Stromal cells isolated from bone marrow (BMSCs), often referred to as mesenchymal stem cells, are currently under investigation for a variety of therapeutic applications. However, limited data are available regarding receptors that can influence their homing to and positioning within the bone marrow. In the present study, we found that second passage BMSCs express a unique set of chemokine receptors: three CC chemokine receptors (CCR1, CCR7, and CCR9) and three CXC chemokine receptors (CXCR4, CXCR5, and CXCR6). BMSCs cultured in serum-free medium secrete several chemokine ligands (CCL2, CCL4, CCL5, CCL20, CXCL12, CXCL8, and CX3CL1). The surface-expressed chemokine receptors were functional by several criteria. Stimulation of BMSCs with chemokine ligands triggers phosphorylation of the mitogen-activated protein kinase (e.g., extracellular signal-related kinase [ERK]-1 and ERK-2) and focal adhesion kinase signaling pathways. In addition, CXCL12 selectively activates signal transducer and activator of transcription (STAT)-5 whereas CCL5 activates STAT-1. In cell biologic assays, all of the chemokines tested stimulate chemotaxis of BMSCs, and CXCL12 induces cytoskeleton F-actin polymerization. Studies of culture-expanded BMSCs, for example, 12-16 passages, indicate loss of surface expression of all chemokine receptors and lack of chemotactic response to chemokines. The loss in chemokine receptor expression is accompanied by a decrease in expression of adhesion molecules (ICAM-1, ICAM-2, and vascular cell adhesion molecule 1) and CD157, while expression of CD90 and CD105 is maintained. The change in BMSC phenotype is associated with slowing of cell growth and increased spontaneous apoptosis. These findings suggest that several chemokine axes may operate in BMSC biology and may be important parameters in the validation of cultured BMSCs intended for cell therapy.

The human heart is believed to grow by enlargement but not proliferation of cardiomyocytes (heart muscle cells) during postnatal development. However, recent studies have shown that cardiomyocyte proliferation is a mechanism of cardiac growth and regeneration in animals. Combined with evidence for cardiomyocyte turnover in adult humans, this suggests that cardiomyocyte proliferation may play an unrecognized role during the period of developmental heart growth between birth and adolescence. We tested this hypothesis by examining the cellular growth mechanisms of the left ventricle on a set of healthy hearts from humans aged 0-59 y (n = 36). The percentages of cardiomyocytes in mitosis and cytokinesis were highest in infants, decreasing to low levels by 20 y. Although cardiomyocyte mitosis was detectable throughout life, cardiomyocyte cytokinesis was not evident after 20 y. Between the first year and 20 y of life, the number of cardiomyocytes in the left ventricle increased 3.4-fold, which was consistent with our predictions based on measured cardiomyocyte cell cycle activity. Our findings show that cardiomyocyte proliferation contributes to developmental heart growth in young humans. This suggests that children and adolescents may be able to regenerate myocardium, that abnormal cardiomyocyte proliferation may be involved in myocardial diseases that affect this population, and that these diseases might be treatable through stimulation of cardiomyocyte proliferation.

Unique among leukocytes, neutrophils follow daily cycles of release from and migration back into the bone marrow, where they are eliminated. Because removal of dying cells generates homeostatic signals, we explored whether neutrophil elimination triggers circadian events in the steady state. Here, we report that the homeostatic clearance of neutrophils provides cues that modulate the physiology of the bone marrow. We identify a population of CD62LLO CXCR4HI neutrophils that have “aged” in the circulation and are eliminated at the end of the resting period in mice. Aged neutrophils infiltrate the bone marrow and promote reductions in the size and function of the hematopoietic niche. Modulation of the niche depends on macrophages and activation of cholesterol-sensing nuclear receptors and is essential for the rhythmic egress of hematopoietic progenitors into the circulation. Our results unveil a process that synchronizes immune and hematopoietic rhythms and expand the ascribed functions of neutrophils beyond inflammation.PaperFlickeyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiI5NTNlNWE4ZjU2ZTAzMGQ3NzcyYWQzNzZlYTg2NGJhOCIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc4NjY5NDQyfQ.XP6B2OWiwmawIOsBTbbPsMjifrwaJs249a_UApw_jQyWcXpeYx_tHgpYvfB7mCL2WYb3N5UEl9kUhvcN-VjYgCF6ShZy67TGyeOn9_WRHMTyksmyGli93WM5W_9YLT2c-0Ute4FZp4oAJgz4DUJb-T4uT1yO5qIObrj8eC8G9Ic56qOBr4j7lvS4_Q1xgacVEcEsuyisTUJSbLBrSU-SiFSfWSB9lLo3JIPX-6cxZJe7h0cIoE5jV_xogDhECGpM5HeVSKHEUY8_gLUBLznebDOrSXi3C_81kGXrQ1SfCXV8JsJurPmjOr6U-UeVCklxMUgVQeDgsPXx8rvCAUv4pQ(mp4, (62.96 MB) Download video

The existence of a haematopoietic stem cell niche as a spatially confined regulatory entity relies on the notion that haematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) are strategically positioned in unique bone marrow microenvironments with defined anatomical and functional features. Here, we employ a powerful imaging cytometry platform to perform a comprehensive quantitative analysis of HSPC distribution in bone marrow cavities of femoral bones. We find that HSPCs preferentially localize in endosteal zones, where most closely interact with sinusoidal and non-sinusoidal bone marrow microvessels, which form a distinctive circulatory system. In situ tissue analysis reveals that HSPCs exhibit a hypoxic profile, defined by strong retention of pimonidazole and expression of HIF- 1α, regardless of localization throughout the bone marrow, adjacency to vascular structures or cell-cycle status. These studies argue that the characteristic hypoxic state of HSPCs is not solely the result of a minimally oxygenated niche but may be partially regulated by cell-specific mechanisms. Haematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) are found in unique bone marrow microenvironments. Silberstein and colleagues use imaging cytometry to quantitatively determine HSPC distribution in femoral bones. They find that HSPCs are in endosteal zones, in close proximity to specialized microvessels, and that they appear in a hypoxic state whether or not they are close to the vasculature.

