VEXAS-auslösende UBA1-Mutationen: Kanonische und nicht-kanonische Varianten im Vergleich
Dr. rer. nat. Moyo GrebbinDie schwere inflammatorische und hämatologische Erkrankung VEXAS wird von Mutationen in UBA1 hervorgerufen. Neben der häufigsten kanonischen Form M41 gibt es jedoch weitere. In einer Screeningstudie des Münchner Leukämielabors fielen jetzt rund ein Drittel der entdeckten Varianten in die Kategorie nicht-kanonisch [1]. Funktionell resultierten zwar sämtliche untersuchte UBA1-Mutationen in einem Rückgang der globalen Polyubiquitinierung – jedoch war bei den kanonischen nur die rein zytoplasmatische Isoform UBA1b betroffen, bei nicht-kanonischen sowohl die Proteinfunktion im Zellkern als auch im Zytoplasma beeinträchtigt. Klinisch traten die M41-Mutationen meist als Myelodysplastische Syndrome (MDS) in Erscheinung, in der Regel ohne Co-Mutationen neben UBA1. Patient:innen mit nicht-kanonischen Varianten trugen häufiger Co-Mutationen, und das Erkrankungsspektrum umfasste mehr maligne Diagnosen.
Daten von mehr als 29.000 Patient:innen mit VEXAS-Syndrom berücksichtigt
Das 2020 beschriebene Syndrom VEXAS (Vakuolen, E1 Enzym, X-chromosomal, Autoinflammatorisch, Somatisch) beruht auf somatischen Mutationen in dem Gen UBA1. Aufgrund dessen X-chromosomaler Lage betrifft die schwere entzündliche und hämatologische Krankheit hauptsächlich Männer. Das Risiko der Transformation zur akuten myeloischen Leukämie (AML) wird bei VEXAS als niedrig eingestuft, die klinische Herausforderung besteht stattdessen in einer behandlungsresistenten schweren Inflammation und progressiven klonalen Zytopenien.
Das UBA1-Protein ist als E1-Enzym an der Ubiquitinierung von Proteinen beteiligt, es katalysiert den ersten Schritt der Kaskade. Als kanonische Mutationen gelten Alterationen an Position des Basentripletts p.Met41 (kurz M41), dem Startcodon der zytoplasmatischen Isoform UBA1b. Die Folge ist der Verlust zytoplasmatischer Aktivität. Bekannte nicht-kanonische UBA1-Mutationen an anderen Positionen (nicht-M41) hingegen führen zu einem mehr oder weniger starken Aktivitätsrückgang sowohl von zytoplasmatischen als auch nuklearen Isoformen des Proteins. Dass die kanonischen und nicht-kanonischen Mutationen sich klinisch etwas unterschiedlich auswirken können, wurde bereits beobachtet. Bisherigen Studien fehlte es jedoch aufgrund geringer Fallzahlen bzw. mangelnder genetischer Analysen an Aussagekraft, erklären Forschende um Dr. Maki Sakuma in ihrer aktuellen Publikation.
Das Team legte jetzt die bislang größte und umfassendste Arbeit zum Thema vor. Eingeschlossen waren mehr als 29.000 Patient:innen mit einer breiten Spanne an hämatologischen Erkrankungen, die zwischen 2022 und 2024 am Münchner Leukämielabor im Rahmen der diagnostischen Abklärung eine Sequenzierung mit dem „myeloiden Panel“ erhielten. Bei 232 von ihnen – 97% davon Männer – wurden insgesamt rund 80 verschiedene, potenziell krankheitsauslösende UBA1-Varianten gefunden.
Die Mutationsklassen und ihre biologischen Konsequenzen
Die Studie umfasste 151 Personen mit kanonischen und 81 Erkrankte mit nicht-kanonischen UBA1-Mutationen, bei 14 wurden mehrere Varianten gleichzeitig detektiert. Am häufigsten waren die vier bekannten Arten der kanonischen M41-Mutation anzutreffen, allen voran M41T gefolgt von M41L, M41V sowie M41ss (Mutationen in benachbarten Spleißstellen).
