BACKGROUND. T cells that have been modified to express a CD19-specific chimeric antigen receptor (CAR) have antitumor activity in B cell malignancies; however, identification of the factors that determine toxicity and efficacy of these T cells has been challenging in prior studies in which phenotypically heterogeneous CAR–T cell products were prepared from unselected T cells.

Blinatumomab, a bispecific monoclonal antibody construct that enables CD3-positive T cells to recognize and eliminate CD19-positive acute lymphoblastic leukemia (ALL) blasts, was approved for use in patients with relapsed or refractory B-cell precursor ALL on the basis of single-group trials that showed efficacy and manageable toxic effects.

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.

A CD19 chimeric antigen receptor–modified T cell product with defined composition has potent antitumor activity.

Abstract Circulating, cell-free microRNAs (miRNAs) hold great promise as a new class of cancer biomarkers due to their surprisingly high stability in plasma, association with disease states, and ease of sensitive measurement. Yet little is known about the origin of circulating miRNAs in either healthy or sick people or what factors influence levels of circulating miRNA biomarkers. Of 79 solid tumor circulating miRNA biomarkers reported in the literature, we found that 58% (46 of 79) are highly expressed in one or more blood cell type. Plasma levels of miRNA biomarkers expressed by myeloid (e.g., miR-223, miR-197, miR-574-3p, and let-7a) and lymphoid (e.g., miR-150) blood cells tightly correlated with corresponding white blood cell counts. Plasma miRNA biomarkers expressed by red blood cells (e.g., miR-486-5p, miR-451, miR-92a, and miR-16) could not be correlated to red cell counts due to limited variation in hematocrit in the cohort studied but were significantly increased in hemolyzed specimens (20- to 30-fold plasma increase; P < 0.0000001). Finally, in a patient undergoing autologous hematopoietic cell transplantation, plasma levels of myeloid- and lymphoid-expressed miRNAs (miR-223 and miR-150, respectively) tracked closely with changes in corresponding blood counts. We present evidence that blood cells are a major contributor to circulating miRNA and that perturbations in blood cell counts and hemolysis can alter plasma miRNA biomarker levels by up to 50-fold. Given that a majority of reported circulating miRNA cancer biomarkers are highly expressed in blood cells, we suggest caution in interpretation of such results as they may reflect a blood cell-based phenomenon rather than a cancer-specific origin. Cancer Prev Res; 5(3); 492–7. ©2011 AACR.

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.

Abstract Stromal cell-derived factor 1 (SDF1/CXCL12) and its cognate receptor, CXCR4, play key regulatory roles in CD34+ cell trafficking. We investigated whether AMD3100, a selective CXCR4 antagonist, could mobilize hematopoietic progenitor cells from marrow to peripheral blood in healthy human volunteers. Initially, 10 persons each received a single dose of AMD3100 (80 μg/kg subcutaneously), which induced rapid, generalized leukocytosis associated with an increase in peripheral blood CD34+ cells, representing pluripotent hematopoietic progenitors by in vitro colony-forming unit assays, from 3.8 ± 0.5/μL to 20.7 ± 3.5/μL at 6 hours. Subsequent dose-response studies showed a maximum increase in circulating CD34+ cells from 2.6 ± 0.3/μL to 40.4 ± 3.4/μL at 9 hours after 240 μg/kg AMD3100. Serial administration of AMD3100 (80 μg/kg/d for 3 days) resulted in consistent, reversible increases in peripheral blood CD34+ cells. AMD3100 was well tolerated and caused only mild, transient toxicity. These findings suggest potential clinical application of AMD3100 for CD34+ cell mobilization and collection for hematopoietic stem cell transplantation.

Abstract Adoptive immunotherapy with T cells expressing a tumor-specific chimeric T-cell receptor is a promising approach to cancer therapy that has not previously been explored for the treatment of lymphoma in human subjects. We report the results of a proof-of-concept clinical trial in which patients with relapsed or refractory indolent B-cell lymphoma or mantle cell lymphoma were treated with autologous T cells genetically modified by electroporation with a vector plasmid encoding a CD20-specific chimeric T-cell receptor and neomycin resistance gene. Transfected cells were immunophenotypically similar to CD8+ effector cells and showed CD20-specific cytotoxicity in vitro. Seven patients received a total of 20 T-cell infusions, with minimal toxicities. Modified T cells persisted in vivo 1 to 3 weeks in the first 3 patients, who received T cells produced by limiting dilution methods, but persisted 5 to 9 weeks in the next 4 patients who received T cells produced in bulk cultures followed by 14 days of low-dose subcutaneous interleukin-2 (IL-2) injections. Of the 7 treated patients, 2 maintained a previous complete response, 1 achieved a partial response, and 4 had stable disease. These results show the safety, feasibility, and potential antitumor activity of adoptive T-cell therapy using this approach. This trial was registered at www.clinicaltrials.gov as #NCT00012207.

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.

Purpose We evaluated the safety and feasibility of anti-CD19 chimeric antigen receptor–modified T (CAR-T) cell therapy in patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) who had previously received ibrutinib. Methods Twenty-four patients with CLL received lymphodepleting chemotherapy and anti-CD19 CAR-T cells at one of three dose levels (2 × 10 5 , 2 × 10 6 , or 2 × 10 7 CAR-T cells/kg). Nineteen patients experienced disease progression while receiving ibrutinib, three were ibrutinib intolerant, and two did not experience progression while receiving ibrutinib. Six patients were venetoclax refractory, and 23 had a complex karyotype and/or 17p deletion. Results Four weeks after CAR-T cell infusion, the overall response rate (complete response [CR] and/or partial response [PR]) by International Workshop on Chronic Lymphocytic Leukemia (IWCLL) criteria was 71% (17 of 24). Twenty patients (83%) developed cytokine release syndrome, and eight (33%) developed neurotoxicity, which was reversible in all but one patient with a fatal outcome. Twenty of 24 patients received cyclophosphamide and fludarabine lymphodepletion and CD19 CAR-T cells at or below the maximum tolerated dose (≤ 2 × 10 6 CAR-T cells/kg). In 19 of these patients who were restaged, the overall response rate by IWCLL imaging criteria 4 weeks after infusion was 74% (CR, 4/19, 21%; PR, 10/19, 53%), and 15/17 patients (88%) with marrow disease before CAR-T cells had no disease by flow cytometry after CAR-T cells. Twelve of these patients underwent deep IGH sequencing, and seven (58%) had no malignant IGH sequences detected in marrow. Absence of the malignant IGH clone in marrow of patients with CLL who responded by IWCLL criteria was associated with 100% progression-free survival and overall survival (median 6.6 months follow-up) after CAR-T cell immunotherapy. The progression-free survival was similar in patients with lymph node PR or CR by IWCLL criteria. Conclusion CD19 CAR-T cells are highly effective in high-risk patients with CLL after they experience treatment failure with ibrutinib therapy.