Sequenciamento de DNA em Escala Populacional Mapeia Como Mutações Somáticas Impulsionam o Envelhecimento e o Risco de Câncer

Mutações somáticas se acumulam nos tecidos normais ao longo da vida, e clones portadores de mutações drivers colonizam gradualmente os tecidos à medida que envelhecemos. Embora esse processo seja central para o início do câncer e possa contribuir para doenças relacionadas ao envelhecimento, estudá-lo tem sido difícil porque a maioria dos clones é microscópica e os métodos anteriores eram de baixo rendimento ou limitados a poucos tipos de tecido.

Este estudo apresenta uma versão substancialmente aprimorada do NanoSeq, uma tecnologia de sequenciamento duplex que lê ambas as fitas de cada molécula de DNA original para eliminar erros de sequenciamento. Duas novas abordagens de fragmentação — sonicação com blunting por exonuclease e fragmentação enzimática otimizada — permitem que o NanoSeq funcione com painéis de exoma completo e captura direcionada, mantendo taxas de erro abaixo de 5 × 10⁻⁹ erros por par de bases. Isso é aproximadamente 20 vezes menor do que os métodos duplex padrão e duas ordens de magnitude abaixo da carga real de mutações de células adultas, possibilitando a detecção de mutações em moléculas individuais. O protocolo também demonstrou robustez em DNA danificado fixado em formalina, onde o sequenciamento duplex padrão falhou.

O NanoSeq direcionado foi aplicado a 1.042 swabs não invasivos de epitélio oral e 371 amostras de sangue de uma coorte de gêmeos do Reino Unido. No epitélio oral, os pesquisadores identificaram 46 genes sob seleção positiva — mais do que o dobro do que havia sido relatado anteriormente para esse tecido — e detectaram mais de 62.000 mutações drivers individuais. Também encontraram evidências estatisticamente significativas de seleção negativa em genes essenciais, um fenômeno raramente observado em estudos de tecido somático. Mapas de seleção de alta resolução abrangendo regiões codificantes e não codificantes foram gerados para múltiplos genes, realizando efetivamente uma mutagênese de saturação in vivo em escala populacional.

Modelos de regressão multivariada foram utilizados para separar como fatores de risco conhecidos para o câncer — idade, uso de tabaco e consumo de álcool — alteram independentemente as taxas de aquisição de mutações e a vantagem seletiva dos clones drivers. A idade foi o principal determinante da carga de mutações no sangue, com acúmulo linear confirmado entre os doadores. A exposição ao tabaco e ao álcool foi associada tanto ao aumento da mutagênese quanto à alteração da seleção clonal no epitélio oral, fornecendo insights mecanísticos sobre seus papéis como carcinógenos.

O desenho de coorte de gêmeos também permitirá trabalhos futuros para dissecar as contribuições hereditárias versus ambientais para os padrões de mutações somáticas. Em conjunto, esses achados estabelecem o NanoSeq direcionado como uma ferramenta escalável e de grau epidemiológico para o estudo da evolução somática, estratégias de prevenção precoce do câncer e a contribuição de mutações clonais para a biologia do envelhecimento.