Конвергентная соматическая эволюция начинается внутриутробно при зародышевой рибозопатии.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 5092 (2023) Цитировать эту статью

617 Доступов

10 Альтметрика

Подробности о метриках

Клональное отслеживание клеток с использованием соматических мутаций позволяет исследовать клональную динамику при заболеваниях человека. Здесь мы выполняем полногеномное секвенирование 323 гемопоэтических колоний от 10 человек с наследственной рибосомопатией, синдромом Швахмана-Даймонда, чтобы реконструировать гематопоэтическую филогению. Примерно в 30% колоний мы выявляем взаимоисключающие мутации в TP53, EIF6, RPL5, RPL22, PRPF8, а также аберрации хромосом 7 и 15, которые увеличивают дозировку генов SBDS и EFL1 соответственно. Мутации целевых генов начинаются внутриутробно, что приводит к обильному распространению клонов, при этом лишь несколько линий гемопоэтических стволовых клеток (в среднем 8, диапазон 1-24) составляют ~50% гемопоэтических колоний у 8 человек (диапазон клональности 4-100%). к молодости. Быстрая клональная экспансия во время трансформации заболевания связана с двуаллельными мутациями TP53 и увеличением мутационной нагрузки. Наше исследование показывает, как конвергентная соматическая мутация p53-зависимого пути ядрышкового надзора компенсирует пагубные последствия зародышевой рибозопатии, но увеличивает возможность эволюции рака с мутацией TP53.

Все клетки со временем приобретают соматические мутации в результате ряда экзогенных и эндогенных процессов, повреждающих ДНК. Отслеживание таких мутаций позволило восстановить историю происхождения отдельных гемопоэтических стволовых клеток (HSC) и составить график клональной динамики в кроветворении здорового и злокачественного человека на протяжении жизни1,2,3,4. Эти исследования показали, что некоторые HSC получают преимущество в приспособленности перед другими, обычно за счет приобретения определенных соматических мутаций, что приводит к медленной, но непрерывной клональной экспансии в течение жизни3. К 7-8-му десятилетию жизни происходит коллапс клонального разнообразия HSC в крови со многими клональными расширениями, обусловленными мутациями в ряде генов (например, DNMT3A) и изменениями количества копий (например, потерей Y)3,5,6 . Однако относительно мало известно о том, как клональный отбор и популяционная динамика различаются у людей, рожденных с мутациями зародышевой линии, которые нарушают гемопоэз и повышают риск рака крови.

Синдром Швахмана-Даймонда (СДС) представляет собой наследственное нарушение сборки рибосом, вызванное сложными гетерозиготными мутациями зародышевой линии в гене SBDS, обычно комбинацией одного нулевого и одного гипоморфного аллеля7,8,9. Белок SBDS дикого типа взаимодействует с GTPase EFL1, катализируя высвобождение антиассоциационного фактора eIF6 с межсубъединичной поверхности большой субъединицы рибосомы, способствуя созреванию и рециркуляции рибосом8,9,10,11,12. Возникающий в результате дефект сборки рибосом и снижение синтеза белка приводят к недостаточности костного мозга (BMF), при этом более чем у трети людей впоследствии развивается миелодисплазия (МДС) и острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) к четвертому десятилетию жизни13,14.

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. Аналогичным образом, однородительская дисомия может возникать на chr15, чтобы смягчить более разрушительные комбинации гетерозиготных мутаций EFL1 в SDS17. Делеция Chr20q и точечные мутации EIF6 также снижают дозировку eIF6 и/или его сродство к рибосоме14,18,19,20,21. Каждое из этих генетических событий, вероятно, компенсирует дефектную функцию SBDS при СДС путем восстановления гомеостаза рибосом.

Нарушение сборки рибосомы стабилизирует белок-супрессор опухоли p53 посредством ядрышкового пути надзора (NSP)22. Повышенная экспрессия p53 наблюдается в гемопоэтических клетках людей с SDS23, а целенаправленное разрушение Sbds на мышиных моделях вызывает p53-зависимую индукцию апоптоза в гемопоэтических клетках-предшественниках24,25. Действительно, мутации TP53 рецидивируют у людей с SDS18,26 и внутри них. Поскольку TP53 является наиболее часто изменяемым геном в опухолях человека27, причем мутации возникают как на ранних стадиях онкогенеза, например, при глиобластоме и раке яичников28,29,30, так и на поздних стадиях прогрессирования рака28,31, крайне важно понять влияние Мутации TP53 в клеточной конкуренции. SDS предоставляет уникальную возможность понять самые ранние стадии клональной селекции с мутацией TP53 из-за селективного давления, оказываемого мутацией SBDS зародышевой линии.

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>

Блог

Конвергентная соматическая эволюция начинается внутриутробно при зародышевой рибозопатии.