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.

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 Motivation: Mining the hereditary disease-genes from human genome is one of the most important tasks in bioinformatics research. A variety of sequence features and functional similarities between known human hereditary disease-genes and those not known to be involved in disease have been systematically examined and efficient classifiers have been constructed based on the identified common patterns. The availability of human genome-wide protein–protein interactions (PPIs) provides us with new opportunity for discovering hereditary disease-genes by topological features in PPIs network. Results: This analysis reveals that the hereditary disease-genes ascertained from OMIM in the literature-curated (LC) PPIs network are characterized by a larger degree, tendency to interact with other disease-genes, more common neighbors and quick communication to each other whereas those properties could not be detected from the network identified from high-throughput yeast two-hybrid mapping approach (EXP) and predicted interactions (PDT) PPIs network. KNN classifier based on those features was created and on average gained overall prediction accuracy of 0.76 in cross-validation test. Then the classifier was applied to 5262 genes on human genome and predicted 178 novel disease-genes. Some of the predictions have been validated by biological experiments. Contact: jianzxu@hotmail.com Supplementary information: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Anna Andersson, Tanja Gruber, James Downing and colleagues report a genomic analysis of infant acute lymphoblastic leukemias with MLL rearrangements. They identify recurrent activating mutations in tyrosine kinase, phosphatidylinositol 3-kinase and RAS pathway genes but find that these mutations were often present in minor subclones and lost at the time of relapse. Infant acute lymphoblastic leukemia (ALL) with MLL rearrangements (MLL-R) represents a distinct leukemia with a poor prognosis. To define its mutational landscape, we performed whole-genome, exome, RNA and targeted DNA sequencing on 65 infants (47 MLL-R and 18 non–MLL-R cases) and 20 older children (MLL-R cases) with leukemia. Our data show that infant MLL-R ALL has one of the lowest frequencies of somatic mutations of any sequenced cancer, with the predominant leukemic clone carrying a mean of 1.3 non-silent mutations. Despite this paucity of mutations, we detected activating mutations in kinase-PI3K-RAS signaling pathway components in 47% of cases. Surprisingly, these mutations were often subclonal and were frequently lost at relapse. In contrast to infant cases, MLL-R leukemia in older children had more somatic mutations (mean of 6.5 mutations/case versus 1.3 mutations/case, P = 7.15 × 10−5) and had frequent mutations (45%) in epigenetic regulators, a category of genes that, with the exception of MLL, was rarely mutated in infant MLL-R ALL.

Clinical diseases are characterized by distinct phenotypes. To identify disease genes is to elucidate the gene-phenotype relationships. Mutations in functionally related genes may result in similar phenotypes. It is reasonable to predict disease-causing genes by integrating phenotypic data and genomic data. Some genetic diseases are genetically or phenotypically similar. They may share the common pathogenetic mechanisms. Identifying the relationship between diseases will facilitate better understanding of the pathogenetic mechanism of diseases.In this article, we constructed a heterogeneous network by connecting the gene network and phenotype network using the phenotype-gene relationship information from the OMIM database. We extended the random walk with restart algorithm to the heterogeneous network. The algorithm prioritizes the genes and phenotypes simultaneously. We use leave-one-out cross-validation to evaluate the ability of finding the gene-phenotype relationship. Results showed improved performance than previous works. We also used the algorithm to disclose hidden disease associations that cannot be found by gene network or phenotype network alone. We identified 18 hidden disease associations, most of which were supported by literature evidence.The MATLAB code of the program is available at http://www3.ntu.edu.sg/home/aspatra/research/Yongjin_BI2010.zip.

Purpose Philadelphia chromosome (Ph) –like acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a high-risk subtype of childhood ALL characterized by kinase-activating alterations that are amenable to treatment with tyrosine kinase inhibitors. We sought to define the prevalence and genomic landscape of Ph-like ALL in adults and assess response to conventional chemotherapy. Patients and Methods The frequency of Ph-like ALL was assessed by gene expression profiling of 798 patients with B-cell ALL age 21 to 86 years. Event-free survival and overall survival were determined for Ph-like ALL versus non–Ph-like ALL patients. Detailed genomic analysis was performed on 180 of 194 patients with Ph-like ALL. Results Patients with Ph-like ALL accounted for more than 20% of adults with ALL, including 27.9% of young adults (age 21 to 39 years), 20.4% of adults (age 40 to 59 years), and 24.0% of older adults (age 60 to 86 years). Overall, patients with Ph-like ALL had an inferior 5-year event-free survival compared with patients with non–Ph-like ALL (22.5% [95% CI, 14.9% to 29.3%; n = 155] v 49.3% [95% CI, 42.8% to 56.2%; n = 247], respectively; P < .001). We identified kinase-activating alterations in 88% of patients with Ph-like ALL, including CRLF2 rearrangements (51%), ABL class fusions (9.8%), JAK2 or EPOR rearrangements (12.4%), other JAK-STAT sequence mutations (7.2%), other kinase alterations (4.1%), and Ras pathway mutations (3.6%). Eleven new kinase rearrangements were identified, including four involving new kinase or cytokine receptor genes and seven involving new partners for previously identified genes. Conclusion Ph-like ALL is a highly prevalent subtype of ALL in adults and is associated with poor outcome. The diverse range of kinase-activating alterations in Ph-like ALL has important therapeutic implications. Trials comparing the addition of tyrosine kinase inhibitors to conventional therapy are required to evaluate the clinical utility of these agents in the treatment of Ph-like ALL.

