Desarrollo y caracterización de un modelo de ratón doble mutante en U2af1 y Tet2 para el estudio de los Síndromes Mielodisplásicos.

Abstract

[ES] Los síndromes mielodisplásicos (SMD) constituyen un grupo heterogéneo de enfermedades de naturaleza clonal caracterizadas por presentar una hematopoyesis ineficaz, citopenias y riesgo variable de evolución a leucemia mieloide aguda (LMA) secundaria. En la última década, las nuevas tecnologías de secuenciación masiva han revelado que más del 80 % de pacientes con SMD presenta mutaciones somáticas y que éstas pueden agruparse en diversas categorías en función de las rutas biológicas que se vean alteradas. Además, se ha visto que existen patrones de concurrencia y exclusión entre estas categorías de mutaciones. La adquisición secuencial y la concurrencia entre estas mutaciones desencadenan, en parte, el desarrollo de la enfermedad y genera la heterogeneidad clínica característica de los SMD.

Las mutaciones en factores de splicing aparecen a menudo simultáneamente con mutaciones en reguladores epigenéticos como es el caso de los genes U2 Small Nuclear RNA Auxiliary Factor 1 (U2AF1) y Ten-eleven translocation 2 (TET2) que se encuentran co-mutados en un 13 % de los casos. A pesar de su prevalencia, los efectos de la concurrencia en las mutaciones en U2AF1 y TET2 no han sido estudiados. Por ello, en esta tesis nos propusimos estudiar esta cooperación cruzando, en primer lugar, dos líneas mutantes de ratón generadas mediante el sistema de edición genética CRISPR/Cas9. El efecto de estas alteraciones sobre la hematopoyesis de las tres líneas mutantes, U2af1mut/+, Tet2-/- y U2af1mut/+ Tet2-/-, fue examinado mediante el hemograma, citometría de flujo (CF), análisis morfológicos, ensayos de Unidades Formadoras de Colonias (CFU) y estudios funcionales como el trasplante hematopoyético. Para finalizar, se realizó un análisis transcriptómico mediante secuenciación de ARN (ARN-seq) para detectar los posibles cambios en el patrón de splicing entre las líneas mutantes y los controles.

La línea mutante U2af1mut/+ no presentó ninguna alteración destacable de la hematopoyesis ni en ratones jóvenes (12-13 semanas) ni envejecidos (2 años). Sin embargo, sus células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC) fueron incapaces de injertar en la médula ósea de ratones trasplantados. En el caso de los ratones mutantes Tet2-/-, observamos un incremento de células mieloides, esplenomegalia, aumento del compartimento LSK (HSPC con inmunofenotipo Linaje- Sca-1+ c-kit+) y, en los experimentos de trasplante, una capacidad de reconstitución hematopoyética superior a la de los controles. Por último, la cooperación de ambas alteraciones en la línea doble mutante U2af1mut/+ Tet2-/-, no mostró un efecto sinérgico entre ellas. Así pues, se detectaron variaciones en los progenitores mieloeritroides y un aumento significativo de células mieloides y LSK. No obstante, igual que ocurría con la línea U2af1mut/+, las HSPC no producían prendimiento en los ratones trasplantados. A pesar de las alteraciones observadas, ninguna de las tres líneas mutantes desarrollaba SMD ni fallecía antes que los controles.

Respecto al análisis transcriptómico, el salto de exón fue el evento de splicing alternativo observado con mayor frecuencia en las líneas U2af1mut/+, Tet2-/- y U2af1mut/+ Tet2-/-. Únicamente un 6.6 % del total de genes que presentaba eventos de splicing alternativo fueron coincidentes en las tres líneas mutantes. A pesar de que en el análisis bioinformático se detectaron alteraciones en las rutas biológicas relacionadas con el ciclo celular, en los ratones U2af1mut/+, y el daño al ADN, en las líneas U2af1mut/+ y U2af1mut/+ Tet2-/-, en la validación mediante CF no se encontraron variaciones respecto a los controles.

