BACKGROUND: Respiratory syncytial virus (RSV) is the most important pathogen causing severe lower respiratory tract infection (LRTI) in infants. Epidemiologic and basic studies suggest that vitamin D may protect against RSV LRTI. OBJECTIVE: To determine the association between plasma vitamin D concentrations at birth and the subsequent risk of RSV LRTI. DESIGN: A prospective birth cohort study was performed in healthy term neonates. Concentrations of 25-hydroxyvitamin D (25-OHD) in cord blood plasma were related to RSV LRTI in the first year of life, defined as parent-reported LRTI symptoms in a daily log and simultaneous presence of RSV RNA in a nose-throat specimen. RESULTS: The study population included 156 neonates. Eighteen (12%) developed RSV LRTI. The mean plasma 25-OHD concentration was 82 nmol/L. Overall, 27% of neonates had 25-OHD concentrations <50 nmol/L, 27% had 50-74 nmol/L and only 46% had 25-OHD 75 nmol/L. Cord blood 25-OHD concentrations were strongly associated with maternal vitamin D3 supplementation during pregnancy. Concentrations of 25-OHD were lower in neonates who subsequently developed RSV LRTI compared with those who did not (65 nmol/L versus 84 nmol/L, P = .009). Neonates born with 25-OHD concentrations <50 nmol/L had a sixfold (95% confidence interval: 1.6-24.9; P = .01) increased risk of RSV LRTI in the first year of life compared with those with 25-OHD concentrations ≥75 nmol/L. CONCLUSIONS: Vitamin D deficiency in healthy neonates is associated with increased risk of RSV LRTI in the first year of life. Intensified routine vitamin D supplementation during pregnancy may be a useful strategy to prevent RSV LRTI during infancy.

Chromosome instability leads to aneuploidy, a state in which cells have abnormal numbers of chromosomes, and is found in two out of three cancers. In a chromosomal instable p53 deficient mouse model with accelerated lymphomagenesis, we previously observed whole chromosome copy number changes affecting all lymphoma cells. This suggests that chromosome instability is somehow suppressed in the aneuploid lymphomas or that selection for frequently lost/gained chromosomes out-competes the CIN-imposed mis-segregation. To distinguish between these explanations and to examine karyotype dynamics in chromosome instable lymphoma, we use a newly developed single-cell whole genome sequencing (scWGS) platform that provides a complete and unbiased overview of copy number variations (CNV) in individual cells. To analyse these scWGS data, we develop AneuFinder, which allows annotation of copy number changes in a fully automated fashion and quantification of CNV heterogeneity between cells. Single-cell sequencing and AneuFinder analysis reveals high levels of copy number heterogeneity in chromosome instability-driven murine T-cell lymphoma samples, indicating ongoing chromosome instability. Application of this technology to human B cell leukaemias reveals different levels of karyotype heterogeneity in these cancers. Our data show that even though aneuploid tumours select for particular and recurring chromosome combinations, single-cell analysis using AneuFinder reveals copy number heterogeneity. This suggests ongoing chromosome instability that other platforms fail to detect. As chromosome instability might drive tumour evolution, karyotype analysis using single-cell sequencing technology could become an essential tool for cancer treatment stratification.

Abstract Detection of somatic mutations in single cells has been severely hampered by technical limitations of whole genome amplification. Novel technologies including primary template-directed amplification (PTA) significantly improved the accuracy of single-cell whole genome sequencing (WGS), but still generate hundreds of artefacts per amplification reaction. We developed a comprehensive bioinformatic workflow, called the PTA Analysis Toolkit (PTATO), to accurately detect single base substitutions, small insertions and deletions (indels) and structural variants in PTA-based WGS data. PTATO includes a machine learning approach to distinguish PTA-artefacts from true mutations with high sensitivity (up to 90% for base substitution and 95% for indels), outperforming existing bioinformatic approaches. Using PTATO, we demonstrate that many hematopoietic stem and progenitor cells of patients with Fanconi anemia, which cannot be analyzed using regular WGS technologies, have normal somatic single base substitution burdens, but increased numbers of deletions. Our results show that PTATO enables studying somatic mutagenesis in the genomes of single cells with unprecedented sensitivity and accuracy.

Abstract Anucleate cells - platelets and erythrocytes - constitute over 95% of all hematopoietic stem cell (HSC) output, but the clonal dynamics of HSC contribution to these lineages remains largely unexplored. Here, we use lentiviral RNA cellular barcoding and transplantation of HSCs, combined with single-cell RNA-seq, for quantitative analysis of clonal behavior with a multi-lineage readout - for the first time including anucleate and nucleate lineages. We demonstrate that most HSCs steadily contribute to hematopoiesis, but acute platelet depletion shifts the output of multipotent HSCs to the exclusive production of platelets, with the additional emergence of new myeloid-biased clones. Our approach therefore enables comprehensive profiling of multi-lineage output and transcriptional heterogeneity of individual HSCs, giving insight into clonal dynamics in both steady state and under physiological stress.

Abstract Because of the low mutational burden and consequently, fewer potential neoantigens, children with acute myeloid leukemia (AML) are thought to have a T cell-depleted or ‘cold’ tumor microenvironment and may have a low likelihood of response to T cell-directed immunotherapies. Understanding the composition, phenotype, and spatial organization of T cells and other microenvironmental populations in the pediatric AML bone marrow (BM) is essential for informing future immunotherapeutic trials about targetable immune-evasion mechanisms specific to pediatric AML. Here, we conducted a multidimensional analysis of the tumor immune microenvironment in pediatric AML and non-leukemic controls. We demonstrated that nearly one-third of pediatric AML cases has an immune-infiltrated BM, which is characterized by a decreased ratio of M2- to M1-like macrophages. Furthermore, we detected the presence of large T cell networks, both with and without colocalizing B cells, in the BM and dissected the cellular composition of T- and B cell-rich aggregates using spatial transcriptomics. These analyses revealed that these aggregates are hotspots of CD8 + T cells, memory B cells, plasma cells and/or plasmablasts, and M1-like macrophages. Collectively, our study provides a multidimensional characterization of the BM immune microenvironment in pediatric AML and indicates starting points for further investigations into immunomodulatory mechanisms in this devastating disease.

In pediatric hematopoietic cell transplantation (HCT) recipients, transplanted donor cells may need to function far beyond normal human lifespan. Here, we investigated the risk of clonal hematopoiesis (CH) in 144 pediatric long-term HCT survivors and 258 non-transplanted controls. CH was detected in 16% of HCT recipients and 8% of controls, at variant allele frequencies (VAFs) of 0.01-0.31. Mutations were predominantly in DNMT3A (80%) and TET2 (20%). Older hematopoietic age (odds ratio: 1.07, p<0.001) and the HCT procedure (odds ratio: 2.53, p=0.02) independently increased the risk of CH, indicating both aging- and transplantation-induced effects. Large clones (VAF >0.10) were found exclusively in HCT recipients. Notably, CH was also detected within 15 years after a cord blood HCT. Inflammatory processes around graft infusion were associated with CH presence. Future studies are required to track the evolution of post-transplant CH and its impact on future cardiovascular disease, second malignancies and overall survival.