Wilms' tumor gene 1 (WT1) expression in childhood acute lymphoblastic leukemia:a wide range of WT1 expression levels, its impact on prognosis and minimal residual disease monitoring

Wilms' tumor gene 1 (WT1) is overexpressed in the majority (70-90%) of acute leukemias and has been identified as an independent adverse prognostic factor, a convenient minimal residual disease (MRD) marker and potential therapeutic target in acute leukemia. We examined WT1 expression patterns in childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL), where its clinical implication remains unclear. Using a real-time quantitative PCR designed according to Europe Against Cancer Program recommendations, we evaluated WT1 expression in 125 consecutively enrolled patients with childhood ALL (106 BCP-ALL, 19 T-ALL) and compared it with physiologic WT1 expression in normal and regenerating bone marrow (BM). In childhood B-cell precursor (BCP)-ALL, we detected a wide range of WT1 levels (5 logs) with a median WT1 expression close to that of normal BM. WT1 expression in childhood T-ALL was significantly higher than in BCP-ALL (P<0.001). Patients with MLL-AF4 translocation showed high WT1 overexpression (P<0.01) compared to patients with other or no chromosomal aberrations. Older children (> or =10 years) expressed higher WT1 levels than children under 10 years of age (P<0.001), while there was no difference in WT1 expression in patients with peripheral blood leukocyte count (WBC) > or =50 x 10(9)/l and lower. Analysis of relapsed cases (14/125) indicated that an abnormal increase or decrease in WT1 expression was associated with a significantly increased risk of relapse (P=0.0006), and this prognostic impact of WT1 was independent of other main risk factors (P=0.0012). In summary, our study suggests that WT1 expression in childhood ALL is very variable and much lower than in AML or adult ALL. WT1, thus, will not be a useful marker for MRD detection in childhood ALL, however, it does represent a potential independent risk factor in childhood ALL. Interestingly, a proportion of childhood ALL patients express WT1 at levels below the normal physiological BM WT1 expression, and this reduced WT1 expression appears to be associated with a higher risk of relapse.

Patterns of hematopoietic chimerism following bone marrow transplantation for childhood acute lymphoblastic leukemia from volunteer unrelated donors

Hematopoietic chimerism was analyzed in serial bone marrow samples taken from 28 children following T-cell depleted unrelated donor bone marrow transplants (UD BMT) for acute lymphoblastic leukemia (ALL). Chimeric status was determined by polymerase chain reaction (PCR) of simple tandem repeat (STR) sequences (maximal sensitivity, 0.1%). At least two serial samples were examined in 23 patients. Of these, two had evidence of complete donor engraftment at all times and eight showed stable low level mixed chimerism (MC) (<1% recipient hematopoiesis). All 10 of these patients remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. By contrast, 13 patients demonstrated a progressive return of recipient hematopoiesis. Five of these relapsed (4 to 9 months post BMT), one died of cytomegalovirus pneumonitis and seven remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. Five children were excluded from serial analysis as two serial samples were not collected before either relapse (3) or graft rejection (2). We conclude that as with sibling transplants, ex vivo T depleted UD BMT in children with ALL is associated with a high incidence of MC. Stable donor engraftment and low level MC always correlated with continued remission. However, detection of a progressive return of recipient cells did not universally correlate with relapse, but highlighted those patients at greatest risk. Serial chimerism analysis by PCR of STRs provides a rapid and simple screening technique for the detection of relapse and the identification of patients with progressive MC who might benefit from detailed molecular analysis for minimal residual disease following matched volunteer UD BMT for childhood ALL.

Identification and validation of the dopamine agonist bromocriptine as a novel therapy for high-risk myelodysplastic syndromes and secondary acute myeloid leukemia

Myelodysplastic syndromes (MDS) represent a broad spectrum of diseases characterized by their clinical manifestation as one or more cytopenias, or a reduction in circulating blood cells. MDS is predominantly a disease of the elderly, with a median age in the UK of around 75. Approximately one third of MDS patients will develop secondary acute myeloid leukemia (sAML) that has a very poor prognosis. Unfortunately, most standard cytotoxic agents are often too toxic for older patients. This means there is a pressing unmet need for novel therapies that have fewer side effects to assist this vulnerable group. This challenge was tackled using bioinformatic analysis of available transcriptomic data to establish a gene-based signature of the development and progression of MDS. This signature was then used to identify novel therapeutic compounds via statistically-significant connectivity mapping. This approach suggested re-purposing an existing and widely-prescribed drug, bromocriptine as a novel potential therapy in these disease settings. This drug has shown selectivity for leukemic cells as well as synergy with current therapies.

GEP analysis validates high risk MDS and acute myeloid leukemia post MDS mice models and highlights novel dysregulated pathways

BACKGROUND: In spite of the recent discovery of genetic mutations in most myelodysplasic (MDS) patients, the pathophysiology of these disorders still remains poorly understood, and only few in vivo models are available to help unravel the disease.

