Nature Communications volume 14、記事番号: 5092 (2023) この記事を引用
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体細胞変異を使用した細胞のクローン追跡により、ヒトの疾患におけるクローン動態の探索が可能になります。 今回我々は、遺伝性リボソモパチーシュワックマン・ダイアモンド症候群を患う10人から採取した323個の造血コロニーの全ゲノム配列決定を行い、造血系統を再構築した。 コロニーの約 30% で、TP53、EIF6、RPL5、RPL22、PRPF8 の相互に排他的な変異に加え、それぞれ SBDS および EFL1 遺伝子量を増加させる第 7 染色体および第 15 染色体異常を特定しました。 標的遺伝子の変異は子宮内で始まり、その結果、大量のクローン増殖が起こり、わずか数個の造血幹細胞系統（平均 8、範囲 1 ～ 24）が 8 人の造血コロニーの約 50% に寄与しています（範囲 4 ～ 100% クローン性）。青年期までに。 疾患の形質転換中の急速なクローンの拡大は、TP53 の両対立遺伝子変異と変異負荷の増加に関連しています。 私たちの研究は、p53依存性核小体監視経路の収束的体細胞変異が生殖細胞リボソモパシーの有害な影響をどのように相殺する一方で、TP53変異による癌進化の機会を増加させるかを強調している。
すべての細胞は、さまざまな外因性および内因性の DNA 損傷プロセスを通じて、時間の経過とともに体細胞突然変異を獲得します。 このような突然変異の追跡により、個々の造血幹細胞 (HSC) の系統史を再構築して、健康なヒトおよび悪性ヒトの造血における生涯にわたるクローン動態をグラフ化することが可能になりました 1,2,3,4。 これらの研究は、一部の HSC が他の HSC よりも適応度の優位性を獲得し、通常は特定の体細胞変異の獲得によって、生涯にわたってゆっくりではあるが継続的なクローン増殖をもたらすことを示しています 3。 人生の 70 代から 80 代までに、血液中の HSC クローンの多様性は崩壊し、さまざまな遺伝子の突然変異 (DNMT3A など) やコピー数の変化 (Y の喪失など) によって多くのクローンが拡大します 3,5,6 。 しかし、造血を損ない、血液がんのリスクを高める生殖系列変異を持って生まれた個体において、クローン選択と個体群動態がどのように異なるのかについては、比較的ほとんどわかっていない。
シュワックマン・ダイアモンド症候群 (SDS) は、SBDS 遺伝子の複合ヘテロ接合性生殖系列変異、通常は 1 つのヌル対立遺伝子と 1 つの低型対立遺伝子の組み合わせによって引き起こされる遺伝性リボソーム構築障害です 7、8、9。 野生型 SBDS タンパク質は GTPase EFL1 と協力して、リボソーム大サブユニットのサブユニット間面からの抗会合因子 eIF6 の放出を触媒し、リボソームの成熟とリサイクルを促進します 8、9、10、11、12。 その結果生じるリボソーム構築の欠損とタンパク質合成の低下は骨髄不全（BMF）を引き起こし、その後、3分の1以上の人が人生の40年までに骨髄異形成（MDS）と急性骨髄性白血病（AML）を発症します13,14。
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. 同様に、SDS17 におけるより有害な複合ヘテロ接合性 EFL1 変異の組み合わせを軽減するために、chr15 で片親ダイソミーが発生する可能性があります。 Chr20q 欠失および EIF6 点突然変異も、eIF6 の投与量および/またはリボソームに対するその親和性を低下させます 14、18、19、20、21。 これらの遺伝的事象のそれぞれは、リボソームのホメオスタシスを回復することによって、SDS における欠陥のある SBDS 機能を補っている可能性があります。
リボソーム構築の障害は、核小体監視経路 (NSP) を介して腫瘍抑制タンパク質 p53 を安定化します 22。 SDS23 患者の造血細胞では p53 発現の増加が観察され、マウスモデルにおける Sbds の標的破壊により、造血前駆細胞における p53 依存性のアポトーシス誘導が引き起こされます 24,25。 実際、TP53 変異は SDS 患者全体および内部で再発します 18,26。 TP53 はヒト腫瘍で最も頻繁に変化する遺伝子 27 であり、変異は神経膠芽腫や卵巣がんなどの腫瘍形成の初期 28,29,30 と、がんの進行後期 28,31 の両方で発生するため、TP53 の影響を理解することが重要です。細胞競合における TP53 変異。 SDS は、生殖系列 SBDS 変異によって課せられる選択圧による TP53 変異クローン選択の初期段階を理解するための独自の窓を提供します。
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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