To study whether the administration of recombinant human erythropoietin increases the amount of autologous blood that can be collected before surgery, we conducted a randomized, controlled trial of erythropoietin in 47 adults scheduled for elective orthopedic procedures. The patients received either erythropoietin (600 units per kilogram of body weight) or placebo intravenously twice a week for 21 days, during which time up to 6 units of blood was collected. Patients were excluded from donation when their hematocrit values were less than 34 percent. All patients received iron sulfate (325 mg orally three times daily). The mean number of units collected per patient (±SE) was 5.4±0.2 for the erythropoietin group and 4.1 ±0.2 for the placebo group. The mean red-cell volume donated by the patients who received erythropoietin was 41 percent greater than that donated by the patients who received placebo (961 vs. 683 ml, P<0.05). Only 1 of the 23 patients treated with erythropoietin was unable to donate ≥4 units(4 percent) as compared with 7 of the 24 patients who received placebo (29 percent). No adverse effects were attributed to erythropoietin. We conclude that recombinant human erythropoietin increases the ability of patients about to undergo elective surgery to donate autologous blood. (N Engl J Med 1989; 321:1163–8.)

The full neutrophil heterogeneity and differentiation landscape remains incompletely characterized. Here, we profiled >25,000 differentiating and mature mouse neutrophils using single-cell RNA sequencing to provide a comprehensive transcriptional landscape of neutrophil maturation, function and fate decision in their steady state and during bacterial infection. Eight neutrophil populations were defined by distinct molecular signatures. The three mature peripheral blood neutrophil subsets arise from distinct maturing bone marrow neutrophil subsets. Driven by both known and uncharacterized transcription factors, neutrophils gradually acquire microbicidal capability as they traverse the transcriptional landscape, representing an evolved mechanism for fine-tuned regulation of an effective but balanced neutrophil response. Bacterial infection reprograms the genetic architecture of neutrophil populations, alters dynamic transitions between subpopulations and primes neutrophils for augmented functionality without affecting overall heterogeneity. In summary, these data establish a reference model and general framework for studying neutrophil-related disease mechanisms, biomarkers and therapeutic targets at single-cell resolution.

In previous clinical trials involving children with X-linked severe combined immunodeficiency (SCID-X1), a Moloney murine leukemia virus–based γ-retrovirus vector expressing interleukin-2 receptor γ-chain (γc) complementary DNA successfully restored immunity in most patients but resulted in vector-induced leukemia through enhancer-mediated mutagenesis in 25% of patients. We assessed the efficacy and safety of a self-inactivating retrovirus for the treatment of SCID-X1.

Normal bone marrow (BM) contains T cells whose function and origin are poorly understood. We observed that CD8+ T cells in BM consist chiefly of CCR7+ L-selectin+ central memory cells (TCMs). Adoptively transferred TCMs accumulated more efficiently in the BM than naive and effector T cells. Intravital microscopy (IVM) showed that TCMs roll efficiently in BM microvessels via L-, P-, and E-selectin, whereas firm arrest required the VCAM-1/α4β1 pathway. α4β1 integrin activation did not depend on pertussis toxin (PTX)-sensitive Gαi proteins but was reduced by anti-CXCL12. In contrast, TCM diapedesis did not require CXCL12 but was blocked by PTX. After extravasation, TCMs displayed agile movement within BM cavities, remained viable, and mounted potent antigen-specific recall responses for at least two months. Thus, the BM functions as a major reservoir for TCMs by providing specific recruitment signals that act in sequence to mediate the constitutive recruitment of TCMs from the blood.

Gasdermin D (GSDMD) is considered a proinflammatory factor that mediates pyroptosis in macrophages to protect hosts from intracellular bacteria. Here, we reveal that GSDMD deficiency paradoxically augmented host responses to extracellular Escherichia coli, mainly by delaying neutrophil death, which established GSDMD as a negative regulator of innate immunity. In contrast to its activation in macrophages, in which activated inflammatory caspases cleave GSDMD to produce an N-terminal fragment (GSDMD-cNT) to trigger pyroptosis, GSDMD cleavage and activation in neutrophils was caspase independent. It was mediated by a neutrophil-specific serine protease, neutrophil elastase (ELANE), released from cytoplasmic granules into the cytosol in aging neutrophils. ELANE-mediated GSDMD cleavage was upstream of the caspase cleavage site and produced a fully active ELANE-derived NT fragment (GSDMD-eNT) that induced lytic cell death as efficiently as GSDMD-cNT. Thus, GSDMD is pleiotropic, exerting both pro- and anti-inflammatory effects that make it a potential target for antibacterial and anti-inflammatory therapies.