Summary Mouse hematopoietic tissues contain abundant and heterogeneous populations of tissue-resident macrophages attributed trophic functions in control of immunity, hematopoiesis and bone homeostasis. A systematic strategy to characterise macrophage subsets in mouse bone marrow (BM), spleen and lymph node, unexpectedly revealed macrophage surface marker staining typically emanated from membrane-bound subcellular remnants associated with unrelated cell types. Remnant-restricted macrophage-specific membrane markers, cytoplasmic fluorescent reporters and mRNA were all detected in non-macrophage cell populations including isolated stem and progenitor cells. The profile of macrophage remnant association reflects adhesive interactions between macrophages and other cell types in vivo. Applying this knowledge, reduced macrophage remnant attachment to BM granulocytes in Siglec1 deficient mice was associated with compromised emergency granulocytosis, revealing a function for Siglec1 -dependent granulocyte-macrophage interactions. Analysis of published RNA-seq data for purified macrophage and non-macrophage populations indicates that macrophage fragmentation is a general phenomenon that confounds bulk and single cell analysis of disaggregated tissues.

Abstract Homozygous mutation of the Csf1r locus ( Csf1rko ) in mice, rats and humans leads to multiple postnatal developmental abnormalities. To enable analysis of the mechanisms underlying the phenotypic impacts of Csf1r mutation, we bred a rat Csf1rko allele to the inbred dark agouti (DA) genetic background and to a Csf1r -mApple reporter transgene. The Csf1rko led to almost complete loss of embryonic macrophages and ablation of most adult tissue macrophage populations. We extended previous analysis of the Csf1rko phenotype to early postnatal development to reveal impacts on musculoskeletal development and proliferation and morphogenesis in multiple organs. Expression profiling of 3-week old wild-type (WT) and Csf1rko livers identified 2760 differentially expressed genes associated with the loss of macrophages, severe hypoplasia, delayed hepatocyte maturation, disrupted lipid metabolism and the IGF1/IGF binding protein system. Older Csf1rko rats developed severe hepatic steatosis. Consistent with the developmental delay in the liver Csf1rko rats had greatly-reduced circulating IGF1. Transfer of WT bone marrow (BM) cells at weaning without conditioning repopulated resident macrophages in all organs, including microglia in the brain and reversed the mutant phenotypes enabling long term survival and fertility. WT BM transfer restored osteoclasts, eliminated osteopetrosis, restored bone marrow cellularity and architecture and reversed granulocytosis and B cell deficiency. Csf1rko rats had an elevated circulating CSF1 concentration which was rapidly reduced to WT levels following BMT. However, CD43 hi non-classical monocytes, absent in the Csf1rko , were not rescued and bone marrow progenitors remained unresponsive to CSF1. The results demonstrate that the Csf1rko phenotype is autonomous to BM-derived cells and indicate that BM contains a progenitor of tissue macrophages distinct from hematopoietic stem cells. The model provides a unique system in which to define the pathways of development of resident tissue macrophages and their local and systemic roles in growth and organ maturation.

Abstract Background and Aim Macrophages regulate metabolic homeostasis in health and disease. Macrophage colony-stimulating factor (CSF1)-dependent macrophages contribute to homeostatic control of the size of the liver. This study aimed to determine the systemic metabolic consequences of elevating circulating CSF1. Methods and Results Acute administration of a CSF1-Fc fusion protein led to monocytosis, increased resident tissue macrophages in the liver and all major organs, and liver growth. These effects were associated with increased hepatic glucose uptake and extensive mobilisation of body fat. The impacts of CSF1 on macrophage abundance, liver size and body composition were rapidly reversed to restore homeostasis. CSF1’s effects on metabolism were independent of several known endocrine regulators and did not impact the physiological fasting response. Analysis using implantable telemetry in metabolic cages revealed progressively reduced body temperature and physical activity with no change in diurnal food intake. Conclusion These results demonstrate the existence of a dynamic equilibrium between CSF1, the mononuclear phagocyte system, metabolic regulation and homeostatic control of liver:body weight ratio.

Abstract Osteal macrophages (osteomacs) support osteoblast function and promote bone anabolism, but their contribution to osteoporosis has not been explored. While mouse ovariectomy models have been repeatedly used, variation in strain, experimental design and assessment modalities, have contributed to no single model being confirmed as comprehensively replicating the full gamut of osteoporosis pathological manifestations. We validated an ovariectomy model in adult C3H/HeJ mice and demonstrated that it presents with human post-menopausal osteoporosis features, including reduced bone volume in axial and appendicular bone and bone loss in both trabecular and cortical bone including increased cortical porosity. Bone loss was associated with increased osteoclasts on trabecular and endocortical bone and decreased osteoblasts on trabecular bone. Importantly, this OVX model was characterised by delayed fracture healing. Using this validated model, we demonstrated that osteomacs are increased post-ovariectomy on both trabecular and endocortical bone. Dual F4/80 (pan-macrophage marker) and TRAP staining revealed osteomacs frequently located near TRAP + osteoclasts and containing TRAP + intracellular vesicles. Using an in vivo inducible macrophage depletion model that does not simultaneously deplete osteoclasts, we observed that osteomac loss was associated with elevated extracellular TRAP in bone marrow interstitium and increased serum TRAP. Using in vitro high-resolution confocal imaging of mixed osteoclast-macrophage cultures on bone substrate, we observed macrophages juxtaposed to osteoclast basolateral functional secretory domains scavenging degraded bone by-products. These data demonstrate a role for osteomacs in supporting osteoclastic bone resorption through phagocytosis and sequestration of resorption by-products. Finally, using Siglec1 knockout mice, we demonstrated that loss of the macrophage-restricted molecule Siglec-1/CD169 is sufficient to cause age-associated low bone mass, emphasizing the macrophages, independent of osteoclasts, contribute to optimal skeletal health. Overall, our data expose a novel role for osteomacs in supporting osteoclast function and provide the first evidence of their involvement in osteoporosis pathogenesis.