METHODS: We performed global specific gene expression profiling and functional pathway analysis in purified Sca1+ cells of two MDS transgenic mouse models that mimic human high-risk MDS (HR-MDS) and acute myeloid leukemia (AML) post MDS, with NRASD12 and BCL2 transgenes under the control of different promoters MRP8NRASD12/tethBCL-2 or MRP8[NRASD12/hBCL-2], respectively.

RESULTS: Analysis of dysregulated genes that were unique to the diseased HR-MDS and AML post MDS mice and not their founder mice pointed first to pathways that had previously been reported in MDS patients, including DNA replication/damage/repair, cell cycle, apoptosis, immune responses, and canonical Wnt pathways, further validating these models at the gene expression level. Interestingly, pathways not previously reported in MDS were discovered. These included dysregulated genes of noncanonical Wnt pathways and energy and lipid metabolisms. These dysregulated genes were not only confirmed in a different independent set of BM and spleen Sca1+ cells from the MDS mice but also in MDS CD34+ BM patient samples.

CONCLUSIONS: These two MDS models may thus provide useful preclinical models to target pathways previously identified in MDS patients and to unravel novel pathways highlighted by this study.

The role of lymphotoxin-B receptor signaling in t-cell acute lymphoblastic leukemia development

Dissertação de mest., Ciências Biomédicas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Application of Machine Learning Techniques to Acute Myeloid Leukemia

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-03

Multimeric complexes of the PML-retinoic acid receptor alpha fusion protein in acute promyelocytic leukemia cells and interference with retinoid and peroxisome-proliferator signaling pathways.

The t(15;17) chromosomal translocation, specific for acute promyelocytic leukemia (APL), fuses the PML gene to the retinoic acid receptor alpha (RAR alpha) gene, resulting in expression of a PML-RAR alpha hybrid protein. In this report, we analyzed the nature of PML-RAR alpha-containing complexes in nuclear protein extracts of t(15;17)-positive cells. We show that endogenous PML-RAR alpha can bind to DNA as a homodimer, in contrast to RAR alpha that requires the retinoid X receptor (RXR) dimerization partner. In addition, these cells contain oligomeric complexes of PML-RAR alpha and endogenous RXR. Treatment with retinoic acid results in a decrease of PML-RAR alpha protein levels and, as a consequence, of DNA binding by the different complexes. Using responsive elements from various hormone signaling pathways, we show that PML-RAR alpha homodimers have altered DNA-binding characteristics when compared to RAR alpha-RXR alpha heterodimers. In transfected Drosophila SL-3 cells that are devoid of endogenous retinoid receptors PML-RAR alpha inhibits transactivation by RAR alpha-RXR alpha heterodimers in a dominant fashion. In addition, we show that both normal retinoid receptors and the PML-RAR alpha hybrid bind and activate the peroxisome proliferator-activated receptor responsive element from the Acyl-CoA oxidase gene, indicating that retinoids and peroxisome proliferator receptors may share common target genes. These properties of PML-RAR alpha may contribute to the transformed phenotype of APL cells.

Alternative strategies for deciphering the genetic architecture of childhood Pre-B acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant.

Cell lines and animal model in the analysis of pharmacogenomics markers in childhood acute lymphoblastic leukemia