Von den als wahrscheinlich pathogen eingestuften Nicht-M41-Mutationen traten 18 in der Kohorte wiederkehrend auf, 14 davon waren bislang unbekannt. Diese 14 neu entdeckten, wiederkehrenden nicht-kanonischen-Loci, sowie vier der 46 seltenen, charakterisierten die Forschenden experimentell. Als Messgrößen der UBA1-Funktionalität diente zum einen die Erhebung der globalen Polyubiquitinierung, hinzu kamen Zellkompartiment-spezifische Assays. Für den Nukleus die Monoubiquitinierung der Histone H2A/B und für das Zytoplasma die Beladung von E2-Enzymen. Das Ergebnis: Sämtliche 18 getesteten UBA1-Varianten resultierten in einem signifikanten Rückgang der globalen Polyubiquitinierung. In Nukleus versus Zytoplasma war eine breite Spanne an mehr oder weniger eingeschränkter Funktionalität zu beobachten, mit hoher Variabilität zwischen den einzelnen Mutationen. Die kanonischen M41-Varianten, die als Positivkontrollen in den Versuchen eingesetzt wurden, resultierten interessanterweise in einem Anstieg der nuklearen H2A/B- Monoubiquitinierung, kommentierte das Autorenteam. Wohingegen bei sämtlichen nicht-kanonischen Veränderungen diese Ubiquitinierung im Zellkern (in unterschiedlichem Maße) zurückging. Aufgrund der defekten zytoplasmatischen Aktivität wiesen auch die M41-Mutationen allerdings bei der globalen Polyubiquitinierung insgesamt eine Reduktion auf.
Klinisches Bild: 10x mehr Krebs bei nicht-kanonischen Formen
Da die Kohorte aufgrund genetischer Kriterien ausgewählt wurde, lag nicht in jedem Fall eine gesicherte hämatologische Diagnose vor. Aus den vorhandenen Daten ergab sich, dass 13% der Betroffenen mit kanonischer und 25% mit nicht-kanonischer UBA1-Mutation eine MDS-Diagnose erhielten. Als dominanter Subtyp herrschte bei M41-Mutationen das MDS-LB vor („low blasts“, 50%), gefolgt von MDS-IB1 (hoher Blastenanteil, Typ1, 25%), MDS-RS (mit Ringsideroblasten, 17%) und MDS-SF3B1 (8%). Unter denjenigen mit nicht-kanonischer UBA1-Mutation waren es am häufigsten MDS-IB1 (38%), gefolgt von MDS-RS (31%), MDS-LB (23%) und unspezifizierte MDS (8%).
Der Anteil maligner Diagnosen war (zum Zeitpunkt der Erstdiagnose) mit Nicht-M41-Mutation gegenüber der kanonischen Form 10-fach erhöht (20% vs. 2%; p <0,05). Zu den bösartigen Erkrankungen zählten dabei neben der AML reife B-Zell-Neoplasien und myeloproliferative Neoplasien (MDS/MPN). Die 2% Krebserkrankungen bei kanonischer UBA1-Mutation waren Multiple Myelome (MM).
Auch dem Progress-Risiko gingen die Forschenden nach. Da sie bei der Datensammlung auf Rückmeldungen von den behandelnden Ärzt:innen angewiesen waren, seien die Auswertungen mit Vorsicht zu interpretieren, stellen die Autor:innen klar. In der Gruppe der M41-Mutationen schritt ein MDS bei einer betroffenen zur akuten myeloischen Leukämie (AML) fort; jeweils eine Person mit MPN und lymphoplasmozytischem Lymphom hatte zudem bei einer Follow-Up-Untersuchung einen positiven M41-Status. Die Progressionen unter denjenigen mit nicht-kanonischer UBA1-Mutation umfassten 4 Krankheitsprogresse zur AML und 2 zur chronischen myelomonozytären Leukämie (CMML).
