La Metformine Ralentit l'Expansion des Cellules Souches Sanguines Mutantes Associées au Risque de Cancer

L'hématopoïèse clonale est une affection liée à l'âge dans laquelle une seule cellule souche sanguine mutante se développe jusqu'à dominer la moelle osseuse, augmentant ainsi le risque de malignités hématologiques et de maladies cardiovasculaires ou inflammatoires. Les mutations de DNMT3A — en particulier à l'arginine 882 (R882) — en sont les moteurs les plus fréquents, présents chez 50 à 60 % des porteurs d'une hématopoïèse clonale. Les mutations R882 sont des variants faux-sens hétérozygotes qui réduisent l'activité méthyltransférase de DNMT3A et suppriment de façon dominante l'allèle sauvage, entraînant une hypométhylation CpG étendue. Malgré cette prévalence, aucune intervention pharmacologique n'avait été identifiée pour supprimer l'expansion du clone mutant.

L'équipe de recherche a utilisé un modèle murin knock-in Dnmt3a R878H/+ — l'équivalent murin de la mutation humaine DNMT3A R882H — pour caractériser les différences métaboliques entre les cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (HSPC) mutantes et de type sauvage. Par analyse du flux extracellulaire, ils ont démontré que les cellules LK (lineage-negative, KIT-positive) mutantes présentent des taux de consommation d'oxygène basaux et maximaux plus élevés, un niveau accru de ROS mitochondriaux et un potentiel de membrane mitochondrial augmenté par rapport à la masse — indiquant collectivement une phosphorylation oxydative (OXPHOS) suractivée. Ce phénotype métabolique a été validé par la réanalyse de jeux de données RNA-seq publiés issus d'échantillons primaires de LAM et de données RNA-seq unicellulaires provenant de cas humains d'hématopoïèse clonale, montrant tous deux une expression élevée des gènes OXPHOS spécifiquement dans les cellules porteuses de la mutation DNMT3A R882.

Pour vérifier si cette reprogrammation métabolique est nécessaire à l'avantage compétitif, l'équipe a réalisé des tests de compétition in vitro et utilisé l'inhibition par ARNsh des sous-unités du complexe I (Ndufv1) et du complexe IV (Cox15) de la chaîne de transport d'électrons, ce qui a réduit à la fois la consommation d'oxygène et l'avantage compétitif des cellules mutantes. La metformine à une concentration cliniquement pertinente (50 µM) a reproduit cet effet, et le sauvetage avec NDI1 — un analogue de levure du complexe I résistant à la metformine — a confirmé que l'inhibition ciblée du complexe I constitue le mécanisme d'action. Dans un modèle de transplantation compétitive de moelle osseuse, la metformine administrée dans l'eau de boisson (5 mg/mL) pendant sept mois a significativement réduit l'expansion des cellules donneuses Dnmt3a R878H/+ dans le sang périphérique, les CSH de la moelle osseuse et les compartiments de progéniteurs myéloïdes, avec des effets dans les lignées myéloïde et lymphoïde.

Pour disséquer le mécanisme au-delà de la suppression métabolique, l'équipe a réalisé un profilage multi-omique — incluant le RNA-seq unicellulaire, la métabolomique, le séquençage par bisulfite à représentation réduite (RRBS), le CUT&RUN pour H3K27me3 et l'ATAC-seq. Ils ont constaté que les HSPC Dnmt3a R878H/+ présentent un rapport SAM/SAH élevé (potentiel de méthylation accru) après traitement par la metformine, ce qui était associé à une inversion de l'hypométhylation CpG aberrante au niveau de régions différentiellement méthylées spécifiques et à une normalisation des profils de triméthylation de H3K27. Ces corrections épigénétiques étaient liées à une accessibilité réduite de la chromatine au niveau de loci associés à l'auto-renouvellement des HSPC, suggérant que la metformine recalibre le paysage épigénétique des cellules mutantes.

De façon déterminante, l'équipe a étendu ces résultats à la biologie humaine en utilisant l'édition prime pour introduire la mutation DNMT3A R882H dans des HSPC humaines CD34+. Ces cellules éditées présentaient également un avantage compétitif dans des tests de xénogreffe, significativement réduit par le traitement à la metformine, reproduisant étroitement les données murines. Pris dans leur ensemble, ces résultats établissent que les HSPC porteuses de la mutation DNMT3A R882 se distinguent métaboliquement et épigénétiquement de leurs homologues de type sauvage et sont sélectivement vulnérables à la metformine. Cette étude fournit une base préclinique convaincante pour des essais cliniques évaluant la metformine comme stratégie préventive contre l'hématopoïèse clonale induite par DNMT3A R882 et ses conséquences à long terme.