Chromosomal rearrangements without gene fusions have been implicated in leukemogenesis by causing deregulation of proto-oncogenes via relocation of cryptic regulatory DNA elements. AML with inv(3)/t(3;3) is associated with aberrant expression of the stem-cell regulator EVI1. Applying functional genomics and genome-engineering, we demonstrate that both 3q rearrangements reposition a distal GATA2 enhancer to ectopically activate EVI1 and simultaneously confer GATA2 functional haploinsufficiency, previously identified as the cause of sporadic familial AML/MDS and MonoMac/Emberger syndromes. Genomic excision of the ectopic enhancer restored EVI1 silencing and led to growth inhibition and differentiation of AML cells, which could be replicated by pharmacologic BET inhibition. Our data show that structural rearrangements involving the chromosomal repositioning of a single enhancer can cause deregulation of two unrelated distal genes, with cancer as the outcome.

Summary The bone marrow permanently harbors high numbers of neutrophils, and a tumor-supportive bias of these cells could significantly impact bone marrow-confined malignancies. In multiple myeloma, the bone marrow is characterized by inflammatory stromal cells with the potential to influence neutrophils. We investigated myeloma-associated alterations in marrow neutrophils and the impact of stromal inflammation on neutrophil function. Mature neutrophils in myeloma marrow are activated and tumor-supportive, transcribing increased levels of IL-1β, and myeloma cell survival factor BAFF. Interactions with inflammatory stromal cells can induce neutrophil activation, including BAFF secretion, in a STAT3-dependent manner and once activated, neutrophils gain the ability to reciprocally induce stromal activation. After first-line myeloid-depleting treatment, patient bone marrow retains residual stromal inflammation and newly-formed neutrophils are reactivated. Combined, we identify a neutrophil-stromal cell feed-forward loop driving tumor-supportive inflammation that persists after treatment and warrants novel strategies to target both stromal and immune microenvironments in multiple myeloma.

Abstract Natural killer (NK) cells mediate the cytotoxic immune response against multiple myeloma and are important effector cells in immune therapies through antibody-dependent cellular cytotoxicity. Here, we used single-cell transcriptomics, flow cytometry and functional assays to investigate the bone marrow NK cell compartment of myeloma patients at diagnosis, during treatment and after relapse. The bone marrow of myeloma patients is characterized by a reduction in conventional cytotoxic NK cells that persists throughout treatment. We show in 20% of newly diagnosed myeloma patients that an altered balance between cytotoxic and cytokine-producing NK cells translates into a reduced cytotoxic ability in response to therapeutic antibodies. The relative loss of cytotoxic NK cells persists at relapse and is accompanied by an expansion of IFN-responsive NK cells. These findings reveal previously unappreciated alterations in bone marrow NK cell composition and highlight the importance of understanding the bone marrow immune system in patients receiving immunotherapies. Statement of significance The bone marrow of multiple myeloma patients is characterized by a persistent reduction in cytotoxic CD56 dim NK cells, accompanied by inferior in vitro responses to therapeutic antibodies at diagnosis and an increase in IFN-responsive NK cells at relapse. These findings highlight the importance of understanding the BM microenvironment in multiple myeloma patients receiving immunotherapies.

Abstract Multiple myeloma represents a complex hematological malignancy, characterized by its wide array of genetic and clinical events. The introduction of proteasome inhibitors, such as carfilzomib or bortezomib, into the therapeutic landscape has notably enhanced the quality of life and survival rates for patients suffering from this disease. Nonetheless, a significant obstacle in the long-term efficacy of this treatment is the inevitable development of resistance to PIs, posing a substantial challenge in managing the disease effectively. Our study investigates the molecular mechanisms behind carfilzomib resistance by analyzing multi-omics profiles from four multiple myeloma cell lines: AMO-1, KMS-12-PE, RPMI-8226 and OPM-2, together with their carfilzomib-resistant variants. We uncovered a significant downregulation of metabolic pathways linked to strong mitochondrial dysfunction in resistant cells. Further examination of patient samples identified key genes - ABCB1, RICTOR, PACSIN1, KMT2D, WEE1 and GATM - potentially crucial for resistance, guiding us towards promising carfilzomib combination therapies to circumvent resistance mechanisms. The response profiles of tested compounds have led to the identification of a network of gene interactions in resistant cells. We identified two already approved drugs, benidipine and tacrolimus, as potential partners for combination therapy with carfilzomib to counteract resistance. This discovery enhances the clinical significance of our findings.