During renal fibrosis, epithelial cells undergo a partial epithelial-to-mesenchymal transition that can be targeted to reverse established disease. Progressive kidney fibrosis contributes greatly to end-stage renal failure, and no specific treatment is available to preserve organ function. During renal fibrosis, myofibroblasts accumulate in the interstitium of the kidney, leading to massive deposition of extracellular matrix and organ dysfunction. The origin of myofibroblasts is manifold, but the contribution of an epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) undergone by renal epithelial cells during kidney fibrosis is still debated. We show that the reactivation of Snai1 (encoding snail family zinc finger 1, known as Snail1) in mouse renal epithelial cells is required for the development of fibrosis in the kidney. Damage-mediated Snail1 reactivation induces a partial EMT in tubular epithelial cells that, without directly contributing to the myofibroblast population, relays signals to the interstitium to promote myofibroblast differentiation and fibrogenesis and to sustain inflammation. We also show that Snail1-induced fibrosis can be reversed in vivo and that obstructive nephropathy can be therapeutically ameliorated in mice by targeting Snail1 expression. These results reconcile conflicting data on the role of the EMT in renal fibrosis and provide avenues for the design of novel anti-fibrotic therapies.

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.

Snail1 is a zinc finger transcriptional repressor whose pathological expression has been linked to cancer cell epithelial–mesenchymal transition (EMT) programs and the induction of tissue-invasive activity, but pro-oncogenic events capable of regulating Snail1 activity remain largely uncharacterized. Herein, we demonstrate that p53 loss-of-function or mutation promotes cancer cell EMT by de-repressing Snail1 protein expression and activity. In the absence of wild-type p53 function, Snail1-dependent EMT is activated in colon, breast, and lung carcinoma cells as a consequence of a decrease in miRNA-34 levels, which suppress Snail1 activity by binding to highly conserved 3′ untranslated regions in Snail1 itself as well as those of key Snail1 regulatory molecules, including β-catenin, LEF1, and Axin2. Although p53 activity can impact cell cycle regulation, apoptosis, and DNA repair pathways, the EMT and invasion programs initiated by p53 loss of function or mutation are completely dependent on Snail1 expression. These results identify a new link between p53, miR-34, and Snail1 in the regulation of cancer cell EMT programs.

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 Abundant macrophage infiltration and altered tumor metabolism are two key hallmarks of glioblastoma. By screening a cluster of metabolic small-molecule compounds, we show that inhibiting glioblastoma cell glycolysis impairs macrophage migration and lactate dehydrogenase inhibitor stiripentol emerges as the top hit. Combined profiling and functional studies demonstrate that lactate dehydrogenase A (LDHA)-directed extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway activates yes-associated protein 1 (YAP1)/ signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) transcriptional co-activators in glioblastoma cells to upregulate C-C motif chemokine ligand 2 (CCL2) and CCL7, which recruit macrophages into the tumor microenvironment. Reciprocally, infiltrating macrophages produce LDHA-containing extracellular vesicles to promote glioblastoma cell glycolysis, proliferation, and survival. Genetic and pharmacological inhibition of LDHA-mediated tumor-macrophage symbiosis markedly suppresses tumor progression and macrophage infiltration in glioblastoma mouse models. Analysis of tumor and plasma samples of glioblastoma patients confirms that LDHA and its downstream signals are potential biomarkers correlating positively with macrophage density. Thus, LDHA-mediated tumor-macrophage symbiosis provides therapeutic targets for glioblastoma.

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.

Abstract Hematopoiesis is a process of constitutive regeneration whereby hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) replenish mature blood cells. During maturation and aging, HSPCs shift their output to support the demands of prenatal development and postnatal maturation both at homeostasis and in response to stress. How HSPC ontogeny changes throughout life is unknown; studies to date have largely focused on specific individual ages, particularly at single cell resolution. Here, we performed single cell RNA-seq of human HSPCs from early prenatal development into mature adulthood. We observed shifts in HSPC transcriptional states and differentiation trajectories over time. We identified age-specific gene expression patterns throughout human maturation and developed methods for identifying, prospectively purifying, and functionally validating age-specific HSC states. Together, our findings define the temporal maturation of human HSPCs and uncover principles applicable to age-biased blood diseases. Summary Single cell RNA sequencing reveals that the mechanisms of human hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) fate commitment change over a lifetime from gestation to mature adulthood.

Abstract Mutation of the essential splicing factor SF3B1 is primarily associated with hematological cancers but also occurs in solid tumors. We edited the most common mutation, K700E, into human embryonic stem (ES) cells to determine the effects of this mutation alone in an undifferentiated/non-cancer background. Unexpectedly, >20% of the significantly upregulated genes in the SF3B1 K700E ES lines have immune functions. Thus, SF3B1 may have an additional role in proper expression of immune genes in appropriate cell types. In striking contrast, we found that published RNA-seq data from SF3B1 blood (MDS, CLL, AML) and non-blood (BRCA, UVM) cancers exhibited the opposite, downregulation of a multitude of immune pathways with 7 of the pathways shared among all 5 of the SF3B1 cancers. One of these pathways, “leukocyte migration”, is the 1 st reported pathway shared among all splicing factor cancers, including the 5 SF3B1 cancers and MDS associated with U2AF1, SRSF2 and ZRSR2. Importantly, we identified CCR1, which is in the leukocyte migration pathway as the only shared downregulated gene in the 5 SF3B1 cancers and in U2AF1 MT MDS. We conclude that downregulation of CCR1 and its associated immune pathway may play a key role in pathogenesis of these splicing factor cancers and are thus potential therapeutic targets.

SUMMARY Hematopoiesis changes over life to meet the demands of maturation and aging. Here, we find that the definitive hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) compartment is remodeled from gestation into adulthood, a process regulated by the heterochronic Lin28b/ let-7 axis. Native fetal and neonatal HSPCs distribute with a pro-lymphoid/erythroid bias with a shift toward myeloid output in adulthood. By mining transcriptomic data comparing juvenile and adult HSPCs and reconstructing coordinately activated gene regulatory networks, we uncover the Polycomb repressor complex 1 (PRC1) component Cbx2 as an effector of Lin28b/ let-7 ’s control of hematopoietic maturation. We find that juvenile Cbx2 -/- hematopoietic tissues show impairment of B-lymphopoiesis and a precocious adult-like myeloid bias and that Cbx2/PRC1 regulates developmental timing of expression of key hematopoietic transcription factors. These findings define a novel mechanism of epigenetic regulation of HSPC output as a function of age with potential impact on age-biased pediatric and adult blood disorders.