Weefselspecifieke mutatie-accumulatie in menselijke stamcellen

De orgaanspecifieke incidentie van kanker varieert aanzienlijk in het menselijk lichaam, wat niet uitsluitend kan worden verklaard door verschillende blootstellingen aan mutagene omgevingsfactoren. Volwassen stamcellen zijn waarschijnlijk de cellulaire doelwitten voor de opeenstapeling van opeenvolgende oncogene ‘hits’ die uiteindelijk kunnen leiden tot tumorontwikkeling, dankzij hun levenslange vermogen om mutaties door te geven aan zowel zichzelf vernieuwende nakomelingen als downstream progenitorcellen. Ons doel is om de mutatieprocessen te identificeren en te bestuderen die actief zijn in volwassen stamcellen van verschillende organen en voorafgaan aan oncogene transformatie.

Strategie 1: Karakteriseren van mutatie-accumulatie tijdens een gezond leven

Het in kaart brengen van zeldzame somatische mutaties in fysiologisch normale cellen is technisch uitdagend vanwege de polyclonale aard van gezonde weefsels en de hoge foutmarge van single-cell sequencingtechnieken. Om deze uitdagingen te overwinnen, kweken we individuele stamcellen in vitro uit tot klonale culturen, die de genetische samenstelling van de oorspronkelijke cel weerspiegelen (d.w.z. mutaties in de oorspronkelijke cel worden gedeeld door alle andere cellen in de cultuur). Vervolgens kan voldoende DNA worden verkregen om de zeer zeldzame somatische mutaties in de oorspronkelijke cel nauwkeurig te catalogiseren. Met deze aanpak hebben we mutatie-accumulatie bestudeerd in verschillende weefsels, zoals bloed, dunne darm, dikke darm en lever, en dit gecorreleerd met orgaanspecifieke kankerincidentie.

Publicaties:
Blokzijl et al., Nature 538:260-264 (2016) PMID: 27698416
Jager et al., Nature Protocols 13:59-78 (2018) PMID: 29215633
Osorio et al., Cell Reports 25:2308-2316.e4 (2018) PMID: 30485801
Rosendahl Huber A, Manders F, Oka R, van Boxtel R. Characterizing mutational load and clonal composition of human blood. J Vis Exp. 2019 Jul 11;(149)

Strategie 2: Bestuderen van mutatie-accumulatie bij individuen met verhoogd risico

Sommige individuen lopen een verhoogd risico op het ontwikkelen van kanker door predisponerende factoren, zoals kiembaanmutaties in DNA-reparatiegenen of een constitutieve trisomie van chromosoom 21 bij het syndroom van Down. Pasgeborenen met het syndroom van Down hebben inderdaad een verhoogd risico op het ontwikkelen van kinderlijke leukemie, terwijl ze gedurende hun leven beschermd lijken tegen solide tumoren. Wij stellen dat door het karakteriseren van mutatie-accumulatie in stamcellen van verschillende weefsels bij individuen met een verhoogd kankerrisico, we mechanistisch inzicht krijgen in de beperkende factoren die ten grondslag liggen aan carcinogenese. Met deze strategie hebben we ontdekt dat foetale cellen met het syndroom van Down tijdens de vroege ontwikkeling meer mutaties ophopen dan karyotypisch normale cellen. Deze verhoogde mutatielast kan bijdragen aan het verhoogde risico op leukemie vroeg in het leven bij het syndroom van Down.

Publicaties:
Hasaart et al., Scientific Reports 10:12991 (2020) PMID: 32737409
Hasaart*, Bertrums* et al., Expert Rev Mol Med. 23:e5 (2021) PMID: 33902785