La metformina frena la expansión de células madre sanguíneas mutantes vinculadas al riesgo de cáncer

La hematopoyesis clonal es una afección relacionada con la edad en la que una única célula madre sanguínea mutante se expande hasta dominar la médula ósea, aumentando el riesgo de neoplasias malignas hematológicas y de enfermedad cardiovascular o inflamatoria. Las mutaciones en <i>DNMT3A</i>—en particular en la arginina 882 (R882)—son los impulsores más frecuentes, presentes en el 50–60% de los portadores de hematopoyesis clonal. Las mutaciones R882 son cambios de sentido erróneo heterocigotos que reducen la actividad metiltransferasa de DNMT3A y suprimen de forma dominante el alelo silvestre, provocando una hipometilación generalizada de CpG. A pesar de esta prevalencia, no se había identificado ninguna intervención farmacológica capaz de suprimir la expansión del clon mutante.

El equipo investigador utilizó un modelo murino knock-in <i>Dnmt3a R878H/+</i>—equivalente murino de la mutación humana DNMT3A R882H—para caracterizar las diferencias metabólicas entre las células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC, por sus siglas en inglés) mutantes y las de tipo silvestre. Mediante análisis de flujo extracelular, demostraron que las células LK (lineage-negative, KIT-positive) mutantes presentan tasas de consumo de oxígeno basal y máxima más elevadas, mayor ROS mitocondrial y un mayor potencial de membrana mitocondrial en relación con la masa—lo que en conjunto indica una fosforilación oxidativa (OXPHOS) aumentada. Este fenotipo metabólico fue validado mediante el reanálisis de conjuntos de datos de RNA-seq publicados a partir de muestras primarias de LMA y de datos de RNA-seq unicelular procedentes de hematopoyesis clonal humana, ambos con expresión elevada de genes OXPHOS específicamente en células con la mutación DNMT3A R882.

Para evaluar si esta reprogramación metabólica es necesaria para la ventaja competitiva, el equipo realizó ensayos de competición in vitro y empleó la supresión génica mediada por shRNA de las subunidades del complejo I de la cadena de transporte electrónico (ETC) (<i>Ndufv1</i>) y del complejo IV (<i>Cox15</i>), lo que redujo tanto el consumo de oxígeno como la ventaja competitiva de las células mutantes. La metformina a una concentración clínicamente relevante (50 µM) reprodujo este efecto, y el rescate con NDI1—un análogo de levadura del complejo I resistente a la metformina—confirmó que la inhibición del complejo I es el mecanismo de acción. En un modelo de trasplante competitivo de médula ósea, la metformina administrada en el agua de bebida (5 mg/mL) durante siete meses redujo significativamente la expansión de las células donantes <i>Dnmt3a R878H/+</i> en sangre periférica, en las HSC de médula ósea y en los compartimentos de progenitores mieloides, con efectos tanto en el linaje mieloide como en el linfoide.

Para diseccionar el mecanismo más allá de la supresión metabólica, el equipo realizó un perfil multiómico—que incluyó RNA-seq unicelular, metabolómica, secuenciación de bisulfito de representación reducida (RRBS), CUT&RUN para H3K27me3 y ATAC-seq. Encontraron que las HSPC <i>Dnmt3a R878H/+</i> presentan una mayor relación SAM/SAH (potencial de metilación aumentado) tras el tratamiento con metformina, lo que se asoció con la reversión de la hipometilación aberrante de CpG en regiones diferencialmente metiladas específicas y con la normalización de los perfiles de trimetilación de H3K27. Estas correcciones epigenéticas se vincularon con una reducción de la accesibilidad de la cromatina en loci asociados con la autorrenovación de las HSPC, lo que sugiere que la metformina recalibra el paisaje epigenético de las células mutantes.

De forma relevante, el equipo extendió los hallazgos a la biología humana utilizando edición génica prime editing para introducir la mutación DNMT3A R882H en células HSPC humanas CD34+. Estas células editadas también mostraron una ventaja competitiva en ensayos de xenoinjerto que fue significativamente reducida por el tratamiento con metformina, reproduciendo fielmente los datos en ratón. En conjunto, estos resultados establecen que las HSPC con la mutación DNMT3A R882 son metabólica y epigenéticamente distintas de sus equivalentes de tipo silvestre y son selectivamente vulnerables a la metformina. El estudio proporciona una sólida justificación preclínica para la realización de ensayos clínicos que evalúen la metformina como estrategia preventiva frente a la hematopoyesis clonal impulsada por DNMT3A R882 y sus consecuencias a largo plazo.