American researchers sequenced the DNA of 16 pairs of bone marrow stem cell donors and recipients decades after transplantation and concluded that it does not lead to a pronounced expansion of mutant transplanted cells that increases the risk of cancer. A report on the work was published in the journal Science Translational Medicine.
After transplantation, a relatively small fraction of the donor's stem cells must fully form the recipient's hematopoietic system, which requires a large number of divisions. Because of this, there are concerns about the development of oligoclonal or clonal hematopoiesis in the recipient, in which stem cells with some mutation form a significant subpopulation of blood cells. In humans, the frequency of this phenomenon increases with age (observed in 10-20 percent after 70 years), and it is associated with a sharply increased risk of oncohematological and cardiovascular diseases, as well as overall mortality.
To understand whether concerns about clonal hematopoiesis after hematopoietic cell transplantation are justified, Masumi Ueda Oshima of the Fred Hutchinson Cancer Center and the University of Washington and colleagues collected fresh blood samples from 16 donor-recipient pairs who had undergone transplantation for between 6.6 and 45.7 years (median 33.8 years) (including the world's longest-living recipients). In 14 patients, the source of stem cells was the donor's bone marrow; in 11 cases, the indication for transplantation was malignancy. The researchers also had access to banked blood samples from 11 donors, collected before the procedure.
Genes frequently mutated in clonal hematopoiesis and myeloid malignancies were analyzed in all samples by high-sensitivity sequencing. Clonal hematopoiesis was defined as a genetic variant detected in at least two duplex consensus sequences, each representing a double-stranded DNA molecule. Multiple exonic variants of clonal hematopoiesis associated with acute myeloid leukemia were detected in all 16 donors aged 12 to 84 years, including characteristic mutations in the DNMT3A, TET2, and ASXL1 genes. Their frequency predictably increased with age. They were most often missense, nonsense, and frameshift mutations. Similar trends in clonal hematopoiesis were observed in both donors and transplant recipients; six of the seven most mutated genes were common with available early donor samples.
Анализ темпа изменений частоты мутаций с возрастом показал, что их уровень у доноров растет со временем, причем особенно выраженно в генах, связанных с миелоидными новообразованиями. При этом абсолютная частота мутаций, несмотря на возрастание, оставалась крайне низкой, редко превышая одну на миллион наблюдений даже у самых старших доноров. Сравнительный анализ накоплений мутаций этих генов у реципиентов по годам после трансплантации не выявил существенной разницы с донорами (2,6 против 2,0 процента в год); каких-либо характерных кластеров мутаций, потенциально связанных с пересадкой клеток, в обеих группах выявлено не было.
Попарный анализ вариантов генов, связанных с миелоидными новообразованиями, у доноров и реципиентов выявил от четырех до 69 (медианное число 17) вариантов, общих в каждой паре. Из общей суммы 393 общих вариантов 22 (5,6 процента) демонстрировали в 10 и более раз повышенную частоту вариантных аллелей у реципиентов, однако у всех пар, кроме двух, она была ниже уровня детекции большинством доступных коммерческих систем секвенирования. Также были получены указания на то, что некоторые мутации в клональном гемопоэзе, связанные со старением организма, могу давать преимущества в росте стволовым клеткам поле трансплантации, однако из-за небольшого размера выборки статистическую значимость этого оценить не удалось. Экспансия частоты вариантных аллелей у реципиентов умеренно положительно коррелировала со временем, прошедшим с пересадки, но не с возрастом донора.
Таким образом, даже спустя десятилетия после трансплантации кроветворных стволовых клеток распространенной ускоренной клональной экспансии их у реципиента не происходит, что свидетельствует о внушительной регенерационной способности человеческой кроветворной системы, заключают авторы работы.
Полученные результаты дополняют и отчасти опровергают раннюю работу сотрудников того же Вашингтонского университета, выявивших признаки клонального гемопоэза у молодых доноров, который они передают реципиентам (что согласуется с нынешними выводами), и заподозривших, что у реципиентов они склонны к накоплению и умножению (а это не подтвердилось).