Abstract Clonal hematopoiesis (CH) can predispose to blood cancers due to enhanced fitness of mutant hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), but the mechanisms driving this progression are not understood. We hypothesized that malignant progression is related to microenvironment-remodelling properties of CH-mutant HSPCs. Single-cell transcriptomic profiling of the bone marrow microenvironment in Dnmt3a R878H/+ mice revealed signatures of cellular senescence in mesenchymal stromal cells (MSCs). Dnmt3a R878H/+ HSPCs caused MSCs to upregulate the senescence markers SA-β-gal, BCL-2, BCL-xL, Cdkn1a (p21) and Cdkn2a (p16), ex vivo and in vivo . This effect was cell contact-independent and can be replicated by IL-6 or TNFα, which are produced by Dnmt3a R878H/+ HSPCs. Depletion of senescent MSCs in vivo reduced the fitness of Dnmt3a R878H/+ hematopoietic cells and the progression of CH to myeloid neoplasms using a sequentially inducible Dnmt3a ; Npm1 -mutant model. Thus, Dnmt3a -mutant HSPCs reprogram their microenvironment via senescence induction, creating a self-reinforcing niche favoring fitness and malignant progression. Statement of Significance Mesenchymal stromal cell senescence induced by Dnmt3a -mutant hematopoietic stem and progenitor cells drives clonal hematopoiesis and initiation of hematologic malignancy.

Abstract Anucleate cells - platelets and erythrocytes - constitute over 95% of all hematopoietic stem cell (HSC) output, but the clonal dynamics of HSC contribution to these lineages remains largely unexplored. Here, we use lentiviral RNA cellular barcoding and transplantation of HSCs, combined with single-cell RNA-seq, for quantitative analysis of clonal behavior with a multi-lineage readout - for the first time including anucleate and nucleate lineages. We demonstrate that most HSCs steadily contribute to hematopoiesis, but acute platelet depletion shifts the output of multipotent HSCs to the exclusive production of platelets, with the additional emergence of new myeloid-biased clones. Our approach therefore enables comprehensive profiling of multi-lineage output and transcriptional heterogeneity of individual HSCs, giving insight into clonal dynamics in both steady state and under physiological stress.