Studiu genomic analizează o boală rară de sânge la copii
Anemia aplastică este o afecțiune rară și potențial letală, în care pacienții nu pot produce suficiente celule sanguine din cauza atacului sistemului imunitar asupra celulelor stem sanguine.
Studiul, condus de cercetători de la St. Jude Children’s Research Hospital, în colaborare cu mai multe instituții, a folosit tehnici genomice avansate pentru a analiza 619 de copii și adulți cu anemie aplastică.
Cercetătorii au descoperit că diferite celule stem sanguine din același pacient dobândesc independent mutații genetice care le permit să evite atacul imun. În cazul unor pacienți, aceste clone de celule stem „salvatoare” au fost suficiente pentru a restabili producția de sânge și a oferi remisie pe termen lung. Această lucrare, care include cea mai mare cohortă pediatrică de acest tip raportată până în prezent, a fost publicată astăzi în Nature Genetics.
În anemia aplastică, celulele imunitare numite celule T autoreactive vizează și distrug celulele stem sanguine care prezintă peptide pe o proteină specifică de pe suprafața lor. Acestea sunt codificate de gena antigenului leukocitar uman (HLA). Fiecare persoană moștenește o copie a acestei gene de la fiecare părinte, care poate avea variații diferite.
Pacienții cu anemie aplastică poartă adesea un anumit alel „de risc” HLA, considerat a declanșa boala. Unele celule stem sanguine evită atacul imunitar prin dobândirea unor modificări care reduc expresia alelei de risc HLA. Aceasta poate avea loc prin mutații HLA de tip loss-of-function sau prin isodisomie uniparentală 6p (UPD6p), unde alela de risc este înlocuită cu o alelă non-risc.
Există alte două tipuri de evaziune în celulele stem sanguine: hemoglobinuria nocturnă paroxistică (PNH) și mutațiile în genele hematopoietice clonale (CHIP). Totuși, nu era clar dacă toate aceste schimbări apar într-o singură celulă stem sau dacă apar independent pentru a ajuta celulele stem sanguine să se ascundă de sistemul imunitar. De asemenea, nu era clar cum afectează acest proces de evaziune imună rezultatele clinice și riscul de cancer.
„Am descoperit că fiecare pacient cu anemie aplastică care scapă de autoimunitate are multiple evenimente genetice independente în diferite celule stem sanguine care permit acestor celule să evite autoimunitatea”, a declarat Wlodarski. „Celulele stem reduc expresia alelei de risc HLA prin mai multe mecanisme, iar datele noastre arată că aceste evenimente sunt evenimente protective, benigne care nu provoacă progresia către MDS sau leucemie, chiar și atunci când clonele salvate cresc și predomină în măduva osoasă.”
Pentru a evalua aceste clone, cercetătorii au analizat mostre de măduvă osoasă și sânge de la 619 pacienți cu anemie aplastică (256 copii și 363 adulți). În total, 69% dintre pacienți au purtat cel puțin o modificare dobândită: mutații HLA sau clone UPD6p au fost găsite în 16%, clone PNH în 44% și mutații CHIP în 21%.
Primul autor Masanori Yoshida a stabilit și aplicat un test de secvențiere a ADN-ului la nivel unic pentru a profila simultan mutațiile și proteinele de suprafață celulară ale 304.902 celule unice din 48 de mostre. Studiul a fost completat de secvențierea genomului întreg prin tehnici de lungă durată și secvențierea genomului întreg la nivel unic.
Experimentele au arătat că mutațiile dobândite sunt la fel de comune la copii ca și la adulți, dar în rândul pacienților pediatrici, 65% din mutațiile CHIP au apărut în doar trei gene (BCOR, BCORL1 și ASXL1), comparativ cu 27% în rândul adulților. Deoarece mutațiile CHIP legate de vârstă nu sunt așteptate să existe la copii, aceste mutații par să fie evenimente de evaziune imună dobândite ca răspuns la atacul autoimun.
Alele HLA sunt pierdute de mai multe ori în anemia aplastică, începând devreme în viață. Pentru a înțelege cum apar aceste evenimente protective și pentru a le număra cu precizie, autorii au efectuat secvențierea întregului genom pe multe celule stem sanguine unice. Se așteptau să observe între unul și trei evenimente per individ; în schimb, au descoperit o medie de trei per pacient, iar într-un caz, 15 cloni independenți, toate rezultând în pierderea alelei de risc HLA, arătând o evoluție convergentă pentru a scăpa de un atac imunitar puternic.
Această diversitate extremă a indicat un proces evolutiv convergent neobișnuit, așa că oamenii de știință au reconstruit un „arbore genealogic” filogenetic al celulelor stem sanguine individuale citind toate mutațiile dobândite de-a lungul vieții în genomuri unice. Această metodă le-a permis să identifice originea fiecărui clon.
„Ne așteptam ca aceste mutații să apară chiar înainte de debutul bolii”, a spus Wlodarski. „Dar am descoperit că unele dintre aceste clone care pierd HLA au apărut cu mulți ani înainte de diagnosticarea clinică.”
Echipa a arătat, de asemenea, că clonele salvate, care au o durată de viață mai lungă, au avut o expresie mai mare a unui marker de suprafață pentru celulele stem sanguine și progenitoare: CD34. Aceasta sugerează că îmbogățirea cu CD34 ar putea servi ca biomarker al recuperării pe termen lung. În plus, clonele cu pierdere ale alelelor de risc HLA și mutații CHIP aproape niciodată nu au co-ocurat în aceleași celule, indicând că pierderea HLA oferă suficient avantaj proliferativ de la sine, astfel încât mutațiile CHIP suplimentare, care pot predispune la MDS, nu sunt selectate.
Astfel, ele par să acționeze ca evenimente protective împotriva evoluției lor către MDS și leucemie. Aceste rezultate contestă presupunerile anterioare despre când și cum apar clonele protective în anemia aplastică, iar prezența lor poate fi un factor în restabilirea formării sângelui.
„Anemia aplastică ne arată o evoluție convergentă în miniatură: multiple evenimente mutate independente apar în celule diferite, toate ducând la aceeași evaziune de autoimunitate”, a spus Wlodarski. „Arată natura uimitoare a hematopoiezei umane de a se vindeca de actori dăunători, cum ar fi celulele T autoimune, și de a reconstitui măduva osoasă.”
