In Lentiviral Vector (LV) -based Hematopoietic Stem Progenitor Cell (HSPC) gene therapy (GT), transplantation of genetically modified HSPCs results in the full reconstitution of the patients' hematopoietic system and provides therapeutic benefit in a variety of genetic diseases.
However, it is still unclear how the underlying genetic disease, as well as other factors, may impact the reconstitution process, lineage specification and patients' safety.
Here we analyzed the clonal repertoire and dynamics of hematopoietic reconstitution by studying >4 million vector integration sites, a surrogate of clonal identity, from purified myeloid, lymphoid, erythroid cell lineages and HSPCs from 53 patients treated by lentiviral-based HSPC-GT for metachromatic leukodystrophy (MLD) - a neurodegenerative lysosomal storage disorder, Wiskott-Aldrich syndrome (WAS) - an immunodeficiency with thrombocytopenia and β-thalassemia (β-Thal) - a hemoglobinopathy.
All patients showed a polyclonal repertoire without sings of insertional mutagenesis and had an estimated number of active HSPCs over time ranging from 770 to 35,000 and remained stable long-term. A large fraction of clones estimated in the early phase were exhausted within 12 months and were replaced by a smaller, yet substantial, number of long-term IS stably sustaining steady-state hematopoiesis.
About 50% of hematopoietic clones had multilineage potential, in all disease conditions, while the remaining clones showed a preferential lineage output and long-term linage commitment which was specific to the disease condition: MLD patients showed a long-term commitment towards myeloid lineages, while in patients treated for WAS had a preferential output and commitment towards lymphoid lineages and β-Thal for erythroid lineages.
Our results showed for the first time that the long-term output as well as the lineage commitment of HSPCs is strongly modulated by the patients' genetic background to better compensate for the demands posed by the specific clinical condition.
Deconvoluzione delle dinamiche della ricostituzione ematopoietica in pazienti di terapia genica
Il trapianto autologo di cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (CSPE) geneticamente modificate con vettori lentivirali (VL) ha fornito benefici terapeutici in una varietà di malattie genetiche.
Tuttavia, non è ancora chiaro in che modo la malattia genetica, così come altri fattori, possa influire sul processo di ricostituzione ematopoietica, sulla specificazione del lignaggio e sulla sicurezza dei pazienti.
Qui abbiamo analizzato il repertorio clonale e la dinamica della ricostituzione ematopoietica studiando >4 milioni di siti di integrazione di VL, un surrogato dell'identità clonale, da cellule mieloidi, linfoidi, eritroidi purificate e CSPE isolate da 53 pazienti trattati per la terapia della leucodistrofia metacromatica (LDM) - un disturbo neurodegenerativo da accumulo lisosomiale, sindrome di Wiskott-Aldrich (SWA) - un'immunodeficienza con trombocitopenia e β-talassemia (β-Tal) - un'emoglobinopatia.
Tutti i pazienti hanno mostrato un repertorio policlonale senza segni di mutagenesi inserzionale e con un numero stimato di CSPE attive compreso tra 770 e 35.000. Una frazione di cloni stimati nella fase iniziale della ricostituzione ematopoietica è scomparsa entro i 12 mesi ed è stata sostituita da un numero minore di cloni capaci di sostenere stabilmente l'ematopoiesi a lungo termine.
Circa il 50% dei cloni ematopoietici ha mostrato la capacità' di differenziare nei diversi lignaggi ematopoietici indipendentemente dalla condizione patologica, mentre i restanti cloni hanno mostrato una preferenza a differenziare in uno specifico lignaggio a lungo termine e che era specifico per la condizione della malattia: i pazienti LDM hanno mostrato una tendenza a differenziare in modo costante verso i lignaggi mieloidi, mentre nei pazienti SWA hanno mostrato una preferenza a differenziare verso i lignaggi linfoidi e β-Tal per i lignaggi eritroidi.
I nostri risultati indicano per la prima volta che l'attività delle CSPE è fortemente modulata dalla malattia genetica dei pazienti per compensare al meglio le esigenze poste dalla specifica condizione clinica.