Para concluir, nuestros datos sugieren que, a pesar de producirse alteraciones en la hematopoyesis, la cooperación entre la mutación en U2af1 y la pérdida de Tet2 es insuficiente para iniciar SMD en ratón.

[CA] Les síndromes mielodisplàstiques (SMD) constituïxen un grup heterogeni de malalties de naturalesa clonal caracteritzades per presentar una hematopoesi ineficaç, citopènies i risc variable d'evolució a leucèmia mieloide aguda (LMA) secundària. En l'última dècada, les noves tecnologies de seqüenciació massiva han revelat que més del 80 % de pacients amb SMD presenta mutacions somàtiques i que aquestes poden agrupar-se en diverses categories en funció de les rutes biològiques que es vegen alterades. A més, s'ha vist que hi ha patrons de concurrència i exclusió entre aquestes categories de mutacions. L'adquisició seqüencial i la concurrència entre aquestes mutacions desencadenen, en part, el desenvolupament de la malaltia i genera l'heterogeneïtat clínica característica de les SMD.

Les mutacions en factors de splicing apareixen sovint simultàniament amb mutacions en reguladors epigenètics com és el cas dels gens U2 Small Nuclear RNA Auxiliary Factor 1 (U2AF1) i Ten-eleven translocation 2 (TET2) que es troben co-mutats en un 13 % dels casos. A pesar de la seua prevalença, els efectes de la concurrència en les mutacions en U2AF1 i TET2 no han sigut estudiats. Per això, en aquesta tesi ens vam proposar estudiar aquesta cooperació creuant, en primer lloc, dos línies mutants de ratolí generades per mitjà del sistema d'edició genètica CRISPR/Cas9. L'efecte d'aquestes alteracions sobre l'hematopoesi de les tres línies mutants, U2af1mut/+, Tet2-/- i U2af1mut/+ Tet2-/-, va ser examinat per mitjà de l'hemograma, citometría de flux (CF), anàlisis morfològiques, assajos d'Unitats Formadores de Colònies (CFU) i estudis funcionals com el trasplantament hematopoètic. Per últim, es va realitzar l'anàlisi transcriptòmic per mitjà de seqüenciació d'ARN (ARN-seq) per a detectar els possibles canvis en el patró de splicing entre les línies mutants i els controls.

La línia mutant U2af1mut/+ no va presentar cap alteració destacable de l'hematopoesi ni en ratolins jóvens (12-13 setmanes) ni envellits (2 anys). No obstant això, les seues cèl·lules mare i progenitores hematopoetiques (HSPC) van ser incapaços d'empeltar en la medul·la òssia de ratolins trasplantats. En el cas dels ratolins mutants Tet2-/-, observarem un increment de cèl·lules mieloides, esplenomegàlia, augment del compartiment LSK (cèl·lules mare amb inmunofenotip Llinatge- Sca-1+ c-kit+) i, en els experiments de trasplantament, una capacitat de reconstitució hematopoética superior a la dels controls. Finalment, la cooperació d'ambdues alteracions en la línia doble mutant U2af1mut/+ Tet2-/-, no va mostrar un efecte sinèrgic entre elles. Així, doncs, es van detectar variacions en els progenitors mieloeritroids i un augment significatiu de cèl·lules mieloides i LSK. No obstant això, igual que ocorria amb la línia U2af1mut/+, les HSPC no produïen empelt en els ratolins trasplantats. A pesar de les alteracions observades, cap de les tres línies mutants desenvolupava SMD ni moria abans que els controls.

