Highlights•An RNAi screen identifies CCND2 as a crucial transcriptional target of RUNX1/ETO•RUNX1/ETO promotes CCND2 expression by binding to an upstream element•CCND2 knockdown inhibits RUNX1/ETO-driven leukemic expansion in vitro and in vivo•RUNX1/ETO-expressing leukemic cells are highly sensitive to a CDK4/6 inhibitorSummaryOncogenic transcription factors such as the leukemic fusion protein RUNX1/ETO, which drives t(8;21) acute myeloid leukemia (AML), constitute cancer-specific but highly challenging therapeutic targets. We used epigenomic profiling data for an RNAi screen to interrogate the transcriptional network maintaining t(8;21) AML. This strategy identified Cyclin D2 (CCND2) as a crucial transmitter of RUNX1/ETO-driven leukemic propagation. RUNX1/ETO cooperates with AP-1 to drive CCND2 expression. Knockdown or pharmacological inhibition of CCND2 by an approved drug significantly impairs leukemic expansion of patient-derived AML cells and engraftment in immunodeficient murine hosts. Our data demonstrate that RUNX1/ETO maintains leukemia by promoting cell cycle progression and identifies G1 CCND-CDK complexes as promising therapeutic targets for treatment of RUNX1/ETO-driven AML.Graphical abstract

The fusion gene MLL/AF4 defines a high-risk subtype of pro-B acute lymphoblastic leukemia. Relapse can be associated with a lineage switch from acute lymphoblastic to acute myeloid leukemia, resulting in poor clinical outcomes caused by resistance to chemotherapies and immunotherapies. In this study, the myeloid relapses shared oncogene fusion breakpoints with their matched lymphoid presentations and originated from various differentiation stages from immature progenitors through to committed B-cell precursors. Lineage switching is linked to substantial changes in chromatin accessibility and rewiring of transcriptional programs, including alternative splicing. These findings indicate that the execution and maintenance of lymphoid lineage differentiation is impaired. The relapsed myeloid phenotype is recurrently associated with the altered expression, splicing, or mutation of chromatin modifiers, including CHD4 coding for the ATPase/helicase of the nucleosome remodelling and deacetylation complex. Perturbation of CHD4 alone or in combination with other mutated epigenetic modifiers induces myeloid gene expression in MLL/AF4+ cell models, indicating that lineage switching in MLL/AF4 leukemia is driven and maintained by disrupted epigenetic regulation.

T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL) is frequently characterized by glucocorticoid (GC) resistance, which is associated with inferior outcomes, thus highlighting the need for novel therapeutic approaches for GC resistant T-ALL. The pTCR/TCR signaling pathways play a critical role in cell fate decisions during physiological thymocyte development, with an interplay between TCR and glucocorticoid receptor (GR) signaling determining the T-lymphocyte selection process. We performed an shRNA screen in vitro and in vivo in T-ALL cell lines and patient derived xenograft (PDX) samples to identify vulnerabilities in the pTCR/TCR pathway and identified a critical role for the kinase LCK in cell proliferation. LCK knockdown or inhibition with dasatinib (DAS) caused cell cycle arrest. Combination of DAS with dexamethasone (DEX) resulted in significant drug synergy leading to cell death. The efficacy of this drug combination was underscored in a randomized phase II-like murine trial, recapitulating an early phase human clinical trial. T-ALL expansion in immunocompromised mice was significantly impaired using this drug combination, relative to mice receiving control vehicle or single drug treatment, highlighting the immediate clinical relevance of this drug combination for high risk T-ALL patients. Our results thus provide a strategy to improve the efficacy of current chemotherapy platforms and circumvent GC resistance.

