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.

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.

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.

Charles Mullighan and colleagues report a recurrent rearrangement of CRLF2 in B-progenitor and Down syndrome-associated acute lymphoblastic leukemia. Their genetic and functional evidence indicates that CRLF2 cooperates with activated JAK2 to promote leukemogenesis. Aneuploidy and translocations are hallmarks of B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (ALL), but many individuals with this cancer lack recurring chromosomal alterations. Here we report a recurring interstitial deletion of the pseudoautosomal region 1 of chromosomes X and Y in B-progenitor ALL that juxtaposes the first, noncoding exon of P2RY8 with the coding region of CRLF2. We identified the P2RY8-CRLF2 fusion in 7% of individuals with B-progenitor ALL and 53% of individuals with ALL associated with Down syndrome. CRLF2 alteration was associated with activating JAK mutations, and expression of human P2RY8-CRLF2 together with mutated mouse Jak2 resulted in constitutive Jak-Stat activation and cytokine-independent growth of Ba/F3 cells overexpressing interleukin-7 receptor alpha. Our findings indicate that these two genetic lesions together contribute to leukemogenesis in B-progenitor ALL.

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.

Abstract Gene expression profiling of 207 uniformly treated children with high-risk B-progenitor acute lymphoblastic leukemia revealed 29 of 207 cases (14%) with markedly elevated expression of CRLF2 (cytokine receptor-like factor 2). Each of the 29 cases harbored a genomic rearrangement of CRLF2: 18 of 29 (62%) had a translocation of the immunoglobulin heavy chain gene IGH@ on 14q32 to CRLF2 in the pseudoautosomal region 1 of Xp22.3/Yp11.3, whereas 10 (34%) cases had a 320-kb interstitial deletion centromeric of CRLF2, resulting in a P2RY8-CRLF2 fusion. One case had both IGH@-CRLF2 and P2RY8-CRLF2, and another had a novel CRLF2 rearrangement. Only 2 of 29 cases were Down syndrome. CRLF2 rearrangements were significantly associated with activating mutations of JAK1 or JAK2, deletion or mutation of IKZF1, and Hispanic/Latino ethnicity (Fisher exact test, P < .001 for each). Within this cohort, patients with CRLF2 rearrangements had extremely poor treatment outcomes compared with those without CRLF2 rearrangements (35.3% vs 71.3% relapse-free survival at 4 years; P < .001). Together, these observations suggest that activation of CRLF2 expression, mutation of JAK kinases, and alterations of IKZF1 cooperate to promote B-cell leukemogenesis and identify these pathways as important therapeutic targets in this disease. This trial was registered at www.clinicaltrials.gov as #NCT00005603.

Abstract To resolve the genetic heterogeneity within pediatric high-risk B-precursor acute lymphoblastic leukemia (ALL), a clinically defined poor-risk group with few known recurring cytogenetic abnormalities, we performed gene expression profiling in a cohort of 207 uniformly treated children with high-risk ALL. Expression profiles were correlated with genome-wide DNA copy number abnormalities and clinical and outcome features. Unsupervised clustering of gene expression profiling data revealed 8 unique cluster groups within these high-risk ALL patients, 2 of which were associated with known chromosomal translocations (t(1;19)(TCF3-PBX1) or MLL), and 6 of which lacked any previously known cytogenetic lesion. One unique cluster was characterized by high expression of distinct outlier genes AGAP1, CCNJ, CHST2/7, CLEC12A/B, and PTPRM; ERG DNA deletions; and 4-year relapse-free survival of 94.7% ± 5.1%, compared with 63.5% ± 3.7% for the cohort (P = .01). A second cluster, characterized by high expression of BMPR1B, CRLF2, GPR110, and MUC4; frequent deletion of EBF1, IKZF1, RAG1-2, and IL3RA-CSF2RA; JAK mutations and CRLF2 rearrangements (P < .0001); and Hispanic ethnicity (P < .001) had a very poor 4-year relapse-free survival (21.0% ± 9.5%; P < .001). These studies reveal striking clinical and genetic heterogeneity in high-risk ALL and point to novel genes that may serve as new targets for diagnosis, risk classification, and therapy.

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.

The t(11;14)(q13;q32) translocation has been associated with human B-lymphocytic malignancy. Several examples of this translocation have been cloned, documenting that this abnormality joins the immunoglobulin heavy-chain gene to the bcl-1 locus on chromosome 11. However, the identification of the bcl-1 gene, a putative dominant oncogene, has been elusive. In this work, we have isolated genomic clones covering 120 kb of the bcl-1 locus. Probes from the region of an HpaII-tiny-fragment island identified a candidate bcl-1 gene. cDNAs representing the bcl-1 mRNA were cloned from three cell lines, two with the translocation. The deduced amino acid sequence from these clones showed bcl-1 to be a member of the cyclin gene family. In addition, our analysis of expression of bcl-1 in an extensive panel of human cell lines showed it to be widely expressed except in lymphoid or myeloid lineages. This observation may provide a molecular basis for distinct modes of cell cycle control in different mammalian tissues. Activation of the bcl-1 gene may be oncogenic by directly altering progression through the cell cycle.