Abstract Age related cancer is not only due to the random accumulation of mutations, but also how phenotypes are selected by the aging environment. While fatty bone marrow (FBM), is one of the hallmarks of bone marrow ageing, it is unknown whether FBM can modify the evolution of the early stages of leukemia and clonal hematopoiesis (CH). To address this question, we established FBM mice models and transplanted both human and mice preleukemic hematopoietic stem cells (PreL-HSCs) carrying DNMT3A mutations. We demonstrate that castration which models age related andropenia result in FBM. A significant increase in self-renewal was found when DNMT3A Mut - preL-HSPCs were exposed to FBM. To better understand the mechanisms of the FBM-preL-HSPCs interaction, we performed single cell RNA-sequencing on HSPCs three days after FBM exposure. A 20-50 fold increase in DNMT3A Mut -preL-HSCs was observed under FBM conditions in comparison to other conditions. PreL-HSPCs exposed to FBM exhibited an activated inflammatory signaling (IL-6 and INFγ). Cytokine analysis of BM fluid demonstrated increased IL-6 levels under FBM conditions. Anti-IL-6 neutralizing antibodies significantly reduced the selective advantage of DNMT3A Mut -preL-HSPCs exposed to FBM. Overall, age related paracrine FBM inflammatory signals promote DNMT3A -driven clonal hematopoiesis, which can be inhibited by blocking the IL-6 receptor.

Abstract Hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) deliver life-long multi-lineage output. However, with aging, we exhibit certain characteristic blood count changes and accumulation of clonal disorders. Better understanding of inter-individual variation in HSPC behavior is needed to understand these age-related phenomena and the transition from health to chronic and acute hematological malignancies. Here we study 627K single circulating CD34+ HSPCs (cHSPCs) from 148 healthy individuals, along with their clinical information and clonal hematopoiesis (CH) profiles, to characterize population-wide and age-related hematopoietic variability. Individuals with CH were linked with reduced frequencies of lymphocyte progenitors and higher RDW. An age-related decrease in lymphoid progenitors was observed, predominantly in males. Inter-individual transcriptional variation in expression of a Lamin-A signature and stemness gene programs were linked with aging and presence of macrocytic anemia. Based on our model for healthy cHSPC variation we construct the normal reference for cHSPC subtype frequencies. We show how compositional and expression deviations from this normal reference can robustly identify myeloid malignancies and pre-malignant states. Together, our data and methodologies present a novel resource, shedding light on various age-related hematopoietic processes, and a comprehensive normal cHSPC reference, which can serve as a tool for diagnosing and characterizing hematological disorders.