Abstarct Introduction: (Z)-endoxifen (ENDX) is a potent orally bioavailable selective estrogen receptor modulator (SERM) and the most active metabolite of tamoxifen. Given its effective anti-estrogen activity and favorable safety profile, ENDX is being developed as a therapeutic solution in breast health. During its synthesis, two chemical biproducts (compound AT416 and AT402) with Z- and E- isomeric forms are produced. This study aimed to assess the anti-estrogenic activity of these four ENDX-related compounds with ENDX in ERα+ breast cancer. Methods: Compounds AT416E/Z are formed by acetylation of the final API with ethyl acetate during Step 3 of the manufacturing process of ENDX. Compounds AT402 E/Z are formed by coupling of impurity AT300 with propiophenone as a side reaction during Step 2 of the ENDX manufacturing process. The anti-cancer activities of the four ENDX-related compounds were tested across multiple ERα+ breast cancer cell lines (MCF7, T47D, UCD12), including those with ESR1 mutations (Y537S and D538G) known to confer endocrine resistance. Studies included cell proliferation, migration and invasion assays, cell cycle progression assessments, induction of apoptosis, activity of an estrogen response element (ERE) luciferase reporter construct and RT-qPCR analyses of ERα target gene expression. Results: In estrogen-containing media, ENDX exhibited strong anti-proliferative activity in MCF7 cells, regardless of ESR1 mutations. In MCF7 cells cultured in estrogen-deficient media, the four compounds demonstrated more pronounced anti-proliferative effects than ENDX. In T47D cells with the ESR1 Y537S mutation, AT416E showed superior anti-proliferative activity compared to ENDX, while in T47D cells with the D538G mutation, these two compounds exhibited comparable effects. In UCD12 cells, ENDX displayed the strongest anti-proliferative effects. Regarding the inhibition of migration and invasion, AT416E consistently outperformed ENDX in both T47D and MCF7 cells. ENDX was the most effective at inducing G1 phase cell cycle arrest followed. Both AT402E and AT402Z elicited pro-apoptotic effects comparable to ENDX in MCF7 cells, while in T47D cells, ENDX was the most effective at inducing apoptosis, followed by AT402E and AT402Z. In T47D and MCF7 cells, luciferase-based transactivation assays showed that ENDX was the most potent anti-estrogen followed by AT402Z. Finally, based on RT-qPCR analyses, ENDX was a more effective inhibitor of estrogen-induced ERα target gene expression, compared to the biproducts. Summary: These studies have revealed that four novel compounds derived from the manufacturing process of ENDX confer notable anti-tumor activity, with some performing comparably to or better than ENDX in several cancer-relevant cellular readouts. Future studies will validate these findings in additional in vitro/in vivo breast cancer models with the goal of identifying the basis for their varied anti-estrogenic and anti-cancer effects. Such discoveries should allow for the rational design of novel molecules with more potent therapeutic efficacy. Citation Format: Natalie Farris, Lena Batoon, Rajeev S. Muthyala, H. Lawrence Remmel, Sandra S. Hammer, John R. Hawse, Steven C. Quay. Anti-cancer activity of (Z)-endoxifen-related compounds in ERα+ breast cancer [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Optimizing Therapeutic Efficacy and Tolerability through Cancer Chemistry; 2024 Dec 9-11; Toronto, Ontario, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(12_Suppl):Abstract nr A007.

Abstract Prior chemotherapy and/or underlying morbidity commonly leads to poor mobilisation of hematopoietic stem cells (HSC) for transplantation in cancer patients. Increasing the number of available HSC prior to mobilisation is a potential strategy to overcome this deficiency. Resident bone marrow (BM) macrophages are essential for maintenance of niches that support HSC and enable engraftment in transplant recipients. Here we examined potential of donor treatment with colony stimulating factor-1 (CSF1) to modify the BM niche and expand the potential HSC pool for autologous transplantation. We administrated CSF1 Fc fusion protein (CSF1-Fc) to naive C57Bl/6 mice and assessed the impacts on HSC number and function and overall haematopoiesis. Outcomes were assessed by in situ imaging and ex vivo flow cytometry with functional validation by colony formation and competitive transplantation assay. CSF1-Fc treatment caused a transient expansion of monocyte-macrophage cells within BM and spleen at the expense of BM B lymphopoiesis and hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) homeostasis. During the recovery phase after cessation of CSF1-Fc treatment, normalisation of haematopoiesis was accompanied by an increase in the total available HSPC pool. In the spleen, increased HSC was associated with expression of the BM niche marker CD169 in red pulp macrophages. Pre-treatment with CSF1-Fc increased the number and reconstitution potential of HSPC in blood following a HSC mobilising regimen of granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) treatment. These results indicate that CSF1-Fc conditioning could represent a therapeutic strategy to overcome poor HSC mobilisation and subsequently improve autologous or heterologous HSC transplantation outcomes. Key points 1) Recovery from Fc-modified colony stimulating factor-1 (CSF1-Fc) treatment was accompanied by an increase in total haematopoietic stem cells. 2) Pre-conditioning with CSF1-Fc increased the reconstitution potential of blood after haematopoietic stem cell mobilisation.