Abstract Transcription factors play a determining role in lineage commitment and cell differentiation. Interferon regulatory factor 8 (IRF8), a hematopoietic transcription factor, is prominently upregulated in dendritic cells (DC) by autoactivation and controls DC differentiation and function. However, it is unclear how IRF8 autoactivation is controlled and eventually limited. Here we identified a novel long non-coding RNA transcribed from the +32 kb enhancer downstream of IRF8 transcription start site and expressed specifically in plasmacytoid DC (pDC), referred to as lncIRF8 . A sequence element of the lncIRF8 promoter, but not lncIRF8 itself, is crucial for pDC and classical DC type 1 (cDC1) differentiation. In DC development IRF8 autoactivation is first initiated by flanking enhancers and then second controlled by feedback inhibition through the lncIRF8 promoter element in the +32 kb enhancer. Our work reveals a previously unrecognized negative feedback loop of IRF8 that orchestrates its own expression and thereby controls DC differentiation.

Abstract The KIT D816V mutation is found in more than 80% of patients with systemic mastocytosis (SM) and is key to neoplastic mast cell (MC) expansion and accumulation in affected organs. KIT D816V therefore represents a prime therapeutic target for SM. Here we generated a panel of patient-specific KIT D816V induced pluripotent stem cells (iPSCs) from patients with aggressive SM (ASM) and mast cell leukemia (MCL) to develop a patient-specific SM disease model for mechanistic and drug discovery studies. KIT D816V iPSCs differentiated into neoplastic hematopoietic progenitor cells and MCs with patient-specific phenotypic features, thereby reflecting the heterogeneity of the disease. CRISPR/Cas9n-engineered KIT D816V human embryonic stem cells (ESCs), when differentiated into hematopoietic cells, recapitulated the phenotype observed for KIT D816V iPSC hematopoiesis. KIT D816V causes constitutive activation of the KIT tyrosine kinase receptor and we exploited our iPSCs and ESCs to investigate new tyrosine kinase inhibitors targeting KIT D816V. Our study identified nintedanib as a novel KIT D816V inhibitor. Nintedanib selectively reduced the viability of iPSC-derived KIT D816V hematopoietic progenitor cells and MCs in the nanomolar range. Nintedanib was also active on primary samples of KIT D816V SM patients. Molecular docking studies show that nintedanib binds to the ATP binding pocket of inactive KIT D816V. Our results suggest nintedanib as a new drug candidate for KIT D816V targeted therapy of advanced SM.

Summary Colonies of induced pluripotent stem cells (iPSCs) reveal aspects of self-organization even under culture conditions that maintain pluripotency. To investigate the dynamics of this process under spatial confinement, we used either polydimethylsiloxane (PDMS) pillars or micro-contact printing of vitronectin. There was a progressive upregulation of OCT4, E-cadherin, and NANOG within 70 µm from the outer rim of iPSC colonies. Single- cell RNA-sequencing demonstrated that OCT4 high subsets have pronounced up-regulation of the TGF-β pathway, particularly of NODAL and its inhibitor LEFTY, at the rim of the colonies. Furthermore, calcium-dependent cell-cell interactions were found to be relevant for the self-organization. Interestingly, after 5 to 7 days, the iPSC colonies detached spontaneously from micro-contact printed substrates to form 3D aggregates. This new method allowed generation of embryoid bodies (EBs) of controlled size, without any enzymatic or mechanical treatment. Within the early 3D aggregates, the radial organization and differential gene expression continued in analogy to the changes observed during self-organization of iPSC colonies. Our results provide further insight into the gradual self-organization within iPSC colonies and at their transition into EBs.