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Elle est la cause principale de mortalité liée au cancer chez les enfants due à un groupe de patient ne répondant pas au traitement. Les patients peuvent aussi souffrir de plusieurs toxicités associées à un traitement intensif de chimiothérapie. Les études en pharmacogénétique de notre groupe ont montré une corrélation tant individuelle que combinée entre les variants génétiques particuliers d’enzymes dépendantes du folate, particulièrement la dihydrofolate réductase (DHFR) ainsi que la thymidylate synthase (TS), principales cibles du méthotrexate (MTX) et le risque élevé de rechute chez les patients atteints de la LAL. En outre, des variations dans le gène ATF5 impliqué dans la régulation de l’asparagine synthetase (ASNS) sont associées à un risque plus élevé de rechute ou à une toxicité ASNase dépendante chez les patients ayant reçu de l’asparaginase d’E.coli (ASNase). Le but principal de mon projet de thèse est de comprendre davantage d’un point de vue fonctionnel, le rôle de variations génétiques dans la réponse thérapeutique chez les patients atteints de la LAL, en se concentrant sur deux composants majeurs du traitement de la LAL soit le MTX ainsi que l’ASNase. Mon objectif spécifique était d’analyser une association trouvée dans des paramètres cliniques par le biais d’essais de prolifération cellulaire de lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs, n=93) et d’un modèle murin de xénogreffe de la LAL. Une variation génétique dans le polymorphisme TS (homozygosité de l’allèle de la répétition triple 3R) ainsi que l’haplotype *1b de DHFR (défini par une combinaison particulière d’allèle dérivé de six sites polymorphiques dans le promoteur majeur et mineur de DHFR) et de leurs effets sur la sensibilité au MTX ont été évalués par le biais d’essais de prolifération cellulaire. Des essais in vitro similaires sur la réponse à l’ASNase de E. Coli ont permis d’évaluer l’effet de la variation T1562C de la région 5’UTR de ATF5 ainsi que des haplotypes particuliers du gène ASNS (définis par deux variations génétiques et arbitrairement appelés haplotype *1). Le modèle murin de xénogreffe ont été utilisé pour évaluer l’effet du génotype 3R3R du gène TS. L’analyse de polymorphismes additionnels dans le gène ASNS a révélé une diversification de l’haplotype *1 en 5 sous-types définis par deux polymorphismes (rs10486009 et rs6971012,) et corrélé avec la sensibilité in vitro à l’ASNase et l’un d’eux (rs10486009) semble particulièrement important dans la réduction de la sensibilité in vitro à l’ASNase, pouvant expliquer une sensibilité réduite de l’haplotype *1 dans des paramètres cliniques. Aucune association entre ATF5 T1562C et des essais de prolifération cellulaire en réponse à ASNase de E.Coli n’a été détectée. Nous n’avons pas détecté une association liée au génotype lors d’analyse in vitro de sensibilité au MTX. Par contre, des résultats in vivo issus de modèle murin de xénogreffe ont montré une relation entre le génotype TS 3R/3R et la résistance de manière dose-dépendante au traitement par MTX. Les résultats obtenus ont permis de fournir une explication concernant un haut risque significatif de rechute rencontré chez les patients au génotype TS 3R/3R et suggèrent que ces patients pourraient recevoir une augmentation de leur dose de MTX. À travers ces expériences, nous avons aussi démontré que les modèles murins de xénogreffe peuvent servir comme outil préclinique afin d’explorer l’option d’un traitement individualisé. En conclusion, la connaissance acquise à travers mon projet de thèse a permis de confirmer et/ou d’identifier quelques variants dans la voix d’action du MTX et de l’ASNase qui pourraient faciliter la mise en place de stratégies d’individualisation de la dose, permettant la sélection d’un traitement optimum ou moduler la thérapie basé sur la génétique individuelle.

Understanding the transcriptional control of EIF4E and its dysregulation in acute myeloid leukemia: role of NF-κB

EIF4E, le facteur d’initiation de la traduction chez les eucaryotes est un oncogène puissant et qui se trouve induit dans plusieurs types de cancers, parmi lesquels les sous-types M4 et M5 de la leucémie aiguë myéloblastique (LAM). EIF4E est régulé à plusieurs niveaux cependant, la régulation transcriptionnelle de ce gène est peu connue. Mes résultats montrent que EIF4E est une cible transcriptionnelle directe du facteur nucléaire « kappa-light- chain- enhancer of activated B cells » (NF-κB).Dans les cellules hématopoïétiques primaires et les lignées cellulaires, les niveaux de EIF4E sont induits par des inducteurs de NF-κB. En effet, l’inactivation pharmaceutique ou génétique de NF-κB réprime l’activation de EIF4E. En effet, suite à l’activation de NF-κB chez l’humain, le promoteur endogène de EIF4E recrute p65 (RelA) et c-Rel aux sites évolutionnaires conservés κB in vitro et in vivo en même temps que p300 ainsi que la forme phosphorylée de Pol II. De plus, p65 est sélectivement associé au promoteur de EIF4E dans les sous-types LAM M4/M5 mais non pas dans les autres sous-types LAM ou dans les cellules hématopoïétiques primaires normales. Ceci indique que ce processus représente un facteur essentiel qui détermine l’expression différentielle de EIF4E dans la LAM. Les analyses de données d’expressions par séquençage de l’ARN provenant du « Cancer Genome Atlas » (TCGA) suggèrent que les niveaux d’ARNm de EIF4E et RELA se trouvent augmentés dans les cas LAM à pronostic intermédiaire ou faible mais non pas dans les groupes cytogénétiquement favorables. De plus, des niveaux élevés d’ARNm de EIF4E et RELA sont significativement associés avec un taux de survie relativement bas chez les patients. En effet, les sites uniques κB se trouvant dans le promoteur de EIF4E recrutent le régulateur de transcription NF-κB p65 dans 47 nouvelles cibles prévues. Finalement, 6 nouveaux facteurs de transcription potentiellement impliqués dans la régulation du gène EIF4E ont été prédits par des analyses de données ChIP-Seq provenant de l’encyclopédie des éléments d’ADN (ENCODE). Collectivement, ces résultats fournissent de nouveaux aperçus sur le control transcriptionnel de EIF4E et offrent une nouvelle base moléculaire pour sa dérégulation dans au moins un sous-groupe de spécimens de LAM. L’étude et la compréhension de ce niveau de régulation dans le contexte de spécimens de patients s’avère important pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant l’expression du gène EIF4E moyennant des inhibiteurs de NF-κB en combinaison avec la ribavirine.

