Beenmergtransplantatieprocedures bij muizen om clonal hematopoiese te bestuderen

Clonal hematopoiesis (CH) is een aandoening die vaak wordt waargenomen bij oudere personen en optreedt als gevolg van een uitgebreide hematopoëtische stam en voorlopercel (HSPC) kloon met een genetische^{mutatie 1}. Er is gesuggereerd dat tegen de leeftijd van 50, de meeste individuen gemiddeld vijf exonische mutaties in elke HSPC²zullen hebben verworven, maar de meeste van deze mutaties zullen resulteren in weinig of geen fenotypische gevolgen voor het individu. Als een van deze mutaties echter bij toeval een concurrentievoordeel oplevert voor de HSPC , bijvoorbeeld door de proliferatie, zelfvernieuwing, overleving of een combinatie hiervan te bevorderen, kan dit leiden tot de preferentiële uitbreiding van de mutante kloon ten opzichte van de andere HSPCs. Als gevolg hiervan zal de mutatie zich steeds meer verspreiden door het hematopoëtische systeem, omdat de gemuteerde HSPC aanleiding geeft tot volwassen bloedcellen, wat leidt tot een duidelijke populatie gemuteerde cellen in het perifere bloed. Hoewel mutaties in tientallen verschillende kandidaat-drivergenen zijn geassocieerd met klonale gebeurtenissen binnen het hematopoëtische systeem, zijn mutaties in DNA-methyltransferase 3 alpha (DNMT3A) en tien elf translocatie 2 (TET2) de meest voorkomende³. Verschillende epidemiologische studies hebben aangetoond dat personen die deze genetische mutaties dragen een significant hoger risico hebben op hart – en vaatziekten (CVD), beroerte en all-causale^{mortaliteit 3,4,5,6,7}. Hoewel deze studies hebben vastgesteld dat er een verband bestaat tussen CH en verhoogde incidentie van CVD en beroerte, weten we niet of deze relatie oorzakelijk is of een gedeeld epifenomenon met het verouderingsproces. Om een beter begrip van deze associatie te krijgen, zijn goede diermodellen nodig die de menselijke conditie van CH correct samenvatten.

Verschillende CH-diermodellen zijn door onze groep en anderen vastgesteld met zebravissen, muizen en niet-menselijke primaten^{8,9,10,11,12,13,14}. Deze modellen gebruiken vaak hematopoëtische reconstitutiemethoden door transplantatie van genetisch gemodificeerde cellen, soms met behulp van Cre-lox recombinatie of het CRISPR-systeem. Deze aanpak maakt het mogelijk om een specifieke genmutatie in hematopoëtische cellen te analyseren om te beoordelen hoe deze bijdraagt aan de ontwikkeling van ziekten. Bovendien gebruiken deze modellen vaak congene of reportercellen om de effecten van mutante cellen te onderscheiden van normale of wilde cellen. In veel gevallen is een preconditioneringsregime vereist om donor hematopoëtische stamcellen met succes te engraferen.

Momenteel kan de transplantatie van beenmerg naar ontvangende muizen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: 1) myeloablatieve conditionering en 2) niet-geconditioneerde transplantatie. Myeloablatieve conditionering kan worden bereikt door een van de twee methoden, namelijk totale lichaamsbestraling (TBI) of chemotherapie¹⁵. TBI wordt uitgevoerd door de ontvanger te onderwerpen aan een dodelijke dosis gamma- of röntgenstraling, dna-breuken of dwarsverbindingen te genereren binnen snel delende cellen, waardoor ze onherstelbaar worden¹⁶. Busulfan en cyclofosfamide zijn twee veelgebruikte chemotherapiegeneesmiddelen die de hematopoëtische niche verstoren en op dezelfde manier DNA-schade veroorzaken aan snel delende cellen. Het netto resultaat van myeloablatieve conditionering is apoptose van hematopoëtische cellen, die het hematopoëtische systeem van de ontvanger vernietigt. Deze strategie maakt niet alleen de succesvolle engraftment van de donor-HSPCs mogelijk, maar kan ook entafstoting voorkomen door het immuunsysteem van de ontvanger te onderdrukken. Myeloablatieve conditionering heeft echter ernstige bijwerkingen zoals schade aan weefsels en organen en hun ingezeten immuuncellen, evenals vernietiging van de inheemse beenmergniche¹⁷. Daarom zijn alternatieve methoden voorgesteld om deze ongewenste bijwerkingen te overwinnen, met name met betrekking tot schade aan de organen van belang. Deze methoden omvatten afgeschermde bestraling van ontvangende muizen en de adoptie-BMT aan niet-geconditioneerde muizen^9,17. Door de thorax, buikholte, het hoofd of andere gebieden te beschermen tegen bestraling door het plaatsen van loodbarrières, worden weefsels van belang beschermd tegen de schadelijke effecten van bestraling en blijft hun ingezeten immuuncelpopulatie behouden. Aan de andere kant heeft de adoptie BMT van HSPCs voor niet-geconditioneerde muizen een bijkomend voordeel omdat het de inheemse hematopoëtische niche behoudt. In dit manuscript beschrijven we de protocollen en resultaten van HSPC-engraftment na verschillende transplantatieregimes bij muizen, met name de levering van HSPC aan TBI-muizen, aan muizen die gedeeltelijk zijn afgeschermd van bestraling en aan niet-geconditioneerde muizen. Het algemene doel is om onderzoekers te helpen de verschillende fysiologische effecten van elke methode te begrijpen, evenals hoe ze experimentele resultaten beïnvloeden in de setting van CH en hart- en vaatziekten.