Abstract Prevention of fatal side effects during cancer therapy of cancer patients with high-dosed pharmacological inhibitors is to date a major challenge. Moreover, the development of drug resistance poses severe problems for the treatment of patients with leukemia or solid tumors. Particularly drug-mediated dimerization of RAF kinases can be the cause of acquired resistance, also called “paradoxical activation”. Here we re-analyzing the effects of different tyrosine kinase inhibitors (TKIs) on the proliferation, metabolic activity, and survival of the Imatinib-resistant, KIT V560G,D816V -expressing human mast cell (MC) leukemia (MCL) cell line HMC-1.2. We observed that low concentrations of the TKIs Nilotinib and Ponatinib resulted in enhanced proliferation, suggesting paradoxical activation of the MAPK pathway. Indeed, these TKIs caused BRAF-CRAF dimerization, resulting in ERK1/2 activation. The combination of Ponatinib with the MEK inhibitor Trametinib, at nanomolar concentrations, effectively suppressed HMC-1.2 proliferation, metabolic activity, and induced apoptotic cell death. Effectiveness of this drug combination was recapitulated in the human KIT D816V MC line ROSA KIT D816V and in KIT D816V hematopoietic progenitors obtained from in patient-derived induced pluripotent stem cells (iPS cells). In conclusion, mutated KIT-driven Imatinib resistance can be efficiently bypassed by a low concentration combination of the TKI Ponatinib and the MEK inhibitor Trametinib, potentially reducing the negative side effects associated to MCL therapy.

Abstract Increasing evidence supports the interplay between oncogenic mutations and immune escape mechanisms. Strategies to counteract the immune escape mediated by oncogenic signaling could provide improved therapeutic options for patients with various malignancies. As mutant calreticulin (CALR) is a common driver of myeloproliferative neoplasms (MPN), we analyzed the impact of oncogenic CALRdel52 on the bone marrow (BM) microenvironment in MPN. Single-cell RNA-sequencing revealed that CALRdel52 led to the expansion of TGF-β1-producing erythroid progenitor cells and promoted the expansion of FoxP3+ regulatory T cells (Treg) in a murine MPN model. Treatment with an anti-TGF-β antibody improved mouse survival and increased the glycolytic activity in CD4+ and CD8+ T cells in vivo, while T cell depletion abrogated the protective effects conferred by neutralizing TGF-β. TGF-β1 reduced perforin and TNF-α production by T cells in vitro. TGF-β1 production by CALRdel52 cells was dependent on JAK1/2, PI3K, and ERK activity, which activated the transcription factor Sp1 to induce TGF-β1 expression. In four independent patient cohorts, TGF-β1 expression was increased in the BM of MPN patients compared to healthy individuals, and the BM of MPN patients contained a higher frequency of Treg compared to healthy individuals. Together, this study identified an ERK/Sp1/TGF-β1 axis in CALRdel52 MPNs as a mechanism of immunosuppression that can be targeted to elicit T-cell-mediated cytotoxicity.

The Semliki Forest virus capsid protein (C) is an RNA binding protein which exhibits both specific and unspecific affinities to single-strand nucleic acids. The putative use of the self-amplifying RNAs (saRNAs) of alphaviruses for biotechnological purpose is one of the main studied strategies concerning RNA-based therapies or immunization. In this work, a recombinant C protein from SFV was expressed and purified from bacteria and used to associate in vitro with a saRNA derived from SFV. Results showed that the purified form of C protein can associate with the saRNA even after high temperature treatment. The C protein was associated with a modified saRNA coding for the green fluorescent protein (GFP) and delivered to murine macrophage cells which expressed the GFP, showing that the saRNA was functional after being associated with the recombinant purified C protein.

Abstract Dendritic cells (DC) are professional antigen-presenting cells that develop from hematopoietic stem cells. Different DC subsets exist based on ontogeny, location and function, including the recently identified proinflammatory DC3 subset. DC3 have the prominent activity to polarize CD8 + T cells into CD8 + CD103 + tissue resident T cells. Here we describe human DC3 differentiated from induced pluripotent stem cells (iPS cells). iPS cell-derived DC3 have the gene expression and surface marker make-up of blood DC3 and polarize CD8+ T cells into CD8+ CD103+ tissue-resident memory T cells in vitro. To test the impact of malignant JAK2 V617F mutation on DC3, we differentiated patient-specific iPS cells with JAK2 V617F het and JAK2 V617F hom mutations into JAK2 V617F het and JAK2 V617F hom DC3. The JAK2 V617F mutation enhanced DC3 production and caused a bias towards erythrocytes and megakaryocytes. The patient-specific iPS cell-derived DC3 are expected to allow studying DC3 in human diseases and developing novel therapeutics. Graphical Abstract

