Dormant hematopoietic stem cells (dHSCs) are atop the hematopoietic hierarchy. The molecular identity of dHSCs and the mechanisms regulating their maintenance or exit from dormancy remain uncertain. Here, we use single-cell RNA sequencing (RNA-seq) analysis to show that the transition from dormancy toward cell-cycle entry is a continuous developmental path associated with upregulation of biosynthetic processes rather than a stepwise progression. In addition, low Myc levels and high expression of a retinoic acid program are characteristic for dHSCs. To follow the behavior of dHSCs in situ, a Gprc5c-controlled reporter mouse was established. Treatment with all-trans retinoic acid antagonizes stress-induced activation of dHSCs by restricting protein translation and levels of reactive oxygen species (ROS) and Myc. Mice maintained on a vitamin A-free diet lose HSCs and show a disrupted re-entry into dormancy after exposure to inflammatory stress stimuli. Our results highlight the impact of dietary vitamin A on the regulation of cell-cycle-mediated stem cell plasticity. VIDEO ABSTRACT.

Systemic iron homeostasis is mainly controlled by the liver through synthesis of the peptide hormone hepcidin (encoded by Hamp), the key regulator of duodenal iron absorption and macrophage iron release. Here we show that the liver-specific microRNA miR-122 is important for regulating Hamp mRNA expression and tissue iron levels. Efficient and specific depletion of miR-122 by injection of a locked-nucleic-acid-modified (LNA-modified) anti-miR into WT mice caused systemic iron deficiency, characterized by reduced plasma and liver iron levels, mildly impaired hematopoiesis, and increased extramedullary erythropoiesis in the spleen. Moreover, miR-122 inhibition increased the amount of mRNA transcribed by genes that control systemic iron levels, such as hemochromatosis (Hfe), hemojuvelin (Hjv), bone morphogenetic protein receptor type 1A (Bmpr1a), and Hamp. Importantly, miR-122 directly targeted the 3′ untranslated region of 2 mRNAs that encode activators of hepcidin expression, Hfe and Hjv. These data help to explain the increased Hamp mRNA levels and subsequent iron deficiency in mice with reduced miR-122 levels and establish a direct mechanistic link between miR-122 and the regulation of systemic iron metabolism.

Highlights•Myc-depleted ESCs exhibit reversible biosynthetic dormancy and proliferation arrest•Myc expression is strongly reduced in hormonally induced diapause embryos•Myc mutant ESCs and diapause embryos have similar expression signatures•Myc depletion induces a reversible, pluripotent diapause-like state in blastocystsSummaryMouse embryonic stem cells (ESCs) are maintained in a naive ground state of pluripotency in the presence of MEK and GSK3 inhibitors. Here, we show that ground-state ESCs express low Myc levels. Deletion of both c-myc and N-myc (dKO) or pharmacological inhibition of Myc activity strongly decreases transcription, splicing, and protein synthesis, leading to proliferation arrest. This process is reversible and occurs without affecting pluripotency, suggesting that Myc-depleted stem cells enter a state of dormancy similar to embryonic diapause. Indeed, c-Myc is depleted in diapaused blastocysts, and the differential expression signatures of dKO ESCs and diapaused epiblasts are remarkably similar. Following Myc inhibition, pre-implantation blastocysts enter biosynthetic dormancy but can progress through their normal developmental program after transfer into pseudo-pregnant recipients. Our study shows that Myc controls the biosynthetic machinery of stem cells without affecting their potency, thus regulating their entry and exit from the dormant state.Graphical abstract

Abstract Aims Whether and how iron affects the progression of atherosclerosis remains highly debated. Here, we investigate susceptibility to atherosclerosis in a mouse model (ApoE−/− FPNwt/C326S), which develops the disease in the context of elevated non-transferrin bound serum iron (NTBI). Methods and results Compared with normo-ferremic ApoE−/− mice, atherosclerosis is profoundly aggravated in iron-loaded ApoE−/− FPNwt/C326S mice, suggesting a pro-atherogenic role for iron. Iron heavily deposits in the arterial media layer, which correlates with plaque formation, vascular oxidative stress and dysfunction. Atherosclerosis is exacerbated by iron-triggered lipid profile alterations, vascular permeabilization, sustained endothelial activation, elevated pro-atherogenic inflammatory mediators, and reduced nitric oxide availability. NTBI causes iron overload, induces reactive oxygen species production and apoptosis in cultured vascular cells, and stimulates massive MCP-1-mediated monocyte recruitment, well-established mechanisms contributing to atherosclerosis. NTBI-mediated toxicity is prevented by transferrin- or chelator-mediated iron scavenging. Consistently, a low-iron diet and iron chelation therapy strongly improved the course of the disease in ApoE−/− FPNwt/C326S mice. Our results are corroborated by analyses of serum samples of haemochromatosis patients, which show an inverse correlation between the degree of iron depletion and hallmarks of endothelial dysfunction and inflammation. Conclusion Our data demonstrate that NTBI-triggered iron overload aggravates atherosclerosis and unravel a causal link between NTBI and the progression of atherosclerotic lesions. Our findings support clinical applications of iron restriction in iron-loaded individuals to counteract iron-aggravated vascular dysfunction and atherosclerosis.

ABSTRACT Iron is mostly devoted to the hemoglobinization of erythrocytes for oxygen transport. Yet, emerging evidence points to a broader role for the metal in hematopoiesis, including the formation of the immune system. Iron availability in mammalian cells is controlled by iron-regulatory proteins (IRP)-1 and −2. We report that global disruption of both IRP1 and IRP2 in adult mice impairs neutrophil development and differentiation in the bone marrow, yielding immature neutrophils with abnormally high glycolytic and autophagic activity, resulting in neutropenia. IRPs promote neutrophil differentiation in a cell intrinsic manner by securing cellular iron supply together with transcriptional control of neutropoiesis to facilitate differentiation to fully mature neutrophils. Unlike neutrophils, monocyte count was not affected by IRP and iron deficiency, suggesting a lineage-specific effect of iron on myeloid output. This study unveils the previously unrecognized importance of IRPs and iron metabolism in the formation of a major branch of the innate immune system.