MULTIPLE MYELOMA PLASMA CELL PROFILING: INTEGRATED SINGLE-CELL RNA AND VDJ SEQUENCING APPROACHES UNCOVER NOVEL CLINICAL INSIGHTS

Il Mieloma Multiplo (MM) è una neoplasia ematologica caratterizzata dalla proliferazione di plasmacellule (PCs) nel midollo osseo (BM) che secernono anticorpi. È preceduto da stadi asintomatici definiti come Gammapatia Monoclonale di Significato Indeterminato (MGUS) o Mieloma Multiplo Smouldering (SMM). Il MM presenta architetture clonali complesse e interazioni cruciali con il microambiente tumorale (TME). In effetti, la progressione della malattia è guidata dall’interazione disfunzionale tra la popolazione di PCs e il TME. La popolazione di PCs comprende sia PCs clonali (cPCs) sia PCs policlonali (pPCs). Sebbene i ruoli delle cellule immunitarie e non immunitarie siano stati ampiamente studiati, la perturbazione delle pPCs e il loro ruolo nella disregolazione del TME non sono stati approfonditamente analizzati. Questa tesi presenta un’indagine innovativa sul panorama clonale e policlonale del MM, sfruttando la potenza del sequenziamento a singola cellula di RNA e VDJ (scRNAseq e scVDJseq) per esplorare in dettaglio i paesaggi genetici e trascrittomici del MM a livello di singola cellula, con particolare enfasi sulle pPCs, sulle interazioni con il TME e sull’evoluzione clonale. Il primo risultato principale di questo lavoro è la validazione del scVDJseq come strumento efficace per identificare riarrangiamenti VDJ specifici del MM, consentendo un tracciamento clonale dettagliato con maggiore precisione. I nostri risultati dimostrano che l’analisi a singola cellula può raggiungere una risoluzione superiore, rivelando riarrangiamenti VDJ chiave nelle cPCs rispetto al tradizionale sequenziamento di DNA bulk. In particolare, scVDJseq ha identificato clonotipi e nuove sottopopolazioni clonali, fornendo una visione completa della diversità clonale all’interno del BM di pazienti con MM. Questa tecnologia ha inoltre permesso l’identificazione precisa delle pPCs in diversi stadi della malattia, offrendo un nuovo quadro per comprendere l’evoluzione clonale dalla fase asintomatica precoce alla malattia sintomatica avanzata. Integrando i dati trascrittomici, abbiamo ottenuto informazioni cruciali sulle pPCs, che mostrano cambiamenti fenotipici distinti, in particolare nella loro interazione con il TME. Abbiamo identificato una perdita progressiva di marcatori immunitari chiave nelle pPCs durante gli stadi della malattia, suggerendo che queste cellule potrebbero essere sottovalutate nel contesto della sorveglianza immunitaria e della capacità del sistema immunitario di riconoscere e rispondere alle cellule maligne. Inoltre, i dati hanno mostrato che le pPCs dei pazienti con MM subiscono una significativa disregolazione trascrittomica, caratterizzata da un’aumentata espressione di vie legate all’autofagia e all’infiammazione rispetto alle PCs dei donatori sani (HDs). Questi risultati suggeriscono che le pPCs potrebbero essere attivamente rimodellate dal TME, contribuendo potenzialmente all’evasione immunitaria e alla progressione della malattia. La tesi esplora inoltre in dettaglio il fenomeno dell’immunoparesi, un segno distintivo delle discrasie plasmacellulari. Utilizzando i dati scRNAseq, abbiamo derivato una firma genetica unica nelle pPCs associata all’immunoparesi, caratterizzata dalla regolazione di vie infiammatorie e legate allo stress. Questi risultati indicano un legame meccanicistico tra la perturbazione della funzione delle pPCs e l’incapacità del sistema immunitario nel sorvegliare adeguatamente il tumore, evidenziando la complessa interazione tra pPCs, cPCs e TME. Inoltre, la nostra analisi ha rivelato una significativa riduzione delle pPCs nei pazienti con immunoparesi, correlata a una diminuzione della produzione di immunoglobuline e a un ambiente TME più pro-infiammatorio. Un risultato chiave è l’identificazione di una firma di “plasmacellula sana” (hPC). Questa nuova firma, derivata dalle PCs degli HDs, è progressivamente persa negli stadi della malattia, correlando con esiti clinici peggiori. I pazienti le cui cellule policlonali mantenevano questa firma hPC mostravano una sopravvivenza libera da progressione (PFS) e una sopravvivenza globale (OS) significativamente migliori, suggerendo che la preservazione delle pPCs funzionali potrebbe fungere da fattore protettivo contro la progressione della malattia. Basandosi su questi risultati, è stata condotta un’analisi dell’evoluzione clonale utilizzando bioinformaticamente “Dandelion” per il tracciamento VDJ. Questo strumento ha permesso una mappatura precisa della complessità e diversità clonale man mano che la malattia progrediva dagli stadi asintomatici a quelli sintomatici, suggerendo che l’espansione della diversità clonale potrebbe contribuire alla resistenza ai trattamenti. In conclusione, questa tesi avanza la nostra comprensione del MM sfruttando tecnologie innovative a singola cellula per dissezionare l’architettura clonale e il ruolo della controparte policlonale, spesso trascurata. La ricerca non solo fornisce un quadro più raffinato delle dinamiche clonali del MM, ma sottolinea anche il potenziale valore clinico del monitoraggio delle firme delle pPCs. Questi risultati aprono la strada a nuove direzioni di ricerca, tra cui lo sviluppo di terapie mirate volte a ripristinare la sorveglianza immunitaria e la normale funzione delle PCs, con l’obiettivo finale di migliorare gli esiti clinici nei pazienti con MM.

Grantor dc:publisher

Università degli Studi di Milano

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• MATERA, ANTONIO

Contributors dc:contributor

• tutor: N. Bolli; supervisori: M. C. Da Vià
• F. Lazzaroni; reviewer: Z. K. Tuong; coordinatore: C. Sforza
• A. Matera
• BOLLI, NICCOLO'
• SFORZA, CHIARELLA

• multiple myeloma
• oncology
• scRNAseq
• VDJ
• Settore MEDS-09/A - Oncologia medica
• Settore BIOS-08/A - Biologia molecolare

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/2434/1130756

OAI identifier oai:identifier

oai:air.unimi.it:2434/1130756