Häufigkeit und prognostische Relevanz von zusätzlichen genetischen Veränderungen bei ETV6/RUNX1-positiven Rezidiven der akuten lymphoblastischen Leukämie im Kindesalter

Abstract

Die chromosomale Translokation t(12;21), aus der das Fusionsgen ETV6/RUNX1 entsteht, ist die häufigste interchromosomale Veränderung bei der B-Vorläuferzell- (B-cell precursor, BCP-) ALL im Kindesalter und findet sich in den Leukämiezellen von 20-25 % der ALL-Ersterkrankungen und in ca. 20 % der BCP-ALL Rezidive. Die Translokation resultiert in der Fusion der Gene für die Transkriptionsfaktoren ETV6 und RUNX1, deren Bedeutung für die Hämatopoese essenziell ist. Während die ETV6/RUNX1-Genfusion ein grundlegendes Ereignis in der Leukämieentstehung darstellt, wird angenommen, dass zusätzliche genetische Veränderungen für die leukämogene Transformation der Zelle erforderlich sind. Die klinische Heterogenität innerhalb der ETV6/RUNX1 positiven ALL legt die Vermutung nahe, dass zusätzliche genetische Veränderungen in den Leukämiezellen dieses ALL-Subtyps von prognostischer Relevanz sind und zu Unterschieden im Krankheitsverlauf der Patienten beitragen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Häufigkeit zusätzlicher chromosomaler Veränderungen zum Zeitpunkt der Rezidivdiagnose mittels hochauflösender gesamtgenomischer tiling-path bacterial artificial chromosome (BAC) array CGH ermittelt. Analysiert wurde die Leukämiezell-DNA von 51 ETV6/RUNX1 positiven ALL-Rezidiven zum Zeitpunkt der Rezidivdiagnose. Die untersuchten Patienten wurden einheitlich gemäß der ALL-REZ BFM Therapieoptimierungsstudien behandelt und stellen eine repräsentative Stichprobe der Studienpopulation dar. Eine statistische Auswertung der erhobenen Daten wurde durchgeführt, um einen möglichen Zusammenhang zwischen gefundenen numerischen chromosomalen Veränderungen und prognostisch relevanten klinischen Parametern der Patienten zu untersuchen. Kopienzahlveränderungen (copy number aberrations, CNA) wurden in der Leukämiezell-DNA von allen 51 ETV6/RUNX1 positiven ALL-Rezidiven nachgewiesen. Durchschnittlich wurden 7 CNA pro Leukämiezellprobe identifiziert. Chromosomale Verluste waren etwa 2,5 mal häufiger als Zugewinne. Eine große Anzahl von CNA wurde in Regionen detektiert, die wiederholt von Veränderungen betroffen waren. Am häufigsten wurden Verluste im Bereich der chromosomalen Banden 12p13, 6q21, 15q15.1, 9p21, 5q und 3p14.2 sowie Zugewinne im Bereich von 21q22 und 12p identifiziert. Die Auswertung der klinischen Daten der Patienten ergab eine signifikante klinische und prognostische Relevanz für einige der rekurrent betroffenen Regionen. Verluste von 12p13.2, bei denen das CDKN1B-Gen betroffen war, zeigten eine Assoziation mit einer kürzeren Dauer der Erstremission (P = 0,009) sowie einer geringeren Wahrscheinlichkeit eines ereignisfreien Überlebens (pEFS, P = 0,001). Deletionen von 9p21.3 (CDKN2A, CDKN2B, MTAP) waren mit höheren Leukozyten- und peripheren Blastenzahlen (P = 0,0012 bzw. 0,011) und höherem Lebensalter (P = 0,0005) bei Rezidivdiagnose assoziiert. Kopienzahlveränderungen des X-Chromosoms zeigten eine geschlechtsspezifische Verteilung. Der Kopienzahlverlust des gesamten X-Chromosoms wurde ausschließlich bei Mädchen beobachtet, während ein Zugewinn von Xq nur bei Jungen vorkam. Deletionen des Glukokortikoidrezeptorgens NR3C1 (5q31.3) waren in 10 % der Rezidive nachweisbar und mit einem schlechten molekularen Ansprechen auf die Therapie verbunden (P = 0,003). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass zusätzliche chromosomale Veränderungen ein häufiges Merkmal ETV6/RUNX1-positiver ALL-Rezidive sind. Für einige der identifizierten DNA- Kopienzahlveränderungen zeigten sich Zusammenhänge mit klinischen und prognostischen Daten der Patienten. Diese Ergebnisse stützen die Annahme, dass zusätzliche genetische Veränderungen für den Prozess der malignen Transformation bei der ETV6/RUNX1-positiven ALL erforderlich sind und darüber hinaus den Behandlungserfolg beeinflussen können.

The chromosomal translocation t(12;21)(p13;q22) generating the fusion gene ETV6/RUNX1 represents the most common structural genetic aberration in pediatric B-cell precursor (BCP) acute lymphoblastic leukemia (ALL) at initial diagnosis (20-25%) and at first relapse (20%) of disease, respectively. The translocation results in the gene fusion of ETV6 and RUNX1, both encoding transcription factors with essential roles in hematopoiesis. Although the fusion ETV6/RUNX1 is unable to induce leukemic transformation on its own, it is regarded as the initiating mutation. The current view is that further alterations are required for definite leukemic transformation. The clinical heterogeneity among first relapses of childhood ETV6/RUNX1-positive ALL indicates that additional genetic alterations in leukemic cells might be of prognostic relevance. To assess the incidence and prognostic relevance of additional chromosomal alterations at ALL relapse, whole-genome tiling-path bacterial artificial chromosome (BAC) array CGH was performed. Leukemic cell DNA from 51 patients with first ETV6/RUNX1-positive relapse was analyzed. All of the patients were enrolled in and treated uniformly according to the relapse trials ALL-REZ of the Berlin-Frankfurt-Münster Study Group and constitute a representative subset of the trial population. Statistical analysis was performed to assess possible associations between identified numerical chromosomal alterations and relevant prognostic determinants at ALL relapse. Copy number alterations (CNA) were present in the leukemic cell DNA of every ETV6/RUNX1-positive relapse analyzed. On average 7 additional CNA were identified per leukemic cell sample. Chromosomal losses were approximately 2.5-fold more frequent than chromosomal gains. A high proportion of CNA occurred in recurrent overlapping chromosomal regions. Recurrent losses affected chromosomal regions 12p13, 6q21, 15q15.1, 9p21, 5q, and 3p14.2 whereas gains the regions 21q22 and 12p. Analysis of the clinical patient data revealed significant associations for some of the recurrently altered chromosomal regions. Loss of 12p13 including CDKN1B was associated with a shorter remission duration (P=0.009) and a lower probability of event-free survival (pEFS, P=0.001). Deletions of 9p21.3 (CDKN2A, CDKN2B, MTAP) were associated with higher leucocyte counts (P=0.0012) and peripheral blast cell counts (P=0.011) as well as with higher age at relapse diagnosis (P=0.0005). Distribution of X-chromosomal CNA was gender-specific: whole X-chromosome loss occurred exclusively in females, gain of Xq only in males. Loss of the glucocorticoid receptor gene NR3C1 (5q31.3), detected in 10% of relapses, conveyed a poor molecular response to induction treatment (P=0.003). The results of the present study show, that ETV6/RUNX1-positive ALL relapses are characterized by a high incidence of additional chromosomal alterations, some of which are of prognostic relevance. These results support the assumption that additional genetic alterations are not only required for ETV6/RUNX1-positive leukemogenesis but also might influence treatment response and outcome.