New insights into the dynamics of clonal hematopoiesis from targeted sequencing studies

Abstract

The presence of a clonal population of blood cells harboring somatic mutations in individuals without further clinical manifestations is termed “clonal hematopoiesis of indeterminate potential” (CHIP). It occurs frequently in the elderly, predisposes for the development of hematologic malignancies and cardiovascular diseases and is associated with inferior overall survival. Using a combination of flow-sorting and targeted deep sequencing, we studied CHIP in an extensive patient collective, including 365 patients with cardiovascular disease, 72 patients with solid tumors, 112 patients with anti-neutrophil cytoplasmatic antibody (ANCA)-associated vasculitis (AAV) and 500 elderly healthy stem cell donors. CHIP status was correlated with clinical outcomes such as overall survival, relapse risk, therapy-related complications and paraclinical parameters. We performed lineage distribution analyses and longitudinal quantification of clonal evolution in a subset of 63 patients, each. CHIP prevalence varied between 16.0 % in the stem cell donor cohort and 30.6 % in the cancer cohort. Lineage distribution analyses revealed a myeloid-biased differentiation pattern with only few exceptions. Longitudinal analyses revealed diverse patterns of clonal evolution under different stress scenarios such as cytotoxic treatment, allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), and immunosuppressive treatment. A subgroup of CHIP-positive patients with solid cancer receiving chemotherapy more frequently required erythrocyte transfusions and dose reductions due to hematotoxicity. Donor CHIP did not affect recipients’ overall survival after HSCT but had impact on the cumulative incidences of chronic graft versus host disease (cGVHD) and relapse/progression. In patients with AAV we detected a higher CHIP prevalence as compared to an age- and sex-matched control cohort. We found evidence for potential disease-modifying effects as shown for disease manifestation patterns, in vitro measurement of neutrophil activation and ANCA-antigen transcription regulation. In conclusion, we provide novel insights into CHIP and its implication in cancer therapy, HSCT and autoimmune diseases. Our results might spark future translational studies that will help to further decipher the clinical significance of CHIP in these contexts.

Klonale Hämatopoese unbestimmten Potentials (engl. clonal hematopoiesis of indeterminate potential, CHIP) bezeichnet das Vorhandensein einer klonalen Population von Blutzellen mit somatischen Mutationen in Individuen ohne hämatologische Erkrankung. Sie tritt mit zunehmendem Alter gehäuft auf, prädisponiert zur Entwicklung hämatologischer Neoplasien und kardiovaskulärer Erkrankungen und ist mit einem reduzierten Gesamtüberleben assoziiert. Mithilfe einer Kombination aus FACS-sorting und targeted deep sequencing wurde CHIP in einem umfangreichen Patientenkollektiv untersucht, darunter 365 Patienten mit kardiovaskulären Erkrankungen, 72 Patienten mit soliden Tumoren, 112 Patienten mit Anti-Neutrophile cytoplasmatische Antikörper (ANCA)-assoziierten Vaskulitiden (AAV) und 500 gesunde ältere Stammzellspender. Der CHIP Status wurde mit dem Gesamtüberleben, dem Rückfallrisiko, dem Auftreten von therapieassoziierten Komplikationen und paraklinischen Parametern korreliert. Linienrestriktionsanalysen und longitudinale Quantifizierung der klonalen Evolution wurden in je 63 Patienten durchgeführt. Die CHIP Prävalenz lag zwischen 16.0 % in der Stammzellspenderkohorte und 30.6 % in der Tumorkohorte. Linienrestriktionsanalysen ergaben mit wenigen Ausnahmen eine eindeutige Verlagerung der Differenzierung zugunsten der myeloischen Reihe. In der longitudinalen Analyse zeigten sich diverse klonale Evolutionsmuster unter Chemotherapie, allogener Stammzelltransplantation und immunsuppressiver Therapie. Eine Subgruppe der CHIP-positiven Patienten mit soliden Tumoren benötigte häufiger Dosisreduktionen und Transfusionen von Erythrozytenkonzentraten unter chemotherapeutischer Behandlung. CHIP in Stammzellspendern hatte keinen Einfluss auf das Gesamtüberleben der Empfänger, jedoch auf die kumulative Inzidenz von chronischen Graft versus Host Erkrankungen und Rückfall/Progress der primären malignen Erkrankung. In Patienten mit AAV zeigte sich eine signifikant höhere CHIP Prävalenz im Vergleich zu einer Kontrollkohorte von Gesunden. Weiterhin zeigten sich Hinweise für potenziell krankheitsmodifizierende Effekte von CHIP bezüglich der Organmanifestation, sowie bei der in vitro Neutrophilen-Aktivierung und der Transkriptionsregulation von ANCA-Antigenen. Zusammenfassend liefert diese Arbeit neue Einsichten in CHIP und ihre Implikationen in der Tumortherapie, allogenen Stammzelltransplantation und bei Autoimmunerkrankungen. Unsere Resultate bilden eine gute Grundlage für künftige translationale Studien zur weiteren Aufschlüsselung der klinischen Signifikanz von CHIP.