Respecte a l'anàlisi transcriptòmic, el salt d'exó va ser l'esdeveniment de splicing alternatiu observat amb major freqüència en les línies U2af1mut/+, Tet2-/- i U2af1mut/+ Tet2-/-. Únicament un 6.6 % del total de gens que presentava esdeveniments de splicing alternatiu van ser coincidents en les tres línies mutants. Encara que en l'anàlisi bioinformàtica es van detectar alteracions en les rutes biològiques relacionades amb el cicle cel·lular, en els ratolins U2af1mut/+, i el dany a l'ADN, en les línies U2af1mut/+ i U2af1mut/+ Tet2-/-, en la validació per mitjà de CF no es van trobar variacions respecte als controls.

Per a concloure, les nostres dades suggerixen que, a pesar de produir-se alteracions en l'hematopoesi, la cooperació entre la mutació en U2af1 i la pèrdua de Tet2 és insuficient per a iniciar SMD en ratolí.

[EN] Myelodysplastic syndromes (MDS) comprise a heterogeneous group of clonal malignancies characterized by ineffective hematopoiesis, cytopenia and a variable risk of progression to secondary acute myeloid leukemia (AML). In the last decade, next-generation sequencing technologies have deciphered that more than 80 % of MDS patients have somatic mutations and that those can be grouped into several categories depending on which biological routes have been altered. Furthermore, it has been observed that there are concurrency and exclusion patterns among these mutation categories. The sequential acquisition and the concurrency between these driver mutations trigger, in part, the development of the disease and generate the clinical heterogeneity characteristic of MDS.

The splicing factor mutations often occur simultaneously with mutations in epigenetic regulators such as the U2 Small Nuclear RNA Auxiliary Factor 1 (U2AF1) and Ten-eleven translocation 2 (TET2) genes, which are found co-mutated in 13 % of cases. Despite their prevalence, the effects of concurrence in mutations in U2AF1 and TET2 have not been studied. Consequently, in this thesis we aim to study this cooperation. Firstly, we crossed two mutant mouse lines that were previously generated using the CRISPR/Cas9 gene editing system. The effects of these alterations on hematopoiesis in the three mutant lines, U2af1mut/+, Tet2-/- y U2af1mut/+ Tet2-/-, was examinated by the blood counts, flow cytometry (FC), morphological analysis, Colony Forming Units assays (CFU) and functional studies such as the hematopoietic transplantation. Finally, transcriptomic analysis was peformed by RNA sequencing (RNA-seq) to detect possible splicing pattern changes between mutant lines and control samples.

U2af1mut/+ mutant line did not present any remarkable alteration of hematopoiesis in either in young (12-13 weeks) or aged (2 years) mice. However, their hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) were unable to engraft into the bone marrow of transplanted mice. In the case of Tet2-/- mutant mice, we observed an increase of myeloid cells, splenomegaly, an increased LSK compartment (HSPC: Lineage- Sca-1+ c-kit+) and an enhanced ability, relative to wild-type, to reconstitute hematopoiesis in transplantation assays. Finally, the cooperation of both alterations in U2af1mut/+ Tet2-/- double mutant line did not show a synergistic effect between them. Nonetheless, the myeloerythroid progenitors were altered and also myeloid and LSK cells were increased. However, as in the U2af1mut/+ line, HSPC did not produce any engraftment in transplanted mice. Despite the observed alterations, none of the three mutant lines developed MDS or die earlier than control mice.

Regarding the transcriptomic analysis, exon skipping was the most frequently observed alternative splicing event in the U2af1mut/+, Tet2-/- y U2af1mut/+ Tet2-/- lines. Only 6.6 % of the total number of genes showing alternative splicing events were coincident in the three mutant lines. Although the bioinformatic analysis revealed alterations in biological pathways related to the cell cycle in the U2af1mut/+ mice and DNA damage in the U2af1mut/+ and U2af1mut/+ Tet2-/- lines, the validation by CF found no variations with respect to the controls.

In conclusion, our data suggest that, despite alterations in hematopoiesis, the cooperation between U2af1 mutation and Tet2 loss is insufficient to initiate MDS in mice.