Anemia aplastica-immagine: (Da sinistra a destra) L’autore corrispondente Marcin Wlodarski, MD, Ph.D., e la collaboratrice di laboratorio Diantha Van De Vlekkert, MSc, entrambi del Dipartimento di Ematologia del St. Jude, e la seconda autrice Sushree Sahoo, Ph.D., precedentemente del Dipartimento di Ematologia del St. Jude. Credito: St. Jude Children’s Research Hospital.L’anemia aplastica è una rara malattia del sangue potenzialmente letale, in cui i pazienti non sono in grado di produrre una quantità sufficiente di cellule del sangue a causa di un attacco del sistema immunitario alle cellule staminali ematopoietiche. La condizione può progredire in sindrome mielodisplastica (SMD) e leucemia.
Uno studio condotto da scienziati del St. Jude Children’s Research Hospital, in collaborazione con diverse istituzioni, ha utilizzato tecniche genomiche all’avanguardia per analizzare il profilo genetico di 619 bambini e adulti affetti da anemia aplastica. I ricercatori hanno scoperto che diverse cellule staminali ematopoietiche all’interno della stessa persona acquisiscono indipendentemente mutazioni genetiche che consentono alle cellule di sfuggire all’attacco del sistema immunitario. In alcuni pazienti, questi cloni di cellule staminali “salvatrici” sono stati sufficienti a ripristinare la produzione di cellule del sangue e a garantire una remissione a lungo termine. Il lavoro, che comprende la più ampia coorte pediatrica di questo tipo mai riportata fino ad oggi, è stato pubblicato ogg su Nature Genetics.
Nell’anemia aplastica, le cellule immunitarie chiamate linfociti T autoreattivi prendono di mira e distruggono le cellule staminali ematopoietiche che presentano peptidi su una proteina specifica sulla loro superficie. Questi peptidi sono codificati dal gene dell’antigene leucocitario umano (HLA). Ogni persona eredita una copia di questo gene da ciascun genitore, che può presentare diverse varianti.
Le persone affette da anemia aplastica spesso presentano un particolare allele HLA “di rischio” (variante genetica) che si ritiene scateni la malattia. Alcune cellule staminali ematopoietiche eludono l’attacco immunitario acquisendo modifiche che silenziano l’allele HLA di rischio. Ciò può avvenire tramite mutazioni HLA con perdita di funzione o tramite isodisomia uniparentale del cromosoma 6p (UPD6p), in cui l’allele di rischio viene sostituito da un allele non di rischio.
Sono noti altri due tipi di evasione immunitaria nelle cellule staminali ematopoietiche: l’emoglobinuria parossistica notturna (EPN) o le mutazioni nei geni dell’emopoiesi clonale (CHIP). Tuttavia, non era chiaro se tutte queste alterazioni si verificassero in una singola cellula staminale o se si manifestassero indipendentemente per aiutare le cellule staminali ematopoietiche a nascondersi dal sistema immunitario. Non era inoltre chiaro in che modo questo processo di evasione immunitaria influenzasse gli esiti clinici e il rischio di cancro.
“Abbiamo scoperto che ogni paziente con anemia aplastica che sfugge all’autoimmunità presenta molteplici eventi genetici indipendenti in diverse cellule staminali ematopoietiche che consentono a queste cellule di sfuggire all’autoimmunità”, ha affermato l’autore corrispondente Marcin Wlodarski, MD, Ph.D., del Dipartimento di Ematologia del St. Jude. “Le cellule staminali silenziano l’allele HLA di rischio attraverso diversi meccanismi, e i nostri dati dimostrano che questi eventi sono eventi protettivi e benigni che non causano la progressione verso la MDS o la leucemia, anche quando i cloni salvati crescono e dominano il midollo osseo“.
Valutazione del rischio di “cloni” di cellule staminali ematopoietiche
Le cellule staminali del sangue danno origine a tutte le altre cellule del sangue, il che significa che la loro progenie è geneticamente identica, comprese le eventuali mutazioni acquisite nel tempo. L’abbondanza relativa dei “cloni” genetici di una specifica cellula staminale misura la diversità genetica di queste cellule emopoietiche. Utilizzando analisi a singola cellula, i ricercatori hanno dimostrato che le mutazioni protettive si verificano indipendentemente in diverse cellule staminali del sangue e non in sequenza all’interno di una singola cellula. Questi cloni indipendenti ripopolano quindi il midollo osseo senza essere individuati ed eliminati dal sistema immunitario.
