ABSTRACT Blastic plasmacytoid dendritic cell neoplasm (BPDCN) is an aggressive leukemia of plasmacytoid dendritic cells (pDCs). BPDCN occurs at least three times more frequently in men than women, but the reasons for this sex bias are unknown. Here, studying genomics of primary BPDCN and modeling disease-associated mutations, we link acquired alterations in RNA splicing to abnormal pDC development and inflammatory response through Toll-like receptors. Loss-of-function mutations in ZRSR2, an X chromosome gene encoding a splicing factor, are enriched in BPDCN and nearly all mutations occur in males. ZRSR2 mutation impairs pDC activation and apoptosis after inflammatory stimuli, associated with intron retention and inability to upregulate the transcription factor IRF7. In vivo, BPDCN-associated mutations promote pDC expansion and signatures of decreased activation. These data support a model in which male-biased mutations in hematopoietic progenitors alter pDC function and confer protection from apoptosis, which may impair immunity and predispose to leukemic transformation. STATEMENT OF SIGNIFICANCE Sex bias in cancer is well recognized but the underlying mechanisms are incompletely defined. We connect X chromosome mutations in ZRSR2 to an extremely male-predominant leukemia. Aberrant RNA splicing induced by ZRSR2 mutation impairs dendritic cell inflammatory signaling, interferon production, and apoptosis, revealing a sex- and lineage-related tumor suppressor pathway.

Classification of acute lymphoblastic and myeloid leukemias (ALL and AML) remains heavily based on phenotypic resemblance to normal hematopoietic precursors. This framework can provide diagnostic challenges for immunophenotypically heterogeneous immature leukemias, and ignores recent advances in understanding of developmental multipotency of diverse normal hematopoietic progenitor populations that are identified by transcriptional signatures. We performed transcriptional analyses of a large series of acute myeloid and lymphoid leukemias and detected significant overlap in gene expression between cases in different diagnostic categories. Bioinformatic classification of leukemias along a continuum of hematopoietic differentiation identified leukemias at the myeloid/T-lymphoid interface, which shared gene expression programs with a series of multi or oligopotent hematopoietic progenitor populations, including the most immature CD34+CD1a-CD7- subset of early thymic precursors. Within these interface acute leukemias (IALs), transcriptional resemblance to early lymphoid progenitor populations and biphenotypic leukemias was more evident in cases originally diagnosed as AML, rather than T-ALL. Further prognostic analyses revealed that expression of IAL transcriptional programs significantly correlated with poor outcome in independent AML patient cohorts. Our results suggest that traditional binary approaches to acute leukemia categorization are reductive, and that identification of IALs could allow better treatment allocation and evaluation of therapeutic options.

Abstract Chimeric antigen receptor (CAR) T cells express an extracellular domain consisting of a single-chain fragment variable (scFv) targeting a surface tumor-associated antigen. scFv selection should involve safety profiling with evaluation of the efficacy/toxicity balance, especially when the target antigen also is expressed on healthy cells. Here, to assess differences in terms of efficacy and on-target/off-tumor effects, we generated five different CARs targeting CD123 by substituting only the scFv. In in vitro models, T cells engineered to express three of these five CD123 CARs were effectively cytotoxic on leukemic cells without increasing lysis of monocytes or endothelial cells. Using the IncuCyte system, we confirmed the low cytotoxicity of CD123 CAR T cells on endothelial cells. Hematotoxicity evaluation using progenitor culture and CD34 cell lysis showed that two of the five CD123 CAR T cells were less cytotoxic on hematopoietic stem cells. Using a humanized mouse model, we confirmed that CD123− cells were not eliminated by the CD123 CAR T cells. Two CD123 CAR T cells reduced tumor infiltration and increased the overall survival of mice in three in vivo models of blastic plasmacytoid dendritic cell neoplasm. In an aggressive version of this model, bulk RNA sequencing analysis showed that these CD123 CAR T cells upregulated genes associated with cytotoxicity and activation/exhaustion a few days after the injection. Together, these results emphasize the importance of screening different scFvs for the development of CAR constructs to support selection of cells with the optimal risk–benefit ratio for clinical development.