L'évolution somatique convergente commence in utero dans une ribosomopathie germinale

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 5092 (2023) Citer cet article

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Le suivi clonal des cellules à l'aide de mutations somatiques permet d'explorer la dynamique clonale des maladies humaines. Ici, nous effectuons le séquençage du génome entier de 323 colonies hématopoïétiques provenant de 10 individus atteints du syndrome de ribosomopathie héréditaire de Shwachman-Diamond afin de reconstruire les phylogénies hématopoïétiques. Dans environ 30 % des colonies, nous identifions des mutations mutuellement exclusives dans TP53, EIF6, RPL5, RPL22, PRPF8, ainsi que des aberrations des chromosomes 7 et 15 qui augmentent respectivement le dosage des gènes SBDS et EFL1. Les mutations du gène cible commencent in utero, entraînant une profusion d'expansions clonales, avec seulement quelques lignées de cellules souches hématopoïétiques (moyenne 8, plage 1-24) contribuant à environ 50 % des colonies hématopoïétiques sur 8 individus (plage 4-100 % de clonalité) par le jeune adulte. L'expansion clonale rapide au cours de la transformation de la maladie est associée à des mutations bialléliques de TP53 et à une charge de mutation accrue. Notre étude met en évidence comment la mutation somatique convergente de la voie de surveillance nucléolaire dépendante de p53 compense les effets délétères de la ribosomopathie germinale mais augmente les possibilités d'évolution du cancer muté par TP53.

Toutes les cellules acquièrent des mutations somatiques au fil du temps grâce à une série de processus exogènes et endogènes endommageant l’ADN. Le suivi de ces mutations a permis la reconstruction des historiques de lignées de cellules souches hématopoïétiques (CSH) individuelles afin de tracer la dynamique clonale de l'hématopoïèse humaine saine et maligne au cours de la vie1,2,3,4. Ces études ont montré que certaines CSH bénéficient d'un avantage de forme physique par rapport à d'autres, généralement grâce à l'acquisition de certaines mutations somatiques, entraînant une expansion clonale lente mais continue tout au long de la vie3. Entre la 7e et la 8e décennie de la vie, on observe un effondrement de la diversité clonale des CSH dans le sang, avec de nombreuses expansions clonales provoquées par des mutations dans une série de gènes (par exemple DNMT3A) et des modifications du nombre de copies (par exemple perte de Y)3,5,6. . Cependant, on sait relativement peu de choses sur la façon dont la sélection clonale et la dynamique des populations diffèrent chez les individus nés avec des mutations germinales qui compromettent l'hématopoïèse et confèrent un risque accru de cancer du sang.

Le syndrome de Shwachman-Diamond (SDS) est un trouble héréditaire de l'assemblage des ribosomes provoqué par des mutations germinales hétérozygotes composées du gène SBDS, généralement la combinaison d'un allèle nul et d'un allèle hypomorphe7,8,9. La protéine SBDS de type sauvage coopère avec la GTPase EFL1 pour catalyser la libération du facteur anti-association eIF6 de la face intersous-unité de la grande sous-unité ribosomale afin de favoriser la maturation et le recyclage des ribosomes8,9,10,11,12. Le défaut d’assemblage des ribosomes et la synthèse réduite des protéines qui en résulte entraînent une insuffisance médullaire (BMF), avec plus d’un tiers des individus développant par la suite une myélodysplasie (MDS) et une leucémie myéloïde aiguë (LAM) au cours de la quatrième décennie de leur vie13,14.

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-d1812976e930"> 16. De même, une disomie uniparentale peut survenir sur chr15 pour atténuer les combinaisons de mutations hétérozygotes EFL1 composées les plus dommageables dans SDS17. La suppression de Chr20q et les mutations ponctuelles d'EIF6 réduisent également le dosage d'eIF6 et/ou son affinité pour le ribosome14,18,19,20,21. Chacun de ces événements génétiques compense probablement le fonctionnement défectueux du SBDS dans le SDS en rétablissant l'homéostasie des ribosomes.

Un assemblage de ribosomes altéré stabilise la protéine suppresseur de tumeur p53 via la voie de surveillance nucléolaire (NSP)22. Une expression accrue de p53 est observée dans les cellules hématopoïétiques d'individus atteints de SDS23 et une perturbation ciblée du Sbds dans des modèles murins provoque une induction de l'apoptose dépendante de p53 dans les cellules progénitrices hématopoïétiques24,25. En effet, les mutations TP53 sont récurrentes chez et au sein des individus atteints de SDS18,26. Étant donné que TP53 est le gène le plus fréquemment altéré dans les tumeurs humaines27, avec des mutations apparaissant à la fois tôt dans la tumorigenèse, comme dans le cas du glioblastome et des cancers de l'ovaire28,29,30, ainsi qu'à la fin de la progression du cancer28,31, il est essentiel de comprendre l'impact de Mutations TP53 sur la compétition cellulaire. SDS offre une fenêtre unique sur la compréhension des premières étapes de la sélection clonale mutée par TP53 en raison de la pression sélective imposée par la mutation germinale 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>