Le séquençage de l'ADN à l'échelle de la population cartographie la façon dont les mutations somatiques influencent le vieillissement et le risque de cancer

Somatic mutations accumulate in normal tissues throughout life, and clones carrying driver mutations gradually colonize tissues as we age. While this process is central to cancer initiation and may contribute to aging-related diseases, studying it has been difficult because most clones are microscopic and prior methods were low-throughput or limited to a few tissue types.

Les mutations somatiques s'accumulent dans les tissus normaux tout au long de la vie, et les clones porteurs de mutations driver colonisent progressivement les tissus à mesure que nous vieillissons. Bien que ce processus soit central dans l'initiation du cancer et puisse contribuer aux maladies liées au vieillissement, son étude a été difficile car la plupart des clones sont microscopiques et les méthodes antérieures étaient à faible débit ou limitées à quelques types de tissus.

Cette étude présente une version substantiellement améliorée de NanoSeq, une technologie de séquençage duplex qui lit les deux brins de chaque molécule d'ADN originale afin d'éliminer les erreurs de séquençage. Deux nouvelles approches de fragmentation — la sonication avec émouссage par exonucléase, et la fragmentation enzymatique optimisée — permettent à NanoSeq de fonctionner avec des panels d'exome entier et de capture ciblée, tout en maintenant des taux d'erreur inférieurs à 5 × 10⁻⁹ erreurs par paire de bases. C'est environ 20 fois moins que les méthodes duplex standard et deux ordres de grandeur en dessous de la charge mutationelle réelle des cellules adultes, ce qui permet la détection de mutations à l'échelle de la molécule unique. Le protocole a également démontré sa robustesse sur de l'ADN endommagé fixé au formol, là où le séquençage duplex standard échouait.

Le NanoSeq ciblé a été appliqué à 1 042 prélèvements non invasifs d'épithélium buccal par écouvillonnage et à 371 échantillons sanguins issus d'une cohorte de jumeaux britannique. Dans l'épithélium buccal, les chercheurs ont identifié 46 gènes soumis à une sélection positive, soit plus du double de ce qui avait été rapporté précédemment pour ce tissu, et ont détecté plus de 62 000 mutations driver individuelles. Ils ont également mis en évidence des preuves statistiquement significatives de sélection négative dans des gènes essentiels — un phénomène rarement observé dans les études sur les tissus somatiques. Des cartes de sélection à haute résolution couvrant les régions codantes et non codantes ont été générées pour plusieurs gènes, réalisant en pratique une mutagenèse par saturation in vivo à l'échelle d'une population.

Des modèles de régression multivariés ont été utilisés pour démêler la manière dont les facteurs de risque de cancer connus — l'âge, la consommation de tabac et d'alcool — modifient indépendamment les taux d'acquisition des mutations et l'avantage sélectif des clones driver. L'âge était le principal déterminant de la charge mutationelle dans le sang, avec une accumulation linéaire confirmée chez l'ensemble des donneurs. L'exposition au tabac et à l'alcool était associée à la fois à une mutagenèse accrue et à une sélection clonale modifiée dans l'épithélium buccal, apportant un éclairage mécanistique sur leur rôle en tant que carcinogènes.

La conception de la cohorte de jumeaux permettra également à de futurs travaux de distinguer les contributions héritables des contributions environnementales aux paysages de mutations somatiques. Ensemble, ces résultats établissent le NanoSeq ciblé comme un outil évolutif de niveau épidémiologique pour l'étude de l'évolution somatique, les stratégies de prévention précoce du cancer, et la contribution des mutations clonales à la biologie du vieillissement.