ABSTRACT Inflammation in the bone marrow (BM) microenvironment is a constitutive component of leukemogenesis in acute myeloid leukemia (AML). Current evidence suggests that both leukemic blasts and stroma secrete proinflammatory factors that actively suppress the function of healthy hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs). HSPCs are also cellular components of the innate immune system, and we reasoned that they may actively propagate the inflammation in the leukemic niche. In two separate congenic models of AML we confirm by evaluation of the BM plasma secretome and HSPC-selective single-cell RNA sequencing (scRNA-Seq) that multipotent progenitors and long-lived stem cells adopt inflammatory gene expression programs, even at low BM leukemic burden. In particular, we observe interferon gamma (IFN-γ) pathway activation, along with secretion of its chemokine target, CXCL10. We show that AML-derived nanometer-sized extracellular vesicles (EV AML ) are sufficient to trigger this inflammatory HSPC response, both in vitro and in vivo . Altogether, our studies indicate that HSPCs are an unrecognized component of the inflammatory adaptation of the BM by leukemic cells. The pro-inflammatory conversion and long-lived presence of HSPC in the BM along with their regenerative re-expansion during remission may impact clonal selection and disease evolution.

Cross-talk between hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) and bone marrow (BM) cells is critical for homing and sustained engraftment after transplantation. In particular, molecular and physical adaptation of sinusoidal endothelial cells (ECs) promote HSPC BM occupancy; however, signals that govern these events are not well understood. Extracellular vesicles (EVs) are mediators of cell-cell communication crucial in shaping tissue microenvironments. Here, we demonstrate that integrin α4β7 on murine HSPC EVs targets uptake into ECs. In BM ECs, HSPC EVs induce up-regulation of C-C motif chemokine receptor 2 (CCR2) ligands that synergize with CXCL12-CXCR4 signaling to promote BM homing. In nonirradiated murine models, marrow preconditioning with HSPC EVs or recombinant CCR2 ligands improves homing and early graft occupancy after transplantation. These findings identify a role for HSPC EVs in remodeling ECs, newly define CCR2-dependent graft homing, and inform novel translational conditioning strategies to improve HSPC transplantation.

Abstract Hematopoietic dysfunction has been associated with a reduction in the number of active precursors. However, precursor quantification at homeostasis and under diseased conditions is constrained by the scarcity of available methods. To address this issue, we optimized a method for quantifying a wide range of hematopoietic precursors. Assuming the random induction of a stable label in precursors following a binomial distribution, the estimation depends on the inverse correlation between precursor numbers and the variance of precursor labeling among independent samples. Experimentally validated to cover the full dynamic range of hematopoietic precursors in mice (1 to 10 5 ), we utilized this approach to demonstrate that thousands of precursors, which emerge after modest expansion during fetal-to-adult transition, contribute to native and perturbed hematopoiesis. We further estimated the number of precursors in a mouse model of Fanconi Anemia, showcasing how repopulation deficits can be segregated into autologous (cell proliferation) and non-autologous causes (lack of precursor). Our results support an accessible and reliable approach for precursor quantification, emphasizing the contemporary perspective that native hematopoiesis is highly polyclonal.

Hematopoietic dysfunction has been associated with a reduction in the number of active precursors. However, precursor quantification at homeostasis and under diseased conditions is constrained by the scarcity of available methods. To address this issue, we optimized a method for quantifying a wide range of hematopoietic precursors. Assuming the random induction of a stable label in precursors following a binomial distribution, estimates depend on the inverse correlation between precursor numbers and the variance of precursor labeling among independent samples. Experimentally validated to cover the full dynamic range of hematopoietic precursors in mice (1–10 5 ), we utilized this approach to demonstrate that thousands of precursors, which emerge after modest expansion during fetal-to-adult transition, contribute to native and perturbed hematopoiesis. We further estimated the number of precursors in a mouse model of Fanconi Anemia, showcasing how repopulation deficits can be classified as autologous (cell proliferation) and non-autologous (lack of precursor). Our results support an accessible and reliable approach for precursor quantification, emphasizing the contemporary perspective that native hematopoiesis is highly polyclonal.