Il Metformin Rallenta l'Espansione delle Cellule Staminali del Sangue Mutate Associate al Rischio di Cancro

L'emopoiesi clonale è una condizione correlata all'età in cui una singola cellula staminale ematica mutante si espande fino a dominare il midollo osseo, aumentando il rischio di neoplasie ematologiche e malattie cardiovascolari o infiammatorie. Le mutazioni in DNMT3A—in particolare all'arginina 882 (R882)—sono i driver più frequenti, riscontrati nel 50–60% dei portatori di emopoiesi clonale. Le mutazioni R882 sono varianti missenso eterozigoti che riducono l'attività metiltransferasica di DNMT3A e sopprimono in modo dominante l'allele wild-type, causando un'ipometilazione diffusa dei CpG. Nonostante questa prevalenza, non era stata identificata alcuna terapia farmacologica in grado di sopprimere l'espansione del clone mutante.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato un modello murino knock-in Dnmt3a R878H/+—equivalente murino della mutazione umana DNMT3A R882H—per caratterizzare le differenze metaboliche tra le cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC) mutanti e wild-type. Attraverso l'analisi del flusso extracellulare, hanno dimostrato che le cellule LK (lineage-negative, KIT-positive) mutanti presentano tassi di consumo di ossigeno basale e massimale più elevati, maggiori livelli di ROS mitocondriali e un aumento del potenziale di membrana mitocondriale relativo alla massa—indicando complessivamente una fosforilazione ossidativa (OXPHOS) upregolata. Questo fenotipo metabolico è stato validato dalla rianalisi di dataset RNA-seq pubblicati da campioni primari di AML e da dati di RNA-seq a singola cellula provenienti da emopoiesi clonale umana, entrambi i quali mostravano un'elevata espressione dei geni OXPHOS specificamente nelle cellule con mutazione DNMT3A R882.

Per verificare se questa riprogrammazione metabolica sia necessaria per il vantaggio competitivo, il gruppo ha eseguito saggi di competizione in vitro e ha utilizzato il knockdown mediato da shRNA delle subunità del complesso I (Ndufv1) e del complesso IV (Cox15) della catena di trasporto degli elettroni (ETC), che ha ridotto sia il consumo di ossigeno sia il vantaggio competitivo delle cellule mutanti. La metformina a una concentrazione clinicamente rilevante (50 µM) ha fenocopiato questo effetto, e il recupero con NDI1—un analogo lievitistico del complesso I resistente alla metformina—ha confermato l'inibizione del complesso I come meccanismo specifico. In un modello competitivo di trapianto di midollo osseo, la metformina somministrata nell'acqua da bere (5 mg/mL) per sette mesi ha ridotto significativamente l'espansione delle cellule donatrici Dnmt3a R878H/+ nel sangue periferico, nelle HSC del midollo osseo e nei compartimenti dei progenitori mieloidi, con effetti sia nelle linee mieloide sia linfoide.

Per approfondire il meccanismo al di là della soppressione metabolica, il gruppo ha eseguito una profilazione multi-omics—includendo RNA-seq a singola cellula, metabolomica, sequenziamento bisolfito a rappresentazione ridotta (RRBS), CUT&RUN per H3K27me3 e ATAC-seq. Hanno rilevato che le HSPC Dnmt3a R878H/+ presentano un rapporto SAM/SAH elevato (potenziato potenziale di metilazione) dopo il trattamento con metformina, associato all'inversione dell'anomala ipometilazione dei CpG in specifiche regioni differenzialmente metilate e alla normalizzazione dei profili di trimetilazione di H3K27. Queste correzioni epigenetiche erano collegate a una ridotta accessibilità della cromatina nei loci associati all'auto-rinnovamento delle HSPC, suggerendo che la metformina ricalibri il panorama epigenetico delle cellule mutanti.

In modo determinante, il gruppo ha esteso i risultati alla biologia umana utilizzando il prime editing per introdurre la mutazione DNMT3A R882H in HSPC umane CD34+. Anche queste cellule modificate hanno mostrato un vantaggio competitivo nei saggi su xenotrapianto, significativamente ridotto dal trattamento con metformina, rispecchiando fedelmente i dati ottenuti nel modello murino. Nel complesso, questi risultati dimostrano che le HSPC con mutazione DNMT3A R882 sono metabolicamente ed epigeneticamente distinte dalle controparti wild-type e sono selettivamente vulnerabili alla metformina. Lo studio fornisce una solida base preclinica per trial clinici che valutino la metformina come strategia preventiva contro l'emopoiesi clonale guidata da DNMT3A R882 e le sue conseguenze a valle.