Abstract Normal and malignant hematopoietic stem cells (HSCs) are controlled by extracellular cues including cytokine signalling through the JAK/STAT pathway. Here, we show that STAT5-deficient HSCs exhibit an unusual phenotype: while reduced multi-lineage repopulation and reduced self-renewal are commonly associated with overproliferation and exhaustion, they are instead associated with reduced cell-cycle progression and increased differentiation in STAT5-deficient HSCs. Mechanistic studies show that unphosphorylated-STAT5 (uSTAT5) contributes to this phenotype by constraining HSC differentiation, promoting HSC maintenance and upregulating transcriptional programs associated with stemness. The JAK1/2 inhibitor ruxolitinib increases levels of uSTAT5, constrains differentiation and proliferation of murine HSCs, promotes their maintenance and upregulates transcriptional programs associated with stemness. Ruxolitinib also enhances clonogenicity of normal human HSPCs, CALR-mutant murine HSCs and HSPCs from patients with myelofibrosis. Our results therefore reveal a previously unrecognized role for uSTAT5 in controlling HSC function, highlight JAK inhibition as a strategy for enhancing HSC function and provide insights into the failure of JAK inhibitors to eradicate myeloproliferative neoplasms.

B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is a leading cause of death in childhood and outcomes in adults remain dismal. There is therefore an urgent clinical need for therapies that target the highest risk cases. Mutations in the histone acetyltransferase CREBBP associate with high-risk features in B-ALL and have been implicated in chemoresistance. We performed a targeted drug screen in isogenic human cell lines, identifying a number of actionable small molecules that specifically target CREBBP-mutated B-ALL. The most potent was the BCL2 inhibitor Venetoclax, which acts through a non-canonical mechanism resulting in ferroptotic cell death. CREBBP-mutated cell lines showed differences in cell-cycle, metabolism and response to oxidative stress. Lastly, we demonstrate that small-molecule inhibition of CREBBP sensitizes B-ALL cells, regardless of genotype, to Venetoclax-induced ferroptosis in-vitro and in-vivo, providing a potential novel drug combination for broader clinical translation in B-ALL.

Abstract Loss-of-function mutations in the gene encoding the acetyltransferase CREBBP have been reported in numerous cancers but are particularly frequent in lymphoid malignancies. However, the functional significance of CREBBP loss in transformation and disease progression, most likely through cooperation with secondary genetic hits, has not yet been fully unravelled. Similarly, the contribution of the initial cell population sustaining CREBBP loss in the course of disease remains elusive. Here, we developed a new lymphoma mouse model integrating Crebbp loss at various stages of B cell development with a transposon-based insertional mutagenesis system. We demonstrated that Crebbp loss from the HSPC compartment resulted in an aggressive DLBCL-like disease, recapitulating well-characterised histological and molecular features of the human disease, as well as the recently described enhanced CD24 expression. More importantly, we identified candidate genes functionally equivalent to patient mutated genes. Those genes, mainly related to B cell development and cellular signalling, may represent novel therapeutic targets. Overall, this new model provides a powerful resource in which to conduct future mechanistic and therapeutic studies.

Abstract Resistance to standard and novel therapies remains the main obstacle to cure in acute myeloid leukemia (AML) and is often driven by metabolic adaptations which are therapeutically actionable. Here we identify inhibition of mannose-6-phosphate isomerase (MPI), the first enzyme in the mannose metabolism pathway, as a sensitizer to both cytarabine and FLT3 inhibitors across multiple AML models. Mechanistically, we identify a connection between mannose metabolism and fatty acid metabolism, that is mediated via preferential activation of the ATF6 arm of the unfolded protein response (UPR). This in turn leads to cellular accumulation of polyunsaturated fatty acids, lipid peroxidation and ferroptotic cell death in AML cells. Our findings provide further support to the role of rewired metabolism in AML therapy resistance, unveil a novel connection between two apparently independent metabolic pathways and support further efforts to achieve eradication of therapy-resistant AML cells by sensitizing them to ferroptotic cell death.

Abstract Transcriptional variability facilitates stochastic cell diversification and can in turn underpin adaptation to stress or injury. We hypothesize that it may analogously facilitate progression of pre-malignancy to cancer. To investigate this, we initiated pre-leukemia in mouse cells with enhanced transcriptional variability due to conditional disruption of the histone lysine acetyltransferase gene Kat2a . By combining single-cell RNA-sequencing of pre-leukemia with functional analysis of transformation, we show that Kat2a loss results in global variegation of cell identity and accumulation of pre-leukemic cells. Leukemia progression is subsequently facilitated by destabilization of ribosome biogenesis and protein synthesis, which confer a transient transformation advantage. The contribution of transcriptional variability to early cancer evolution reflects a generic role in promoting cell fate transitions, which, in the case of well-adapted malignancies, contrastingly differentiates and depletes cancer stem cells. In other words, transcriptional variability confers forward momentum to cell fate systems, with differential multi-stage impact throughout cancer evolution. One-sentence summary Loss of Kat2a enhances transcriptional variability of ribosome biosynthetic programs and transiently accelerates pre-leukemia