To better understand the origin of leukemic stem cells, we tested the hypothesis that all leukemia oncogenes could transform committed myeloid progenitor cells lacking the capacity for self-renewal, as has recently been reported for MLL-ENL. Flow-sorted populations of common myeloid progenitors and granulocyte-monocyte progenitors were transduced with the oncogenes MOZ-TIF2 and BCR-ABL, respectively. MOZ-TIF2-transduced progenitors could be serially replated in methylcellulose cultures and continuously propagated in liquid culture, and resulted in an acute myeloid leukemia in vivo that could be serially transplanted. In contrast, BCR-ABL transduction conferred none of these properties to hematopoietic progenitors. These data demonstrate that some, but not all, leukemia oncogenes can confer properties of leukemic stem cells to hematopoietic progenitors destined to undergo apoptotic cell death.

D-type cyclins (cyclins D1, D2, and D3) are regarded as essential links between cell environment and the core cell cycle machinery. We tested the requirement for D-cyclins in mouse development and in proliferation by generating mice lacking all D-cyclins. We found that these cyclin D1(-/-)D2(-/-)D3(-/-) mice develop until mid/late gestation and die due to heart abnormalities combined with a severe anemia. Our analyses revealed that the D-cyclins are critically required for the expansion of hematopoietic stem cells. In contrast, cyclin D-deficient fibroblasts proliferate nearly normally but show increased requirement for mitogenic stimulation in cell cycle re-entry. We found that the proliferation of cyclin D1(-/-)D2(-/-)D3(-/-) cells is resistant to the inhibition by p16(INK4a), but it critically depends on CDK2. Lastly, we found that cells lacking D-cyclins display reduced susceptibility to the oncogenic transformation. Our results reveal the presence of alternative mechanisms that allow cell cycle progression in a cyclin D-independent fashion.

The transcription factor C/EBP alpha is required for granulopoiesis and frequently disrupted in human acute myeloid leukemia (AML). Here, we show disruption of C/EBP alpha blocks the transition from the common myeloid to the granulocyte/monocyte progenitor but is not required beyond this stage for terminal granulocyte maturation. C/EBP alpha-deficient hematopoietic stem cells (HSCs) have increased expression of Bmi-1 and enhanced competitive repopulating activity. Bone marrow in adult C/EBP alpha-deficient mice was filled with myeloblasts, similar to human AML, supporting the notion that disruption of C/EBP alpha cooperates with other events in the development of leukemia. Therefore, C/EBP alpha is not only essential for granulocyte development but, in addition, is a regulator of hematopoietic stem cell activity.

Abstract Homozygous loss of function of Runx1 (Runt-related transcription factor 1 gene) during murine development results in an embryonic lethal phenotype characterized by a complete lack of definitive hematopoiesis. In light of recent reports of disparate requirements for hematopoietic transcription factors during development as opposed to adult hematopoiesis, we used a conditional gene-targeting strategy to effect the loss of Runx1 function in adult mice. In contrast with the critical role of Runx1 during development, Runx1 was not essential for hematopoiesis in the adult hematopoietic compartment, though a number of significant hematopoietic abnormalities were observed. Runx1 excision had lineage-specific effects on B- and T-cell maturation and pronounced inhibition of common lymphocyte progenitor production. Runx1 excision also resulted in inefficient platelet production. Of note, Runx1-deficient mice developed a mild myeloproliferative phenotype characterized by an increase in peripheral blood neutrophils, an increase in myeloid progenitor populations, and extramedullary hematopoiesis composed of maturing myeloid and erythroid elements. These findings indicate that Runx1 deficiency has markedly different consequences during development compared with adult hematopoiesis, and they provide insight into the phenotypic manifestations of Runx1 deficiency in hematopoietic malignancies.