B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is the most common pediatric cancer, with long-term overall survival rates of ~85%. However, B-ALL harboring rearrangements of the MLL gene (also known as KMT2A), referred to as MLLr B-ALL, is common in infants and is associated with poor 5-year survival (<30%), frequent relapses, and refractoriness to glucocorticoids (GCs). GCs are an essential part of the treatment backbone for B-ALL and GC resistance is a major clinical predictor of poor outcome. Elucidating the mechanisms of GC resistance in MLLr B-ALL is, therefore, critical to guide therapeutic strategies that deepen the response after induction therapy. Neuron-glial antigen-2 (NG2) expression is a hallmark of MLLr B-ALL and is minimally expressed in healthy hematopoietic cells. We recently reported that NG2 expression is associated with poor prognosis and that anti-NG2 immunotherapy strongly reduces/delays relapse in MLLr B-ALL xenograft models. Despite its contribution to MLLr B-ALL pathogenesis and its diagnostic utility, the role of NG2 in MLLr-mediated leukemogenesis/chemoresistance remains elusive. Here we show that NG2 is an epigenetically regulated direct target gene of the leukemic MLL-AF4 fusion protein. NG2 negatively regulates the expression of the GC receptor NR3C1 and confers GC resistance to MLLr B-ALL cells in vitro and in vivo. Mechanistically, NG2 interacts with FLT3 to render ligand-independent activation of FLT3 signaling (a hallmark of MLLr B-ALL) and downregulation of NR3C1 via AP-1-mediated trans-repression. Collectively, our study elucidates the role of NG2 in GC resistance in MLLr B-ALL through FLT3/AP-1-mediated downregulation of NR3C1, providing novel therapeutic avenues for MLLr B-ALL.

Abstract Relapse remains a major challenge in the clinical management of acute myeloid leukemia (AML), and is driven by rare therapy-resistant leukemia-initiating stem cells (LSCs) that reside in specific bone marrow niches. Hypoxia signaling keeps cells in a quiescent and metabolically relaxed state, desensitizing them to chemotherapy. This suggests the hypothesis that hypoxia contributes to AML-LSC function and chemoresistance and is a therapeutic target to sensitize AML-LSCs to chemotherapy. Here, we provide a comprehensive single-cell expression atlas (119,000 cells) of AML cells and AML-LSCs in paired diagnostic-relapse samples from risk-stratified patients with AML. The HIF/hypoxia pathway is attenuated in AML-LSCs compared with differentiated AML cells, but is enhanced when compared with healthy hematopoietic cells. Accordingly, chemical inhibition cooperates with standard-of-care chemotherapy to impair leukemogenesis, substantially eliminating AML-LSCs. These findings support the HIF pathway as a stem cell regulator in human AML, and reveal avenues for combinatorial targeted and chemotherapy-based approaches to specifically eliminate AML-LSCs.

T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is an aggressive malignancy characterized by high rates of induction failure and relapse, and effective targeted immunotherapies are lacking. Despite promising clinical progress with genome-edited CD7-directed CAR-T cells, which present significant logistical and regulatory issues, CAR-T cell therapy in T-ALL remains challenging due to the shared antigen expression between malignant and healthy T cells. This can result in CAR-T cell fratricide, T cell aplasia, and the potential for blast contamination during CAR-T cell manufacturing. Recently, CAR-T cells have been described that target non-pan-T antigens, absent on healthy T cells but expressed on specific T-ALL subsets. These antigens include CD1a ( NCT05679895 ), which is expressed in cortical T-ALL, and CCR9. We show that CCR9 is expressed on >70% of T-ALL patients (132/180) and is maintained at relapse, with a safe expression profile in healthy hematopoietic and non-hematopoietic tissues. Further analyses showed that dual targeting of CCR9 and CD1a could benefit ~86% of patients with T-ALL, with a greater blast coverage than single CAR-T cell treatments. We therefore developed, characterized, and preclinically validated a novel humanized CCR9-specific CAR with robust and specific antileukemic activity as a monotherapy in vitro and in vivo against cell lines, primary T-ALL samples, and patient-derived xenografts. Importantly, CCR9/CD1a dual-targeting CAR-T cells showed higher efficacy than single-targeting CAR-T cells, particularly in T-ALL cases with phenotypically heterogeneous leukemic populations. Dual CCR9/CD1a CAR-T therapy may prevent T cell aplasia and obviate the need for allogeneic transplantation and regulatory-challenging genome engineering approaches in T-ALL.