Myeloid malignancies, including acute myeloid leukaemia (AML), arise from the expansion of haematopoietic stem and progenitor cells that acquire somatic mutations. Bulk molecular profiling has suggested that mutations are acquired in a stepwise fashion: mutant genes with high variant allele frequencies appear early in leukaemogenesis, and mutations with lower variant allele frequencies are thought to be acquired later1-3. Although bulk sequencing can provide information about leukaemia biology and prognosis, it cannot distinguish which mutations occur in the same clone(s), accurately measure clonal complexity, or definitively elucidate the order of mutations. To delineate the clonal framework of myeloid malignancies, we performed single-cell mutational profiling on 146 samples from 123 patients. Here we show that AML is dominated by a small number of clones, which frequently harbour co-occurring mutations in epigenetic regulators. Conversely, mutations in signalling genes often occur more than once in distinct subclones, consistent with increasing clonal diversity. We mapped clonal trajectories for each sample and uncovered combinations of mutations that synergized to promote clonal expansion and dominance. Finally, we combined protein expression with mutational analysis to map somatic genotype and clonal architecture with immunophenotype. Our findings provide insights into the pathogenesis of myeloid transformation and how clonal complexity evolves with disease progression.

中文翻译：

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骨髓恶性肿瘤克隆进化的单细胞突变分析

髓系恶性肿瘤，包括急性髓系白血病 (AML)，是由获得体细胞突变的造血干细胞和祖细胞的扩增引起的。大量分子分析表明突变是以逐步方式获得的：具有高变异等位基因频率的突变基因出现在白血病发生的早期，而具有较低变异等位基因频率的突变被认为是后来获得的 1-3。尽管批量测序可以提供有关白血病生物学和预后的信息，但它无法区分哪些突变发生在同一克隆中，无法准确测量克隆复杂性，或明确阐明突变的顺序。为了描绘髓系恶性肿瘤的克隆框架，我们对来自 123 名患者的 146 个样本进行了单细胞突变分析。在这里，我们表明 AML 由少数克隆主导，这些克隆经常在表观遗传调节因子中同时发生突变。相反，信号基因的突变在不同的亚克隆中经常发生不止一次，这与克隆多样性的增加是一致的。我们绘制了每个样本的克隆轨迹，并发现了协同促进克隆扩展和优势的突变组合。最后，我们将蛋白质表达与突变分析相结合，以绘制体细胞基因型和具有免疫表型的克隆结构。我们的研究结果为了解骨髓转化的发病机制以及克隆复杂性如何随着疾病进展而演变提供了见解。信号基因的突变在不同的亚克隆中经常发生不止一次，这与克隆多样性的增加是一致的。我们绘制了每个样本的克隆轨迹，并发现了协同促进克隆扩展和优势的突变组合。最后，我们将蛋白质表达与突变分析相结合，以绘制体细胞基因型和具有免疫表型的克隆结构。我们的研究结果为了解骨髓转化的发病机制以及克隆复杂性如何随着疾病进展而演变提供了见解。信号基因的突变在不同的亚克隆中经常发生不止一次，这与克隆多样性的增加是一致的。我们绘制了每个样本的克隆轨迹，并发现了协同促进克隆扩展和优势的突变组合。最后，我们将蛋白质表达与突变分析相结合，以绘制体细胞基因型和具有免疫表型的克隆结构。我们的研究结果为了解骨髓转化的发病机制以及克隆复杂性如何随着疾病进展而演变提供了见解。我们将蛋白质表达与突变分析相结合，用免疫表型绘制体细胞基因型和克隆结构图。我们的研究结果为了解骨髓转化的发病机制以及克隆复杂性如何随着疾病进展而演变提供了见解。我们将蛋白质表达与突变分析相结合，用免疫表型绘制体细胞基因型和克隆结构图。我们的研究结果为了解骨髓转化的发病机制以及克隆复杂性如何随着疾病进展而演变提供了见解。