated tyrosine kinase signaling within this leukemia subtype. Here, we report activating mutations in the Janus kinases JAK1 (n = 3), JAK2 (n = 16), and JAK3 (n = 1) in 20 (10.7%) of 187 BCR-ABL1-negative, high-risk pediatric ALL cases. The JAK1 and JAK2 mutations involved highly conserved residues in the kinase and pseudokinase domains and resulted in constitutive JAK-STAT activation and growth factor independence of Ba/F3-EpoR cells. The presence of JAK mutations was significantly associated with alteration of IKZF1 (70% of all JAK-mutated cases and 87.5% of cases with JAK2 mutations; P = 0.001) and deletion of CDKN2A/B (70% of all JAK-mutated cases and 68.9% of JAK2-mutated cases). The JAK-mutated cases had a gene expression signature similar to BCR-ABL1 pediatric ALL, and they had a poor outcome. These results suggest that inhibition of JAK signaling is a logical target for therapeutic intervention in JAK mutated ALL.