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.

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.

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.

In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers report frequent somatic mutations in the genes CREBBP and EP300, which are present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations disrupt these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to anticancer drugs. These studies may provide a rationale for the use of histone deacetylase inhibitors in certain B-cell lymphomas. In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers now report frequent somatic mutations in CREBBP and EP300, present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations found inactivate these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to therapeutic drugs. Relapsed acute lymphoblastic leukaemia (ALL) is a leading cause of death due to disease in young people, but the biological determinants of treatment failure remain poorly understood. Recent genome-wide profiling of structural DNA alterations in ALL have identified multiple submicroscopic somatic mutations targeting key cellular pathways1,2, and have demonstrated substantial evolution in genetic alterations from diagnosis to relapse3. However, DNA sequence mutations in ALL have not been analysed in detail. To identify novel mutations in relapsed ALL, we resequenced 300 genes in matched diagnosis and relapse samples from 23 patients with ALL. This identified 52 somatic non-synonymous mutations in 32 genes, many of which were novel, including the transcriptional coactivators CREBBP and NCOR1, the transcription factors ERG, SPI1, TCF4 and TCF7L2, components of the Ras signalling pathway, histone genes, genes involved in histone modification (CREBBP and CTCF), and genes previously shown1,2 to be targets of recurring DNA copy number alteration in ALL. Analysis of an extended cohort of 71 diagnosis–relapse cases and 270 acute leukaemia cases that did not relapse found that 18.3% of relapse cases had sequence or deletion mutations of CREBBP, which encodes the transcriptional coactivator and histone acetyltransferase CREB-binding protein (CREBBP, also known as CBP)4. The mutations were either present at diagnosis or acquired at relapse, and resulted in truncated alleles or deleterious substitutions in conserved residues of the histone acetyltransferase domain. Functionally, the mutations impaired histone acetylation and transcriptional regulation of CREBBP targets, including glucocorticoid responsive genes. Several mutations acquired at relapse were detected in subclones at diagnosis, suggesting that the mutations may confer resistance to therapy. These results extend the landscape of genetic alterations in leukaemia, and identify mutations targeting transcriptional and epigenetic regulation as a mechanism of resistance in ALL.

This algorithm uses the soft-clipped, unaligned parts of a sequence read to map structural variation in cancer genomes with high predictive accuracy. We developed 'clipping reveals structure' (CREST), an algorithm that uses next-generation sequencing reads with partial alignments to a reference genome to directly map structural variations at the nucleotide level of resolution. Application of CREST to whole-genome sequencing data from five pediatric T-lineage acute lymphoblastic leukemias (T-ALLs) and a human melanoma cell line, COLO-829, identified 160 somatic structural variations. Experimental validation exceeded 80%, demonstrating that CREST had a high predictive accuracy.

Recent genomic studies have identified chromosomal rearrangements defining new subtypes of B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL), however many cases lack a known initiating genetic alteration. Using integrated genomic analysis of 1,988 childhood and adult cases, we describe a revised taxonomy of B-ALL incorporating 23 subtypes defined by chromosomal rearrangements, sequence mutations or heterogeneous genomic alterations, many of which show marked variation in prevalence according to age. Two subtypes have frequent alterations of the B lymphoid transcription-factor gene PAX5. One, PAX5alt (7.4%), has diverse PAX5 alterations (rearrangements, intragenic amplifications or mutations); a second subtype is defined by PAX5 p.Pro80Arg and biallelic PAX5 alterations. We show that p.Pro80Arg impairs B lymphoid development and promotes the development of B-ALL with biallelic Pax5 alteration in vivo. These results demonstrate the utility of transcriptome sequencing to classify B-ALL and reinforce the central role of PAX5 as a checkpoint in B lymphoid maturation and leukemogenesis. Analysis of 1,988 cases of B-cell acute lymphoblastic leukemia characterizes 23 subtypes defined by genomic features and shows that two of the subtypes have frequent PAX5 alterations.

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.

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.

Key Points Approximately 20% to 25% of adults with B-ALL have Ph-like ALL with increased frequency of Ph-like ALL in adults with Hispanic ethnicity. Adult patients with CRLF2+ ALL have poor long-term outcomes; novel strategies are needed to improve the outcomes.