“Abbiamo osservato che i pazienti con cloni di cellule staminali ematopoietiche che sfuggono all’autoimmunità possono migliorare i loro valori ematici“, ha affermato Wlodarski. “Abbiamo anche appreso che questi cloni non indicano un aumento del rischio di leucemia. Al contrario, spesso indicano la possibilità di una remissione di lunga durata“.
Per valutare questi cloni, gli scienziati hanno analizzato campioni di midollo osseo e di sangue di 619 pazienti affetti da anemia aplastica (256 bambini e 363 adulti). Complessivamente, il 69% dei pazienti presentava almeno una mutazione acquisita: mutazioni HLA o cloni UPD6p sono stati riscontrati nel 16%, cloni PNH nel 44% e mutazioni CHIP nel 21%. Il primo autore, Masanori Yoshida, MD, Ph.D., del Dipartimento di Ematologia del St. Jude Children’s Research Hospital, ha quindi sviluppato e applicato un test di sequenziamento del DNA a singola cellula per analizzare simultaneamente mutazioni e proteine di superficie cellulare di 304.902 singole cellule provenienti da 48 campioni. Lo studio è stato integrato dal sequenziamento dell’intero genoma a lettura lunga e dal sequenziamento dell’intero genoma a singola cellula.
Gli esperimenti hanno dimostrato che le mutazioni acquisite sono altrettanto comuni nei bambini quanto negli adulti, ma nei pazienti pediatrici il 65% delle mutazioni CHIP si è verificato in soli tre geni (BCOR, BCORL1 e ASXL1), rispetto al 27% negli adulti. Poiché non ci si aspetta che le mutazioni CHIP legate all’età siano preesistenti nei bambini, queste mutazioni sembrano essere eventi di evasione immunitaria acquisiti in risposta all’attacco autoimmune.
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Nell’anemia aplastica, gli alleli HLA vengono persi più volte, a partire dalla prima infanzia
Per comprendere come si verificano questi eventi protettivi e per contarli con precisione, gli autori hanno eseguito il sequenziamento dell’intero genoma su numerose singole cellule staminali ematopoietiche. Si aspettavano di osservare da uno a tre eventi per individuo; invece, ne hanno trovati in media tre per paziente e, in un paziente, ben 15 cloni indipendenti, tutti con conseguente perdita dell’allele HLA di rischio, a dimostrazione di un’evoluzione convergente per sfuggire a un forte attacco immunitario.
Questa estrema diversità indicava un insolito processo evolutivo convergente, quindi gli scienziati hanno ricostruito un “albero genealogico” filogenetico delle singole cellule staminali del sangue, analizzando tutte le mutazioni acquisite nel corso della vita in singoli genomi completi. Questo metodo ha permesso loro di individuare l’origine di ciascun clone.
“Ci aspettavamo che queste mutazioni si verificassero poco prima dell’insorgenza della malattia”, ha affermato Wlodarski. “Ma abbiamo scoperto che alcuni di questi cloni con perdita di HLA sono comparsi molti anni prima della diagnosi clinica“.
Il team ha inoltre dimostrato che i cloni salvati e longevi presentavano una maggiore espressione di un marcatore di superficie per le cellule staminali e progenitrici del sangue: il CD34. Ciò suggerisce che l’arricchimento di CD34 potrebbe fungere da biomarcatore di un recupero duraturo.
Inoltre, i cloni con perdita di alleli di rischio HLA e mutazioni CHIP non si presentavano quasi mai contemporaneamente nelle stesse cellule, indicando che la perdita di HLA fornisce di per sé un vantaggio proliferativo sufficiente a impedire la selezione di ulteriori mutazioni CHIP, che possono predisporre alla MDS. Pertanto, sembrano agire come eventi protettivi contro la loro evoluzione in MDS e leucemia. Questi risultati mettono in discussione le ipotesi precedenti su quando e come si formano i cloni protettivi nell’anemia aplastica e la loro presenza può essere un fattore determinante nel ripristino dell’emopoiesi.
“L’anemia aplastica ci mostra un’evoluzione convergente in miniatura: molteplici eventi mutazionali indipendenti si verificano in cellule diverse, portando tutti alla stessa fuga dall’autoimmunità”, ha affermato Wlodarski. “Dimostra la straordinaria capacità dell’emopoiesi umana di guarire da agenti patogeni, come le cellule T autoimmuni, e di ricostituire il midollo osseo”.
Fonte: Nature Genetics