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.

Prophylactic cranial irradiation has been a standard treatment in children with acute lymphoblastic leukemia (ALL) who are at high risk for central nervous system (CNS) relapse.We conducted a clinical trial to test whether prophylactic cranial irradiation could be omitted from treatment in all children with newly diagnosed ALL. A total of 498 patients who could be evaluated were enrolled. Treatment intensity was based on presenting features and the level of minimal residual disease after remission-induction treatment. The duration of continuous complete remission in the 71 patients who previously would have received prophylactic cranial irradiation was compared with that of 56 historical controls who received it.The 5-year event-free and overall survival probabilities for all 498 patients were 85.6% (95% confidence interval [CI], 79.9 to 91.3) and 93.5% (95% CI, 89.8 to 97.2), respectively. The 5-year cumulative risk of isolated CNS relapse was 2.7% (95% CI, 1.1 to 4.3), and that of any CNS relapse (including isolated relapse and combined relapse) was 3.9% (95% CI, 1.9 to 5.9). The 71 patients had significantly longer continuous complete remission than the 56 historical controls (P=0.04). All 11 patients with isolated CNS relapse remained in second remission for 0.4 to 5.5 years. CNS leukemia (CNS-3 status) or a traumatic lumbar puncture with blast cells at diagnosis and a high level of minimal residual disease (> or = 1%) after 6 weeks of remission induction were significantly associated with poorer event-free survival. Risk factors for CNS relapse included the genetic abnormality t(1;19)(TCF3-PBX1), any CNS involvement at diagnosis, and T-cell immunophenotype. Common adverse effects included allergic reactions to asparaginase, osteonecrosis, thrombosis, and disseminated fungal infection.With effective risk-adjusted chemotherapy, prophylactic cranial irradiation can be safely omitted from the treatment of childhood ALL. (ClinicalTrials.gov number, NCT00137111.)

About a fifth of children with acute T-lymphoblastic leukaemia (T-ALL) succumb to the disease, suggesting an unrecognised biological heterogeneity that might contribute to drug resistance. We postulated that T-ALL originating from early T-cell precursors (ETPs), a recently defined subset of thymocytes that retain stem-cell-like features, would respond poorly to lymphoid-cell-directed therapy. We studied leukaemic cells, collected at diagnosis, to identify cases with ETP features and determine their clinical outcome.Leukaemic cells from 239 patients with T-ALL enrolled at St Jude Children's Research Hospital (n=139) and in the Italian national study Associazione Italiana Ematologia Oncologia Pediatrica (AIEOP) ALL-2000 (n=100) were assessed by gene-expression profiling, flow cytometry, and single nucleotide polymorphism array analysis. Probabilities of survival and treatment failure were calculated for subgroups considered to have ETP-ALL or typical T-ALL.30 patients (12.6%) had leukaemic lymphoblasts with an ETP-related gene-expression signature or its associated distinctive immunophenotype (CD1a(-), CD8(-), CD5(weak) with stem-cell or myeloid markers). Cases of ETP-ALL showed increased genomic instability, in terms of number and size of gene lesions, compared with those with typical T-ALL. Patients with this form of leukaemia had high risk of remission failure or haematological relapse (72% [95% CI 40-100] at 10 years vs 10% [4-16] at 10 years for patients with typical T-ALL treated at St Jude Children's Research Hospital; and 57% [25-89] at 2 years vs 14% [6-22] at 2 years for patients treated in the AIEOP trial).ETP-ALL is a distinct, previously unrecognised, pathobiological entity that confers a poor prognosis with use of standard intensive chemotherapy. Its early recognition, by use of the gene expression and immunophenotypic criteria outlined here, is essential for the development of an effective clinical management strategy.US National Cancer Institute, Cariplo Foundation, Citta della Speranza Foundation, Italian Association for Cancer Research (AIRC), Italian Ministry for University and Research, and American Lebanese Syrian Associated Charities (ALSAC).

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.

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.

Childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) is curable with chemotherapy in approximately 80 percent of patients. However, the cause of treatment failure in the remaining 20 percent of patients is largely unknown.We tested leukemia cells from 173 children for sensitivity in vitro to prednisolone, vincristine, asparaginase, and daunorubicin. The cells were then subjected to an assessment of gene expression with the use of 14,500 probe sets to identify differentially expressed genes in drug-sensitive and drug-resistant ALL. Gene-expression patterns that differed according to sensitivity or resistance to the four drugs were compared with treatment outcome in the original 173 patients and an independent cohort of 98 children treated with the same drugs at another institution.We identified sets of differentially expressed genes in B-lineage ALL that were sensitive or resistant to prednisolone (33 genes), vincristine (40 genes), asparaginase (35 genes), or daunorubicin (20 genes). A combined gene-expression score of resistance to the four drugs, as compared with sensitivity to the four, was significantly and independently related to treatment outcome in a multivariate analysis (hazard ratio for relapse, 3.0; P=0.027). Results were confirmed in an independent population of patients treated with the same medications (hazard ratio for relapse, 11.85; P=0.019). Of the 124 genes identified, 121 have not previously been associated with resistance to the four drugs we tested.Differential expression of a relatively small number of genes is associated with drug resistance and treatment outcome in childhood ALL.

Abstract St Jude Total Therapy Study XIIIB for childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) incorporated more stringent risk classification, early intensification of intrathecal chemotherapy, reinduction treatment, and the addition of dexamethasone to postremission therapy to increase the proportion of event-free survivors without jeopardizing their quality of life. Cranial irradiation was reserved for the 12% of patients who had T-cell ALL and a presenting leukocyte count of 100 × 109/L or more, or CNS-3 (5 or more leukocytes/μL with identifiable blast cells in an atraumatic sample or the presence of cranial nerve palsy) status. Among the 247 consecutive patients enrolled in the study, 117 were classified as having lower-risk leukemia and received mainly antimetabolite-based continuation therapy; the 130 cases with higher-risk leukemia received more intensive continuation chemotherapy with multiple drug pairs administered in weekly rotation. The 5-year event-free survival estimate was 80.8% ± 2.6% (SE); the 8-year rate was 78.6% ± 5.8%. The 5-year cumulative risk of an isolated central nervous system (CNS) relapse was 1.7% ± 0.8%, and that of isolated plus combined CNS relapse was 3.0% ± 1.1%. The 5-year cumulative risks of etoposide-related myeloid malignancies were 1.8% ± 1.3% in the lower-risk patients who received a cumulative dose of 1.2 g/m2 and 5.0% ± 2.0% in the higher-risk patients who received a cumulative dose of up to 14.4 g/m2 (P = .18). Independent adverse prognostic features included the presence of MLL-AF4 or BCR-ABL fusion gene and minimal residual leukemia of 0.01% or more at the end of the 6-week remission induction phase. Our results suggest the efficacy of early intensification of intrathecal chemotherapy and provide the basis for studies omitting cranial irradiation altogether. (Blood. 2004;104:2690-2696)

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.

Abstract We have achieved routine transformation of maize (Zea mays) using an Agrobacterium tumefaciensstandard binary (non-super binary) vector system. Immature zygotic embryos of the hybrid line Hi II were infected with A. tumefaciens strain EHA101 harboring a standard binary vector and cocultivated in the presence of 400 mg L−1 l-cysteine. Inclusion of l-cysteine in cocultivation medium lead to an improvement in transient β-glucuronidase expression observed in targeted cells and a significant increase in stable transformation efficiency, but was associated with a decrease in embryo response after cocultivation. The average stable transformation efficiency (no. of bialaphos-resistant events recovered per 100 embryos infected) of the present protocol was 5.5%. Southern-blot and progeny analyses confirmed the integration, expression, and inheritance of the bar andgus transgenes in R0, R1, and R2 generations of transgenic events. To our knowledge, this represents the first report in which fertile, stable transgenic maize has been routinely produced using an A. tumefaciensstandard binary vector system.