Abstract Calreticulin (CALR) mutations are driver mutations in myeloproliferative neoplasms (MPNs), leading to activation of the thrombopoietin receptor, and causing abnormal megakaryopoiesis. Here, we generated patient-derived CALR ins5- or CALR del52-positive induced pluripotent stem (iPS) cells to establish a MPN disease model for molecular and mechanistic studies. We demonstrated myeloperoxidase deficiency in CD15+ granulocytic cells derived from homozygous CALR -mutant iPS cells, rescued by repairing the mutation using CRISPR/Cas9. iPS cell-derived megakaryocytes showed characteristics of primary megakaryocytes such as formation of demarcation membrane system and cytoplasmic pro-platelets protrusions. Importantly, CALR mutations led to enhanced megakaryopoiesis and accelerated megakaryocytic development in a thrombopoietin-independent manner. Mechanistically, our study identified differentially regulated pathways in mutated vs. unmutated megakaryocytes, such as hypoxia signaling, which represents a potential target for therapeutic intervention. Altogether, we demonstrate key aspects of mutated CALR- driven pathogenesis, dependent on its zygosity and found known and novel therapeutic targets, making our model a valuable tool for clinical drug screening in MPNs.

Abstract Achieving adequate cell densities remains a major challenge in establishing economic biotechnological and biomedical processes. A possible remedy is microcarrier‐based cultivation in stirred‐tank bioreactors (STBR), which offers a high surface‐to‐volume ratio, appropriate process control, and scalability. However, despite their potential, commercial microcarriers are currently limited to material systems featuring unnatural mechanical properties and low adaptability. Because matrix stiffness and ligand presentation impact phenotypical attributes, differentiation potential, and genetic stability, biotechnological processes can significantly benefit from microcarrier systems tailorable toward cell‐type specific requirements. This study introduces hydrogel particles co‐polymerized from poly(N‐isopropylacrylamide) (PNIPAM) and acrylic acid (AAc) as a platform technology for cell expansion. The resulting microcarriers exhibit an adjustable extracellular matrix‐like softness, an adaptable gel charge, and functional carboxyl groups, allowing electrostatic and covalent coupling of cell adhesive and cell fate‐modulating proteins. These features enable the attachment and growth of L929 mouse fibroblast cells in static microtiter plates and dynamic STBR cultivations while also providing vital growth factors, such as interleukin‐3, to myeloblast‐like 32D cells over 20 days of cultivation. The study explores the effects of different educt compositions on cell‐particle interactions and reveals that PNIPAM‐co‐AAc microcarriers can provide both covalently coupled and diffusively released cytokine to adjacent cells.

The vascular niche plays a crucial role in regulating hematopoiesis, and the presence of JAK2V617F endothelial cells (EC) in myeloproliferative neoplasms (MPN) underscores its therapeutic significance. Leveraging patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSC) harboring JAK2WT or the MPN-driver JAK2V617F (heterozygous, JAK2V617F HET or homozygous, JAK2V617F HOM ), we developed a scalable 3D bone marrow (BM)-niche mimicking model to study neoplastic vasculogenesis with precise control over cellularity and genetics. Global RNA-sequencing revealed zygosity-dependent phenotypic differences in EC, with JAK2V617F HET iPSC-derived EC (iEC) shifting toward a pro-mesenchymal phenotype via endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT), while JAK2V617F HOM iEC displayed dysregulated translation machinery. EndMT was exacerbated in JAK2V617F HET iEC-mesenchymal stromal cells 3D cocultures exposed to inflammatory cytokines and was effectively inhibited by the tyrosine kinase inhibitors ruxolitinib and nintedanib. Notably, interferon-alpha (IFNα) showed potential in reducing EndMT, with its anti-EndMT effect validated in vivo in murine and MPN patient samples. Single-cell RNA sequencing revealed that JAK2V617F hematopoietic cells further amplified EndMT, emphasizing the interplay between the vascular niche and hematopoietic compartments. To our knowledge, this is the first study to report that IFNαs anti-fibrotic and anti-angiogenic effects may be partly mediated through EndMT inhibition. Our 3D coculture model offers a powerful platform for mechanistic studies of human hematopoiesis.