Abstract Hematopoietic stem cells (HSCs) are responsible for lifelong maintenance and regeneration of the blood system. With aging, loss of HSC function is a major contributor to decline in overall hematopoietic function, leading to increased rate of infection, poor vaccination response, clonal hematopoiesis, and increased risk of hematologic malignancies. While cellular and molecular hallmarks of HSC aging have been defined 1–3 , the lack of understanding of the nature and timing of the initiating events that cause HSC aging is a barrier to achieving the goal of extending healthy hematopoietic function into older age. Here we discover that hallmarks of HSC aging and myeloid-biased hematopoiesis accumulate by middle age in mice, and that the bone marrow (BM) microenvironment at middle age induces and is indispensable for hematopoietic aging phenotypes. Using unbiased transcriptome-based approaches, we identify decreased production of IGF1 by cells in the middle-aged BM microenvironment as a factor causing hematopoietic stem and progenitor cell aging and show that direct stimulation with IGF1 rescues hallmarks of hematopoietic aging. Declining IGF1 in the BM microenvironment at middle age represents a compelling target for intervention using prophylactic therapies to effectively extend healthspan and to prevent functional decline during aging.

Abstract The MLL-AF9 fusion protein occurring as a result of t(9;11) translocation gives rise to pediatric and adult acute leukemias of distinct lineages, including acute lymphoblastic leukemia (ALL), acute myeloid leukemia (AML), and mixed phenotype acute leukemia (MPAL). The mechanisms underlying how this same fusion protein results in diverse leukemia phenotypes among different individuals is not well understood. Given emerging evidence from genome-wide association studies (GWAS) that genetic risk factors contribute to MLL -rearranged leukemogenesis, here we tested the impact of genetic background on survival and phenotype of a well-characterized Mll - AF9 knockin mouse model. We crossed this model to five distinct inbred strains (129, A/J, C57BL/6, NOD, CAST), and tested their F1 hybrid progeny for dominant genetic effects on Mll-AF9 phenotypes. We discovered that genetic background altered peripheral blood composition, with Mll-AF9 CAST F1 demonstrating significantly increased B lymphocyte frequency while the remainder of the strains exhibited myeloid-biased hematopoiesis, similar to the parental line. Genetic background also impacted overall survival, with Mll-AF9 A/J F1 and Mll-AF9 129 F1 having significantly shorter survival, and Mll-AF9 CAST F1 having longer survival, compared to the parental line. Furthermore, we observed a range of hematologic malignancies, with Mll-AF9 A/J F1, Mll-AF9 129 F1 and Mll-AF9 B6 F1 developing exclusively myeloid cell malignancies (myeloproliferative disorder (MPD) and AML) whereas a subset of Mll-AF9 NOD F1 developed MPAL and Mll-AF9 CAST F1 developed ALL. This study provides a novel in vivo experimental model to evaluate the underlying mechanisms by which MLL-AF9 results in diverse leukemia phenotypes and provides definitive experimental evidence that genetic risk factors contribute to survival and phenotype of MLL -rearranged leukemogenesis.

Abstract Clonal hematopoiesis resulting from enhanced fitness of mutant hematopoietic stem cells (HSCs) associates with both favorable and unfavorable health outcomes related to the types of mature mutant blood cells produced, but how this lineage output is regulated is unclear. Using a mouse model of a clonal hematopoiesis-associated mutation, DNMT3A R882/+ ( Dnmt3a R878H/+ ), we found that aging-induced TNFα signaling promoted the selective advantage of mutant HSCs as well as stimulated mutant B lymphoid cell production. Genetic loss of TNFα receptor TNFR1 impaired mutant HSC fitness without altering lineage output, while loss of TNFR2 reduced lymphoid cell production and favored myeloid cell production from mutant HSCs without altering overall fitness. These results support a model where clone size and mature blood lineage production can be independently controlled to harness potential beneficial aspects of clonal hematopoiesis. Statement of Significance Through identification and dissection of TNFα signaling as a key driver of murine Dnmt3a -mutant hematopoiesis, we report the discovery that clone size and production of specific mature blood cell types can be independently regulated.