A variety of tissue lineages can be differentiated from pluripotent stem cells by mimicking embryonic development through stepwise exposure to morphogens, or by conversion of one differentiated cell type into another by enforced expression of master transcription factors. Here, to yield functional human haematopoietic stem cells, we perform morphogen-directed differentiation of human pluripotent stem cells into haemogenic endothelium followed by screening of 26 candidate haematopoietic stem-cell-specifying transcription factors for their capacity to promote multi-lineage haematopoietic engraftment in mouse hosts. We recover seven transcription factors (ERG, HOXA5, HOXA9, HOXA10, LCOR, RUNX1 and SPI1) that are sufficient to convert haemogenic endothelium into haematopoietic stem and progenitor cells that engraft myeloid, B and T cells in primary and secondary mouse recipients. Our combined approach of morphogen-driven differentiation and transcription-factor-mediated cell fate conversion produces haematopoietic stem and progenitor cells from pluripotent stem cells and holds promise for modelling haematopoietic disease in humanized mice and for therapeutic strategies in genetic blood disorders. Haematopoietic stem and progenitor cell conversion of human pluripotent stem cell-derived haemogenic endothelium. Obtaining functional human haematopoietic stem cells (HSCs) from differentiated pluripotent stem cells (PSCs) is proving a challenge for the field. George Daley and colleagues used a morphogen-based approach to differentiate human PSCs to the haemogenic endothelium, where endothelial cells and HSCs commonly originate. They then screened 26 candidate HSC-specifying transcription factors for their ability to confer multi-lineage blood engraftment to the haemogenic endothelial cells when transplanted into mice. They defined a set of seven transcription factors (ERG, HOXA5, HOXA9, HOXA10, LCOR, RUNX1 and SPI1) that were sufficient to allow engraftment of myeloid, B and T cells in primary and secondary murine recipients. The cells obtained could one day enable researchers to model haematopoietic disease in humanized mice. Elsewhere in this issue, Shahin Rafii and colleagues reprogrammed in vitro mouse adult endothelial cells into mouse engraftable haematopoietic stem cells displaying some key functional properties.

Summary

 High-risk forms of B-acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) remain a therapeutic challenge. Leukemia-initiating cells (LICs) self-renew and spark relapse and therefore have been the subject of intensive investigation; however, the properties of LICs in high-risk B-ALL are not well understood. Here, we use single-cell transcriptomics and quantitative xenotransplantation to understand LICs in MLL-rearranged (MLL-r) B-ALL. Compared with reported LIC frequencies in acute myeloid leukemia (AML), engraftable LICs in MLL-r B-ALL are abundant. Although we find that multipotent, self-renewing LICs are enriched among phenotypically undifferentiated B-ALL cells, LICs with the capacity to replenish the leukemic cellular diversity can emerge from more mature fractions. While inhibiting oxidative phosphorylation blunts blast proliferation, this intervention promotes LIC emergence. Conversely, inhibiting hypoxia and glycolysis impairs MLL-r B-ALL LICs, providing a therapeutic benefit in xenotransplantation systems. These findings provide insight into the aggressive nature of MLL-r B-ALL and provide a rationale for therapeutic targeting of hypoxia and glycolysis.

ABSTRACT Leukemia initiating cells (LICs) fuel leukemic growth and spark relapse. Previously thought to be primitive and rare, the LIC state may actually be heterogeneous and dynamic, enabling evasion of therapies. Here, we use single-cell transcriptomics to track LIC multipotency within the cellular ontogeny of MLL -rearranged B-lymphoblastic leukemia ( MLL -r B-ALL). Although we identify rare transcriptionally and phenotypically primitive LICs, we also observe LICs emerging from more differentiated populations with the capability to replenish the full leukemic cellular diversity. We find that activation of MYC-driven oxidative phosphorylation controls this process of facultative state conversion in LICs.