Nature Communications 14권, 기사 번호: 5092(2023) 이 기사 인용
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체세포 돌연변이를 사용한 세포의 클론 추적을 통해 인간 질병의 클론 역학을 탐색할 수 있습니다. 여기서 우리는 유전성 리보솜병증 슈와크만-다이아몬드 증후군을 앓고 있는 10명의 개인으로부터 323개의 조혈 콜로니의 전체 게놈 시퀀싱을 수행하여 조혈 계통발생을 재구성합니다. 콜로니의 ~30%에서 우리는 TP53, EIF6, RPL5, RPL22, PRPF8의 상호 배타적인 돌연변이와 SBDS 및 EFL1 유전자 투여량을 각각 증가시키는 염색체 7 및 15 수차를 식별합니다. 표적 유전자 돌연변이는 자궁에서 시작되어 클론 확장이 많이 발생하며, 소수의 조혈 줄기 세포 계통(평균 8, 범위 1~24)만이 8개 개체에 걸쳐 조혈 콜로니의 ~50%를 차지합니다(범위 4~100% 클론성). 청년기에. 질병 변형 중 급속한 클론 확장은 이중대립유전자 TP53 돌연변이 및 돌연변이 부담 증가와 관련이 있습니다. 우리의 연구는 p53 의존성 핵소체 감시 경로의 수렴형 체세포 돌연변이가 생식선 리보솜병증의 해로운 영향을 상쇄하지만 TP53 돌연변이 암 진화의 기회를 증가시키는 방법을 강조합니다.
모든 세포는 다양한 외인성 및 내인성 DNA 손상 과정을 통해 시간이 지남에 따라 체세포 돌연변이를 획득합니다. 이러한 돌연변이를 추적하면 개별 조혈 줄기 세포(HSC)의 계보 이력을 재구성하여 평생 동안 건강한 인간 조혈과 악성 인간 조혈의 클론 역학을 도표화할 수 있습니다1,2,3,4. 이러한 연구에 따르면 일부 HSC는 일반적으로 특정 체세포 돌연변이를 획득하여 다른 HSC보다 적합도 이점을 얻음으로써 평생 동안 느리지만 지속적인 클론 확장이 발생하는 것으로 나타났습니다3. 7~80대에는 다양한 유전자(예: DNMT3A)의 돌연변이와 복제수 변화(예: Y 손실)로 인한 많은 클론 확장으로 인해 혈액 내 HSC 클론 다양성이 붕괴됩니다3,5,6 . 그러나 조혈을 손상시키고 혈액암 위험을 증가시키는 생식계열 돌연변이를 가지고 태어난 개인의 클론 선택과 인구 역학이 어떻게 다른지에 대해서는 상대적으로 거의 이해되지 않았습니다.
슈와크만-다이아몬드 증후군(SDS)은 SBDS 유전자의 복합 이형접합 생식계열 돌연변이, 일반적으로 하나의 null과 하나의 hypomorphic 대립유전자의 조합으로 인해 발생하는 유전성 리보솜 조립 장애입니다7,8,9. 야생형 SBDS 단백질은 GTPase EFL1과 협력하여 큰 리보솜 하위 단위의 하위 단위간 표면에서 항연관 인자 eIF6의 방출을 촉진하여 리보솜 성숙과 재활용을 촉진합니다8,9,10,11,12. 결과적인 리보솜 조립 결함과 감소된 단백질 합성으로 인해 골수 부전(BMF)이 발생하고, 개인의 1/3 이상이 이후 40년까지 골수이형성증(MDS)과 급성 골수성 백혈병(AML)이 발생합니다13,14.
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. 마찬가지로, SDS17에서 더 해로운 복합 이형접합성 EFL1 돌연변이 조합을 완화하기 위해 단친 이염색체가 chr15에서 발생할 수 있습니다. Chr20q 결실 및 EIF6 점 돌연변이는 또한 eIF6 투여량 및/또는 리보솜에 대한 친화력을 감소시킵니다. 이러한 각각의 유전적 사건은 리보솜 항상성을 회복함으로써 SDS의 결함 있는 SBDS 기능을 보상할 가능성이 높습니다.
손상된 리보솜 조립은 핵소 감시 경로(NSP)22를 통해 종양 억제 단백질 p53을 안정화시킵니다. 증가된 p53 발현은 SDS23을 가진 개인의 조혈 세포에서 관찰되며 쥐 모델에서 Sbd의 표적화된 파괴는 조혈 전구 세포에서 p53 의존성 세포 사멸 유도를 유발합니다24,25. 실제로, TP53 돌연변이는 SDS를 가진 개인 전체와 개인 내에서 재발됩니다. TP53은 교모세포종 및 난소암과 같은 종양 형성 초기뿐만 아니라 암 진행 중 후기에도28,29,30 돌연변이가 발생하는 인간 종양에서 가장 빈번하게 변경되는 유전자이기 때문에28,31의 영향을 이해하는 것이 중요합니다. 세포 경쟁에 대한 TP53 돌연변이. SDS는 생식계열 SBDS 돌연변이에 의해 부과되는 선택압으로 인해 TP53 돌연변이 클론 선택의 초기 단계를 이해하는 고유한 창을 제공합니다.
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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