The clinical relevance of aneuploidy in relapses of pediatric B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia

Aneuploidy is a cytogenetic hallmark of leukemic cells from pediatric B-cell precursor (BCP) acute lymphoblastic leukemia (ALL). Two major subgroups, i.e. high hyperdiploidy and hypodiploidy, are associated with outcome of patients after frontline treatment. High hyperdiploidy, generally defined as >50 chromosomes or a DNA index ≥1.16, occurs in about 30% of patients and is associated with favorable prognosis. In contrast, hypodiploidy with 50 Chromosomen oder einem DNA-Index ≥1.16, tritt bei etwa 30% der Patienten auf und sagt eine hohe Überlebenswahrscheinlichkeit voraus. Im Gegensatz dazu ist die hypodiploidy mit <45 Chromosomen eher selten (<2%) und betroffene Patienten haben sehr schlechte Heilungschancen nach der Erstbehandlung. Für Kinder mit einem Rückfall (Rezidiv) der BCP-ALL ist die klinische Relevanz der Aneuploidie noch weitgehend unbekannt. Wir untersuchten daher eine große Patientenkohorte (n=413) mit erstem BCP-ALL-Knochenmarkrezidiv, die in Deutschland im Rahmen der multizentrischen ALL-REZ BFM 2002-Rezidivstudie behandelt wurden, auf Aneuploidien. Da die konventionelle Karyotypisierung bei Leukämiezellen des Rezidivs häufig nicht erfolgreich ist, wurde ein kombinierter Ansatz aus DNA-Index-Messungen mittels Durchflusszytometrie und einer Kopienzahl-Analyse der Zentromere mittels multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) angewendet. Die Ergebnisse der MLPA-Methode zeigten eine hohe Konkordanz zu Kopiezahl-Daten aus Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungen und zu DNA-Index-Messungen. Eine nachfolgende Clusteranalyse der MLPA-Daten identifizierte anschließend die verschiedenen Aneuploidie-Untergruppen anhand ihres Musters an chromosomalen Zugewinnen. Die high hyperdiploidy wurde in 16% der Rezidive (n=64/413) festgestellt, und die Patienten zeigten einen günstigen Verlauf nach der Rezidivbehandlung mit einer 10-Jahres-Wahrscheinlichkeit des ereignisfreien Überlebens (pEFS) von etwa 70%. Rezidive mit low hyperdiploidy (n=42/413) hingegen erreichten ein signifikant schlechteres pEFS von nur 40% (P=0.007). Drei Patienten mit scheinbarer high hyperdiploidy zeigten ein ungewöhnliches Muster ihrer hinzugewonnenen Chromosomen sowie zusätzliche TP53-Mutationen. Eine anschließende Array-basierte Allelotypisierung offenbarte einen hypodiploiden Ursprung dieser drei Rezidive, jedoch konnte der hypodiploide Klon nicht mit DNA-Index, Karyotypisierung oder Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung nachgewiesen werden (sogenannte maskierte hypodiploidy). Insgesamt hatten die Patienten mit maskierter (n=3) oder offensichtlicher (n=8) hypodiploidy beim Rezidiv ein besonders schlechtes pEFS von 9% nach der Rezidivbehandlung (P=0.001). Bemerkenswert ist, dass die aktuelle Behandlungsstrategie für BCP-ALL-Rezidive solche maskierten hypodiploidy-Fälle aufgrund ihres günstigen klinischen Erscheinungsbildes beim Rezidiv nicht als Hochrisikopatienten identifizierte. In der multivariaten Analyse zeigte sich die hypodiploidy zudem als unabhängiger Prognosefaktor für ein schlechtes ereignisfreies- sowie Gesamt-Überleben. Diese Ergebnisse legten nahe, dass BCP-ALL-Rezidive mit hypodiploidy zukünftig einem Hochrisiko-Behandlungsarm bzw. alternativen Therapieansätzen zugewiesen werden sollten. Die vorliegende Studie war eine Grundlage dafür, dass die Identifikation von hypodiploidy in die klinische Routine-Diagnostik von BCP-ALL Rezidiven aufgenommen wurde und dieser genetische Marker sowie TP53-Mutationen in der nächsten internationalen Rezidiv-Studie in die Risikostratifizierung einfließen werden