Genomic landscapes of 92 adult and 111 pediatric patients with B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) were investigated using next-generation sequencing and copy number alteration analysis. Recurrent gene mutations and fusions were tested in an additional 87 adult and 93 pediatric patients. Among the 29 newly identified in-frame gene fusions, those involving MEF2D and ZNF384 were clinically relevant and were demonstrated to perturb B-cell differentiation, with EP300-ZNF384 inducing leukemia in mice. Eight gene expression subgroups associated with characteristic genetic abnormalities were identified, including leukemia with MEF2D and ZNF384 fusions in two distinct clusters. In subgroup G4 which was characterized by ERG deletion, DUX4-IGH fusion was detected in most cases. This comprehensive dataset allowed us to compare the features of molecular pathogenesis between adult and pediatric B-ALL and to identify signatures possibly related to the inferior outcome of adults to that of children. We found that, besides the known discrepancies in frequencies of prognostic markers, adult patients had more cooperative mutations and greater enrichment for alterations of epigenetic modifiers and genes linked to B-cell development, suggesting difference in the target cells of transformation between adult and pediatric patients and may explain in part the disparity in their responses to treatment.

Charles Mullighan, Jinghui Zhang and colleagues characterize a subtype of B-progenitor acute lymphoblastic leukemia with deregulated DUX4 and ERG. They find that aberrant DUX4 activation results in loss of ERG function, either through deletion or by the induction a novel transforming ERG isoform, ERGalt, that inhibits wild-type ERG activity. Chromosomal rearrangements deregulating hematopoietic transcription factors are common in acute lymphoblastic leukemia (ALL). Here we show that deregulation of the homeobox transcription factor gene DUX4 and the ETS transcription factor gene ERG is a hallmark of a subtype of B-progenitor ALL that comprises up to 7% of B-ALL. DUX4 rearrangement and overexpression was present in all cases and was accompanied by transcriptional deregulation of ERG, expression of a novel ERG isoform, ERGalt, and frequent ERG deletion. ERGalt uses a non-canonical first exon whose transcription was initiated by DUX4 binding. ERGalt retains the DNA-binding and transactivation domains of ERG, but it inhibits wild-type ERG transcriptional activity and is transforming. These results illustrate a unique paradigm of transcription factor deregulation in leukemia in which DUX4 deregulation results in loss of function of ERG, either by deletion or induced expression of an isoform that is a dominant-negative inhibitor of wild-type ERG function.

Philadelphia chromosome-like (Ph-like) acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a high-risk subtype characterized by genomic alterations that activate cytokine receptor and kinase signaling. We examined the frequency and spectrum of targetable genetic lesions in a retrospective cohort of 1389 consecutively diagnosed patients with childhood B-lineage ALL with high-risk clinical features and/or elevated minimal residual disease at the end of remission induction therapy. The Ph-like gene expression profile was identified in 341 of 1389 patients, 57 of whom were excluded from additional analyses because of the presence of BCR-ABL1 (n = 46) or ETV6-RUNX1 (n = 11). Among the remaining 284 patients (20.4%), overexpression and rearrangement of CRLF2 (IGH-CRLF2 or P2RY8-CRLF2) were identified in 124 (43.7%), with concomitant genomic alterations activating the JAK-STAT pathway (JAK1, JAK2, IL7R) identified in 63 patients (50.8% of those with CRLF2 rearrangement). Among the remaining patients, using reverse transcriptase polymerase chain reaction or transcriptome sequencing, we identified targetable ABL-class fusions (ABL1, ABL2, CSF1R, and PDGFRB) in 14.1%, EPOR rearrangements or JAK2 fusions in 8.8%, alterations activating other JAK-STAT signaling genes (IL7R, SH2B3, JAK1) in 6.3% or other kinases (FLT3, NTRK3, LYN) in 4.6%, and mutations involving the Ras pathway (KRAS, NRAS, NF1, PTPN11) in 6% of those with Ph-like ALL. We identified 8 new rearrangement partners for 4 kinase genes previously reported to be rearranged in Ph-like ALL. The current findings provide support for the precision-medicine testing and treatment approach for Ph-like ALL implemented in Children's Oncology Group ALL trials.

Lars Bullinger, Jinghui Zhang, Jeffery Klco, James Downing and colleagues report a detailed genomic analysis of pediatric and adult core-binding factor acute myeloid leukemias (CBF-AMLs). They identify recurrent mutations in CCND2, MGA, DHX15 and ZBTB7A and highlight dramatic differences in the landscape of cooperating mutations between different CBF-AML subtypes. Acute myeloid leukemia (AML) comprises a heterogeneous group of leukemias frequently defined by recurrent cytogenetic abnormalities, including rearrangements involving the core-binding factor (CBF) transcriptional complex. To better understand the genomic landscape of CBF-AMLs, we analyzed both pediatric (n = 87) and adult (n = 78) samples, including cases with RUNX1-RUNX1T1 (n = 85) or CBFB-MYH11 (n = 80) rearrangements, by whole-genome or whole-exome sequencing. In addition to known mutations in the Ras pathway, we identified recurrent stabilizing mutations in CCND2, suggesting a previously unappreciated cooperating pathway in CBF-AML. Outside of signaling alterations, RUNX1-RUNX1T1 and CBFB-MYH11 AMLs demonstrated remarkably different spectra of cooperating mutations, as RUNX1-RUNX1T1 cases harbored recurrent mutations in DHX15 and ZBTB7A, as well as an enrichment of mutations in epigenetic regulators, including ASXL2 and the cohesin complex. This detailed analysis provides insights into the pathogenesis and development of CBF-AML, while highlighting dramatic differences in the landscapes of cooperating mutations for these related AML subtypes.