Despite the growing interest in immunotherapeutic interventions for endometrial cancer (EC), the prevalence, phenotype, specificity and prognostic value of tumor infiltrating lymphocytes (TILs) in this tumor type remains unclear.To better understand the role of TILs in EC, we analyzed the phenotypic traits of CD8+ and CD4+ EC-resident T cells from 47 primary tumors by high-dimensional flow cytometry. In addition, CD8+ and CD4+ TIL subpopulations were isolated based on the differential expression of programmed cell death protein-1 (PD-1) (negative, dim and high) and CD39 (positive or negative) by fluorescence activated cell sorting (FACS), expanded in vitro, and screened for autologous tumor recognition. We further investigated whether phenotypic markers preferentially expressed on CD8+ and CD4+ tumor-reactive TIL subsets were associated with the four distinct molecular subtypes of EC, tumor mutational burden and patient survival.We found that CD8+TILs expressing high levels of PD-1 (PD-1hi) co-expressed CD39, TIM-3, HLA-DR and CXCL13, as compared with TILs lacking or displaying intermediate levels of PD-1 expression (PD-1- and PD-1dim, respectively). Autologous tumor reactivity of sorted and in vitro expanded CD8+ TILs demonstrated that the CD8+PD-1dimCD39+ and PD-1hiCD39+ T cell subsets both contained tumor-reactive TILs and that a higher level of PD-1 expression was associated with increased CD39 and a superior frequency of tumor reactivity. With respect to CD4+ T conventional (Tconv) TILs, co-expression of inhibitory and activation markers was more apparent on PD-1hi compared with PD-1- or PD-1dim T cells, and in fact, it was the CD4+PD-1hi subpopulation that accumulated the antitumor T cells irrespective of CD39 expression. Most importantly, detection of CD8+PD-1hiCD39+ and CD4+PD-1hi tumor-reactive T-cell subsets, but also markers specifically expressed by these subpopulations of TILs, that is, PD-1hi, CD39, CXCL13 and CD103 by CD8+ TILs and PD-1hi and CXCL13 by CD4+ Tconv TILs, correlated with prolonged survival of patients with EC.Our results demonstrate that EC are frequently infiltrated by tumor-reactive TILs, and that expression of PD-1hi and CD39 or PD-1hi can be used to select and expand CD8+ and CD4+ tumor-reactive TILs, respectively. In addition, biomarkers preferentially expressed on tumor-reactive TILs, rather than the frequency of CD3+, CD8+ and CD4+ lymphocytes, hold prognostic value suggesting their protective role in antitumor immunity.

Leukemia cells re-program their microenvironment to augment blast proliferation and enhance treatment resistance. Means of clinically targeting such niche-driven treatment resistance remain ambiguous. We develop human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-engineered niches to reveal druggable cancer-niche dependencies. We reveal that mesenchymal (iMSC) and vascular niche-like (iANG) hiPSC-derived cells support ex vivo proliferation of patient-derived leukemia cells, affect dormancy, and mediate treatment resistance. iMSCs protect dormant and cycling blasts against dexamethasone, while iANGs protect only dormant blasts. Leukemia proliferation and protection from dexamethasone-induced apoptosis is dependent on cancer-niche interactions mediated by CDH2. Consequently, we test CDH2 antagonist ADH-1 (previously in Phase I/II trials for solid tumors) in a very aggressive patient-derived xenograft leukemia mouse model. ADH-1 shows high in vivo efficacy; ADH-1/dexamethasone combination is superior to dexamethasone alone, with no ADH-1-conferred additional toxicity. These findings provide a proof-of-concept starting point to develop improved, potentially safer therapeutics targeting niche-mediated cancer dependencies in blood cancers.

SummaryThe translocation MLL-AF4 defines a high-risk subtype of acute leukaemia which, uniquely amongst MLL translocations, is almost exclusively associated with a pro-B lymphoid phenotype. However, the ability to switch lineage at relapse allowed interrogation of the cellular origin and lineage determinants of this leukaemia. The origin of MLL-AF4 lymphoid leukaemia was commonly within a multipotent precursor population. In contrast, relapse as MLL-AF4 AML occurs from either a multipotent progenitor or a committed pro-B leukaemic clone. Lineage switching results from the dysregulation of chromatin modifiers, including the nucleosome remodelling and deacetylation complex, NuRD, completely extinguishing the B lymphoid gene regulatory network, instead establishing a myeloid epigenotype. We propose that, in contrast to mixed phenotype acute leukaemias, lineage switch in MLL-AF4 leukemia is driven and maintained by a reorganised epigenome.

RUNX1/ETO is required for leukaemic clonogenicity and proliferation and is traditionally thought of as a transcriptional repressor. Our RNAi experiment identifies target genes that are transcriptionally upregulated.

Not available.