Abstract We dissect metabolic variability of mononuclear phagocyte (MNP) subpopulations across different tissues through integrative analysis of three large scale datasets. Specifically, we introduce ImmGen MNP Open Source dataset that profiled 337 samples and extended previous ImmGen effort which included 202 samples of mononuclear phagocytes and their progenitors. Next, we analysed Tabula Muris Senis dataset to extract data for 51,364 myeloid cells from 18 tissues. Taken together, a compendium of data assembled in this work covers phagocytic populations found across 38 different tissues. To analyse common metabolic features, we developed novel network-based computational approach for unbiased identification of key metabolic subnetworks based on cellular transcriptional profiles in large-scale datasets. Using ImmGen MNP Open Source dataset as baseline, we define 9 metabolic subnetworks that encapsulate the metabolic differences within mononuclear phagocytes, and demonstrate that these features are robustly found across all three datasets, including lipid metabolism, cholesterol biosynthesis, glycolysis, and a set of fatty acid related metabolic pathways, as well as nucleotide and folate metabolism. We systematically define major features specific to macrophage and dendritic cell subpopulations. Among other things, we find that cholesterol synthesis appears particularly active within the migratory dendritic cells. We demonstrate that interference with this pathway through statins administration diminishes migratory capacity of the dendritic cells in vivo . This result demonstrates the power of our approach and highlights importance of metabolic diversity among mononuclear phagocytes.

ABSTRACT Tumor microenvironment (TME) shapes the tumor progression and therapy outcome. Particularly, tumor angiogenesis and immunity impact the effect of immune checkpoint blockade (ICB) therapy. Here, we analyzed the transcriptome from 11,069 patients from The Cancer Genome Atlas (TCGA) to assess 91 functional gene sets corresponding to endothelial and T-cell activity. Intriguingly, TME across 30 non-hematological tumors can be classified into three distinct conserved angio-immune subtypes: high angiogenesis with low immune activity, low angiogenesis with high immune activity, and the one in-between. Remarkably, patients displaying TME with poor angiogenic activity with corresponding high immune activity show the most significant responses to ICB therapy in many cancer types. Notably, re-evaluation of the Javelin Renal 101, renal cell carcinoma clinical trial, provided compelling evidence that the baseline angiogenic state is critical in determining responses to checkpoint blockade. This study offers a clear rationale for incorporating baseline angiogenic state for ICB treatment decision-making.

ABSTRACT Nuclear Envelope Membrane Proteins (NEMP) are a conserved family of nuclear envelope proteins that reside within the inner nuclear membrane. Even though Nemp1 knockout (KO) mice are overtly normal, they display a pronounced splenomegaly. This phenotype and recent reports describing a requirement for nuclear envelope openings during erythroblasts terminal maturation led us to examine a potential role for Nemp1 in erythropoiesis. Here, we report that Nemp1 knockout (KO) mice show peripheral blood defects, anemia in neonates, ineffective erythropoiesis, splenomegaly and stress erythropoiesis. The erythroid lineage of Nemp1 KO mice is overrepresented until the pronounced apoptosis of polychromatophilic erythroblasts. We show that NEMP1 localizes to the nuclear envelope of erythroblasts and their progenitors. Mechanistically, we discovered that NEMP1 accumulates into aggregates that localize near or at the edge of nuclear envelope openings and Nemp1 deficiency leads to a marked decrease of both nuclear envelope openings and ensuing enucleation. Together, our results for the first time demonstrate that NEMP1 is essential for nuclear envelope openings and erythropoietic maturation in vivo and provide the first mouse model of defective erythropoiesis directly linked to the loss of an inner nuclear membrane protein.

Abstract Extramedullary hematopoiesis (EMH) expands hematopoietic capacity outside of the bone marrow in response to inflammatory conditions, including infections and cancer. Because of its inducible nature, EMH offers a unique opportunity to study the interaction between hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) and their niche. In cancer patients, the spleen frequently serves as an EMH organ and provides myeloid cells that may worsen pathology. Here, we examined the relationship between HSPCs and their splenic niche in EMH secondary to solid tumor. We identify an inflammatory gene signature characterized by TNFα expression in HSPCs. We show a role for IL-1α in producing this gene signature and TNFα expression in HSPCs in activating splenic niche activity. We also demonstrate that tumor-derived Leukemia Inhibitory Factor (LIF) induces proliferation of splenic niche cells. IL-1α and LIF display cooperative effects in activating EMH and are both upregulated in some human cancers. Together, these data expand avenues for developing niche-directed therapies and further exploring EMH accompanying inflammatory pathologies like cancer.

Abstract Tumor-angiogenesis and -immunity play critical roles in cancer progression and outcome. An inverse correlation of these two 1 hints at common regulatory mechanism(s). Here, we report that Zbtb46 , a repressive transcription factor and a widely accepted marker for classical dendritic cells (DCs) 2, 3 , constitutes one such regulatory mechanism. Zbtb46 was downregulated in both DCs and endothelial cells (ECs) by tumor-derived factors to facilitate robust tumor growth. Zbtb46 downregulation led to a hallmark pro-tumor microenvironment (TME), including dysfunctional vasculature and immunosuppressive cell accumulation. Analysis of cancer patient data revealed a similar association of low ZBTB46 expression with an immunosuppressive TME and a worse prognosis. In contrast, enforced Zbtb46 expression mitigated the pro-tumor TME features and restricted tumor growth. Mechanistically, Zbtb46- deficient ECs were highly angiogenic, and Zbtb46- deficient bone-marrow progenitors upregulated Cebpb and diverted the DC program to myeloid lineage output, potentially explaining the myeloid lineage skewing phenomenon in cancer 4–7 . Conversely, enforced Zbtb46 expression normalized tumor vessels and, by suppressing Cebpb , skewed bone-marrow precursors towards more DC generation over macrophages, leading to an immune-hot TME. Remarkably, Zbtb46 mRNA treatment synergized with anti-PD1 immunotherapy to improve tumor management in pre-clinical models. These findings identify Zbtb46 as a common regulatory mechanism for angiogenesis and for myeloid lineage skewing in cancer and suggest that maintaining its expression could have therapeutic benefits.