Identification of cell type-specific effects of DNMT3A mutations involved in relapse of acute myeloid leukemia

Abstract

급성 골수성 백혈병 (AML)은 다양한 돌연변이로 인해 발생하는 이질적인 질병으로, 환자마다 다른 세포 유형 구성을 가진다. AML은 치료를 통해 완전관해 상태에 도달하더라도 높은 확률로 재발하기 때문에, 재발을 유발하는 원인을 찾기 위한 연구가 필요하다. 나는 단일 세포 RNA 시퀀싱을 AML 환자의 골수 유래 단핵세포에 적용하여 AML의 질병 단계별 (진단, 관해, 재발) 세포 유형 조성을 비교하였고, AML에서의 조혈 모세포의 이질성을 확인하였다. 또한, 이 연구에서는 동일 환자에 대해 진단, 관해, 재발 상태가 매치된 샘플에 단일 세포 RNA 시퀀싱과 targeted 시퀀싱 (MiSeq)을 적용하여 DNMT3A 돌연변이 세포를 찾고, 돌연변이 세포들의 흐름을 연속적으로 관찰하였다. 그런 다음, 단일 세포 수준에서 유전자 복제 수 변이 (copy number variation) 분석을 통해 어떤 세포 유형의 DNMT3A 돌연변이 세포가 재발을 유발할 수 있는지 확인하였다. 관해시의 DNMT3A의 대립유전자 빈도에 따라서 DNMT3A mutant cell의 질병 단계에 따른 변화가 다른 패턴을 보였고, 재발을 유발하는 클론이 포함된 세포 유형 또한 달랐다. 이 연구는 단일 세포 수준에서 전사체와 돌연변이를 함께 확인함으로써 DNMT3A가 AML의 재발에 어떻게 관여하는지에 대한 이해를 돕고, 이질적인 AML 연구에 단일 세포 기술의 필요성을 제안한다.|Acute myeloid leukemia (AML) is a heterogeneous disease caused by distinctive mutations found in each patient and, as a result, each patient may have different cell type compositions. Since AML has a high frequency of relapse even if complete remission is achieved through treatment, the cause of relapse needs to be elucidated. In this study, I applied single-cell RNA sequencing to the bone marrow-derived mononuclear cells of AML patients to compare cell type compositions of AML by disease stages (diagnosis (Dx), complete remission (CR), relapse (Rel)) and identified the heterogeneity of hematopoietic stem cells in AML. In addition, single-cell RNA sequencing and targeted sequencing (MiSeq) were applied to samples obtained at Dx, CR, and Rel in the same patient to find DNMT3A mutant cells and continuously observe their progression. Then, by analyzing a copy number variation at the single cell level, I identified the clones that may cause AML relapse. Depending on the variant allele frequency of DNMT3A at CR, changes in DNMT3A mutant cells according to disease stages showed different patterns, and cell types including clones causing relapse were also different. This study advances knowledge of how DNMT3A is involved in the relapse of AML by identifying transcriptome and mutations together at the single cell level and proposes the necessity of single cell technology for heterogeneous AML studies.