A evolução somática convergente começa no útero em uma ribossomopatia germinativa

Nature Communications volume 14, número do artigo: 5092 (2023) Citar este artigo

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O rastreamento clonal de células usando mutações somáticas permite a exploração da dinâmica clonal em doenças humanas. Aqui, realizamos o sequenciamento completo do genoma de 323 colônias hematopoiéticas de 10 indivíduos com a ribossomopatia hereditária, síndrome de Shwachman-Diamond, para reconstruir filogenias hematopoiéticas. Em ~30% das colônias, identificamos mutações mutuamente exclusivas em TP53, EIF6, RPL5, RPL22, PRPF8, além de aberrações cromossômicas 7 e 15 que aumentam a dosagem dos genes SBDS e EFL1, respectivamente. As mutações genéticas alvo começam no útero, resultando numa profusão de expansões clonais, com apenas algumas linhagens de células estaminais hematopoiéticas (média 8, intervalo 1-24) contribuindo com ~50% de colónias hematopoiéticas em 8 indivíduos (intervalo 4-100% de clonalidade) pela idade adulta jovem. A rápida expansão clonal durante a transformação da doença está associada a mutações bialélicas do TP53 e ao aumento da carga de mutação. Nosso estudo destaca como a mutação somática convergente da via de vigilância nucleolar dependente de p53 compensa os efeitos deletérios da ribossomopatia germinativa, mas aumenta a oportunidade para a evolução do câncer com mutação TP53.

Todas as células adquirem mutações somáticas ao longo do tempo através de uma série de processos exógenos e endógenos que danificam o DNA. O rastreamento de tais mutações permitiu a reconstrução de histórias de linhagens de células-tronco hematopoiéticas individuais (HSC) para traçar a dinâmica clonal na hematopoiese humana saudável e maligna ao longo da vida1,2,3,4. Estes estudos demonstraram que algumas HSCs ganham uma vantagem de aptidão sobre outras, normalmente através da aquisição de certas mutações somáticas, resultando numa expansão clonal lenta mas contínua ao longo da vida3. Da 7ª à 8ª década de vida, ocorre um colapso na diversidade clonal de HSC no sangue, com muitas expansões clonais impulsionadas por mutações em uma série de genes (por exemplo, DNMT3A) e alterações no número de cópias (por exemplo, perda de Y)3,5,6 . No entanto, relativamente pouco se sabe sobre como a selecção clonal e a dinâmica populacional diferem em indivíduos nascidos com mutações germinativas que comprometem a hematopoiese e conferem um risco aumentado de cancro do sangue.

A síndrome de Shwachman-Diamond (SDS) é um distúrbio hereditário da montagem do ribossomo causado por mutações germinativas heterozigóticas compostas no gene SBDS, normalmente a combinação de um alelo nulo e um hipomórfico7,8,9. A proteína SBDS de tipo selvagem coopera com a GTPase EFL1 para catalisar a liberação do fator anti-associação eIF6 da face intersubunidade da grande subunidade ribossômica para promover a maturação e reciclagem do ribossomo . O defeito resultante na montagem do ribossomo e a redução da síntese protéica resultam em insuficiência da medula óssea (BMF), com mais de um terço dos indivíduos desenvolvendo posteriormente mielodisplasia (SMD) e leucemia mieloide aguda (LMA) na quarta década de vida13,14.

A number of recurrent somatic genetic events have been identified in SDS. In individuals with one null and one hypomorphic SBDS allele on chromosome (chr) 7q, copy number neutral loss of heterozygosity (LOH) increases the gene dose of the hypomorphic SBDS allele c.258 + 2T → C and replaces the null allele15,c mutation of the SBDS gene does not promote development of myeloid malignancies in patients with Shwachman syndrome. Leukemia 23, 708–711 (2009)." href="/articles/s41467-023-40896-5#ref-CR16" id="ref-link-section-d370689391e930"> 16. Da mesma forma, a dissomia uniparental pode ocorrer no chr15 para mitigar as combinações de mutação EFL1 heterozigótica composta mais prejudiciais no SDS17. A deleção de Chr20q e as mutações pontuais de EIF6 também reduzem a dosagem de eIF6 e/ou sua afinidade pelo ribossomo14,18,19,20,21. Cada um desses eventos genéticos provavelmente compensa a função defeituosa do SBDS no SDS, restaurando a homeostase do ribossomo.

