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.

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 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.

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.

Abstract Chromosomal rearrangements are initiating events in acute lymphoblastic leukaemia (ALL). Here using RNA sequencing of 560 ALL cases, we identify rearrangements between MEF2D (myocyte enhancer factor 2D) and five genes ( BCL9 , CSF1R , DAZAP1 , HNRNPUL1 and SS18 ) in 22 B progenitor ALL (B-ALL) cases with a distinct gene expression profile, the most common of which is MEF2D-BCL9 . Examination of an extended cohort of 1,164 B-ALL cases identified 30 cases with MEF2D rearrangements, which include an additional fusion partner, FOXJ2 ; thus, MEF2D- rearranged cases comprise 5.3% of cases lacking recurring alterations. MEF2D- rearranged ALL is characterized by a distinct immunophenotype, DNA copy number alterations at the rearrangement sites, older diagnosis age and poor outcome. The rearrangements result in enhanced MEF2D transcriptional activity, lymphoid transformation, activation of HDAC9 expression and sensitive to histone deacetylase inhibitor treatment. Thus, MEF2D- rearranged ALL represents a distinct form of high-risk leukaemia, for which new therapeutic approaches should be considered.