Summary TP53 is the most commonly mutated gene in human cancer, typically occurring in association with complex cytogenetics and dismal outcomes. Understanding the genetic and non-genetic determinants of TP53- mutation driven clonal evolution and subsequent transformation is a crucial step towards the design of rational therapeutic strategies. Here, we carry out allelic resolution single-cell multi-omic analysis of haematopoietic stem/progenitor cells (HSPC) from patients with a myeloproliferative neoplasm who transform to TP53- mutant secondary acute myeloid leukaemia (AML), a tractable model of TP53 -mutant cancer evolution. All patients showed dominant TP53 ‘ multi-hit’ HSPC clones at transformation, with a leukaemia stem cell transcriptional signature strongly predictive of adverse outcome in independent cohorts, across both TP53- mutant and wild-type AML. Through analysis of serial samples and antecedent TP53 -heterozygous clones, we demonstrate a hitherto unrecognised effect of chronic inflammation, which supressed TP53 wild-type HSPC whilst enhancing the fitness advantage of TP53 mutant cells. Our findings will facilitate the development of risk-stratification, early detection and treatment strategies for TP53 -mutant leukaemia, and are of broader relevance to other cancer types.

ABSTRACT Sustained ANKRD26 expression associated with germline ANKRD26 mutations causes Thrombocytopenia 2 (THC2), an inherited platelet disorder associated with leukemia predisposition. Some of those patients present also erythrocytosis and/or leukocytosis. Using multiple human-relevant in vitro models (cell lines, primary patient cells and patient-derived iPSCs) we demonstrate for the first time that ANKRD26 is expressed during the early steps of erythroid, megakaryocyte and granulocyte differentiation, and is necessary for progenitor proliferation. As differentiation progresses, ANKRD26 expression is progressively silenced, to complete the cellular maturation of the three myeloid lineages. In primary cells, abnormal ANKRD26 expression in committed progenitors directly impacts the proliferation/differentiation balance for these three cell types. We show that ANKRD26 interacts with and crucially modulates the activity of MPL, EPOR and G-CSFR, three homodimeric type I cytokine receptors that regulate blood cell production. Higher than normal levels of ANKRD26 prevent the receptor internalization, which leads to increased signaling and cytokine hypersensitivity. Altogether these findings show that ANKRD26 overexpression or the absence of its silencing during differentiation are responsible for myeloid blood cell abnormalities in THC2 patients.

Chromothripsis, the process of catastrophic shattering and haphazard repair of chromosomes, is a common event in cancer. Whether chromothripsis might constitute an actionable molecular event amenable to therapeutic targeting remains an open question. We describe recurrent chromothripsis of chromosome 21 in a subset of patients in blast phase of a myeloproliferative neoplasm (BP-MPN), which alongside other structural variants leads to amplification of a region of chromosome 21 in ∼25% of patients ('chr21amp'). We report that chr21amp BP-MPN has a particularly aggressive and treatment-resistant phenotype. The chr21amp event is highly clonal and present throughout the hematopoietic hierarchy. DYRK1A , a serine threonine kinase and transcription factor, is the only gene in the 2.7Mb minimally amplified region which showed both increased expression and chromatin accessibility compared to non-chr21amp BP-MPN controls. We demonstrate that DYRK1A is a central node at the nexus of multiple cellular functions critical for BP-MPN development, including DNA repair, STAT signalling and BCL2 overexpression. DYRK1A is essential for BP-MPN cell proliferation in vitro and in vivo , and DYRK1A inhibition synergises with BCL2 targeting to induce BP-MPN cell apoptosis. Collectively, these findings define the chr21amp event as a prognostic biomarker in BP-MPN and link chromothripsis to a druggable target.