A montagem prejudicada do ribossomo estabiliza a proteína supressora de tumor p53 através da via de vigilância nucleolar (NSP)22. O aumento da expressão de p53 é observado em células hematopoiéticas de indivíduos com SDS23 e a ruptura direcionada de Sbds em modelos murinos causa indução de apoptose dependente de p53 em células progenitoras hematopoiéticas . De fato, as mutações no TP53 são recorrentes entre e dentro de indivíduos com SDS18,26. Dado que o TP53 é o gene mais frequentemente alterado em tumores humanos27, com mutações que surgem tanto no início da tumorigénese, como no glioblastoma e nos cancros do ovário28,29,30, como também tardiamente durante a progressão do cancro28,31, é fundamental compreender o impacto da Mutações TP53 na competição celular. O SDS fornece uma janela única para a compreensão dos estágios iniciais da seleção clonal com mutação TP53 devido à pressão seletiva imposta pela mutação germinativa SBDS.

0.4, thus representing the somatic mutations present in the single-cell that seeded the colony. In total, we identified 118,564 single nucleotide variants, 6287 small insertions and deletions, 74 structural variants and 5 chromosomal copy number aberrations across the cohort (Supplementary Dataset 1). The number of SNVs per colony per individual ranged from a median of 130 (range 99–163) in the youngest (age 4 years) to a median of 714 (range 593–744) for one of the older individuals (age 25 years) with MDS (SDS8)./p> C donor splice site mutant hypomorphic SBDS allele (SDS5, 4, 7, Fig. 2) and one somatically acquired nonsynonymous SBDS mutation, also occurring on the hypomorphic allele (SDS10, Fig. 2). We also identified a chr15 event (15q24-26 tetra) that doubles the copy number of the EFL1 gene located at 15q25.2. These somatic events appear to be directly compensating for the germline defect that impairs the cooperation between SBDS and EFL1 that is required for ribosome maturation8./p>1, q < 0.01) (Figs. 2 and 3a), both encoding protein components of the large ribosomal subunit. Overall, we identified 24 independent missense mutations in TP53 (Supplementary Fig. 3), by far the most commonly mutated gene in the cohort, and 1 start codon loss, 4 missense, 2 nonsense, 1 frameshift mutation and 5 gene deletions in EIF6. The somatic mutations in RPL22 suggested loss of function (1 start codon loss, 1 nonsense, 2 splice site, 1 missense and 2 in frame deletions), while RPL5 and PRPF8 mutations were missense SNVs (n = 4 and 2 respectively). Mutations in TP53, EIF6, RPL5 and RPL22 genes were recurrent within the same individual, with 9 different TP53 mutations observed in SDS5 and 5 independent EIF6 mutations occurring in SDS7 (Fig. 2). In addition to recurrent mutations in PRPF8, TP53, EIF6, RPL5 and RPL22, we observed mutations in DNMT3A, ASXL1, TET2 and RUNX1 associated with clonal haematopoiesis (CH), consistent with the study by Kennedy et al.18. We term recurrent mutations in either SDS-associated or known genes of CH33,34/haematological cancers35 as driver mutations (see “Methods”). Across all the individuals in this study who had a mean age of only 18 years (4–33 years range), 31% of colonies (101/323) harboured a driver mutation (Fig. 2 and Supplementary Fig. 2)./p> 1, q < 0.01). b Proportion of cells per individual carrying driver mutations classified by gene and chromosomal abnormality. CH genes associated with clonal haematopoiesis, CNA copy number alteration. c Timing of division of the most recent common ancestor (MRCA) of clonal expansions (clade comprising 2 or more colonies) harbouring driver mutations. This gives the latest time point (together with 95% credibility interval) by which the driver mutation was acquired as represented by the inferred timing of the end of the shared branch, but it is possible that the driver mutation occurred at any time along the branch that harbours the driver mutation. The top panel illustrates the diversity of timings within a single individual (SDS5) and the bottom panel shows the timing of all the identified driver based expansions in the full cohort (including SDS5) with the exception of SDS8. A total of 14 branches harbouring driver mutations from the cohort are timed for their latest age of acquisition. The bars span the 95% credibility interval of the MRCAs. Source data are provided as a Source Data file./p> CT allele, instead carrying two SBDS germline mutations (c.258 + 2T > C, c.258 + 1G > C) that disrupt the intron 2 donor splice site7. SDS9 was one of the older individuals in our cohort (26.2 years) and similar individuals lacking driver mutations were also observed by Kennedy et al.18. In future, it will be interesting to determine whether individuals who progress to marrow aplasia represent a specific subset of SDS disease evolution where driver mutation mediated clonal expansion has been insufficient to mitigate the bone marrow failure phenotype./p>

c mutation of the SBDS gene does not promote development of myeloid malignancies in patients with Shwachman syndrome. Leukemia 23, 708–711 (2009)./p>

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