Effect of Age on Outcome of Reduced-Intensity Hematopoietic Cell Transplantation for Older Patients With Acute Myeloid Leukemia in First Complete Remission or With Myelodysplastic Syndrome

Purpose Acute myelogenous leukemia (AML) and myelodysplastic syndrome (MDS) primarily afflict older individuals. Hematopoietic cell transplantation (HCT) is generally not offered because of concerns of excess morbidity and mortality. Reduced-intensity conditioning (RIC) regimens allow increased use of allogeneic HCT for older patients. To define prognostic factors impacting long-term outcomes of RIC regimens in patients older than age 40 years with AML in first complete remission or MDS and to determine the impact of age, we analyzed data from the Center for International Blood and Marrow Transplant Research (CIBMTR). Patients and Methods We reviewed data reported to the CIBMTR (1995 to 2005) on 1,080 patients undergoing RIC HCT. Outcomes analyzed included neutrophil recovery, incidence of acute or chronic graft-versus-host disease (GVHD), nonrelapse mortality (NRM), relapse, disease-free survival (DFS), and overall survival (OS). Results Univariate analyses demonstrated no age group differences in NRM, grade 2 to 4 acute GVHD, chronic GVHD, or relapse. Patients age 40 to 54, 55 to 59, 60 to 64, and >= 65 years had 2-year survival rates as follows: 44% (95% Cl, 37% to 52%), 50% (95% Cl, 41% to 59%), 34% (95% Cl, 25% to 43%), and 36% (95% Cl, 24% to 49%), respectively, for patients with AML (P = .06); and 42% (95% Cl, 35% to 49%), 35% (95% Cl, 27% to 43%), 45% (95% Cl, 36% to 54%), and 38% (95% Cl, 25% to 51%), respectively, for patients with MDS (P = .37). Multivariate analysis revealed no significant impact of age on NRM, relapse, DFS, or OS (all P>.3). Greater HLA disparity adversely affected 2-year NRM, DFS, and OS. Unfavorable cytogenetics adversely impacted relapse, DFS, and OS. Better pre-HCT performance status predicted improved 2-year OS. Conclusion With these similar outcomes observed in older patients, we conclude that older age alone should not be considered a contraindication to HCT.

Translocation (11;19)(q23;p13.3) associated with a novel t(5;16) (ql3;q22) in a patient with acute myelocytic leukemia

A novel association of t(11;19)(q23;p13) and t(5;16)(q13;q22) was detected by G-banding and spectral karyotyping studies in an 18-year-old patient. While balanced t(11; 19) has been often described in acute myelocytic leukemia (AML) French-American-British Cooperative Group subtypes M4 and M5, this patient was diagnosed with the variant AML-M4 with eosinophilia (AML-M4Eo), which is associated with abnormalities in 16q22 and has good prognosis. However, the patient relapsed after allogeneic transplant and died within 2 years of diagnosis, which suggests that the association of these two translocations correlates with a poor prognosis. This report expands the molecular basis of the variability in clinical outcomes and adds the novel t(5;16)(q13;q22) to the spectrum of chromosome 16q22 abnormalities in AML. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Atypical chromosome abnormalities in acute myeloid leukemia type M4

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Treatment of pediatric myelodysplastic syndromes and juvenile myelomonocytic leukemia: the Brazilian experience in the past decade

Background: Therapy strategies for myelodysplastic syndromes (MDS) and juvenile myelomonocytic leukemia (JMML) vary considerably. Objective: To review the treatment of Brazilian children who were diagnosed with MDS or JMML in the past decade and reported to the Brazilian Cooperative Group on Pediatric Myelodysplastic syndromes (BCG-MDS-PED). Results: of 173 children reported to the BCG-MDS-PED from January 1997 to January 2003 with a suspected diagnosis of MDS or JMML, 91 had the diagnosis confirmed after central review of the bone marrow aspirate and biopsy. Information on previous treatments was available for 78 MDS/JMML patients. Treatment varied from different schedules of low-dose (14%) and standard-dose chemotherapy (50%), granulocyte-colony-stimulating factor (G-CSF 7%), interferon (5%), steroids (2%) and erythropoietin (2%) to allogeneic stem-cell transplantation (SCT) (14%). No survival advantage could be demonstrated based on Hasle's classification or based on treatment. Conclusion: This report reflects the current practice in treating Brazilian children with MDS/JMML without specific Cooperative Group guidelines. Treatment modalities were very heterogeneous. The strategies for implementing a national protocol should consider international guidelines and focus on local experience and available resources. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.