Vergleiche zur klinischen Ausprägung der Entzündungsmanifestationen seien in dieser Arbeit kaum möglich, räumte das Autorenteam ein. Bedingt durch den hämatologischen Hintergrund der in das Münchner Leukämielabor verschickten Proben mangele es häufig an standardisierter und detaillierter Dokumentation zu Entzündungen. In einer Durchsicht der vorhandenen Krankenakten für die Gruppe der Nicht-M41-Patient:innen wurden allerdings neun Fälle potenziell inflammatorischer Manifestationen gefunden, was einem Anteil von 11% entspricht. Darunter Hautsymptome, ein Verdacht auf paraneoplastische Pneumonitis, eine nicht spezifizierte rheumatische Erkrankung, eine rheumatoide Arthritis mit gleichzeitiger Polymyalgia rheumatica sowie nicht weiter spezifizierte VEXAS-ähnliche Symptome. Auch die nicht-kanonischen genetischen Veränderungen könnten also prinzipiell VEXAS-typische klinische Charakteristika hervorrufen, resümieren Sakuma und Kolleg:innen.
Mutationsprofile: UBA1-Varianten als „Einzelgänger“
Ein weiterer Unterschied zwischen kanonischen und nicht-kanonischen UBA1-Mutationen zeigte sich bei der Analyse der Mutationsprofile. Denn während die Varianten des M41-Locus meistens die dominanten und oft die einzigen Mutationen waren, traten die nicht-kanonischen eher gemeinsam mit weiteren Co-Mutationen auf, und auch in variablerer Frequenz (VAF, Varianten-Allelfrequenz). Lag die kanonische UBA1-Mutation dabei als einzige genetische Veränderung vor, dann in höherer VAF als in Kombination mit weiteren Mutationspartnern (31,9% VAF vs. 24,5% VAF; p < 0,05). Ein genauerer Blick auf diese Partner ergab, dass M41-Mutationen – sofern sie nicht isoliert auftraten – am häufigsten mit DNMT3A-Mutationen einhergingen (38%; n=12). In 75% der Fälle waren UBA1 und DNMT3A dann co-dominant, mit je mindestens 15% VAF. Im Gegensatz dazu kamen Nicht-M41-Mutationen eher gemeinsam mit MDS-typischen Mutationen als co-dominanten Partnern vor (ASXL1, BCOR, EZH2, STAG2, SF3B1, SRSF2, ZRSR2, U2AF1).
Um die genetischen Profile der UBA1-Varianten in den Kontext ähnlicher hämatologischer Treiber einzuordnen, verglich das Forschungsteam sie mit gängigen Varianten, die im Zusammenhang mit der klonalen Hämatopoese von unbestimmtem Potenzial (CHIP) und dem MDS stehen. Die Gegenüberstellung ergab, dass M41-Mutationen einen einzigartig hohen Anteil an großen Klonen (≥ 30% VAF) ohne Co-Mutationen aufweisen. Und auch wenn dies für die nicht-M41-Mutationen weniger ausgeprägt war, so trug doch auch ein – in Relation zu anderen Erkrankungen – großer Anteil der Erkrankten mit nicht-kanonischen UBA1-Mutationen diese als einzige Variante mit einer hohen Frequenz. Zum biologischen Hintergrund dieses Phänomens sei bekannt, dass die M41-Mutationen ihre klonale Fitness dadurch erreichen, dass sie in der Lage sind, die toxisch entzündliche Mikroumgebung zu tolerieren, erklären die Autor:innen. Mehrere Quellen legten die Vermutung nahe, dass das Vorhandensein einer UBA1-Mutation jedoch nicht die Proliferationsaktivität steigert. Diese Eigenschaft entspreche soweit dem typischen Bild einer MDS-Variante. „Im Gegensatz zu den üblichen CHIP/MDS-Mutationen erringen die M41-Mutationen jedoch keinen klonalen Vorteil, indem sie Co-Mutationen akkumulieren, was vermutlich das charakteristische Niedrigrisiko-Profil zur Folge hat“, so die Forschenden um Sakuma. Diese Eigenschaft untermauere die Einstufung von VEXAS als eigene, molekular abgegrenzte klinische Entität.
Doch inwiefern fügen sich die Nicht-M41-Mutationen in dieses Bild ein? Bislang sei das weitgehend unklar geblieben, so die Autor:innen. „Unsere Studie belegt jetzt, dass die Häufigkeit großer Klone ohne Co-Mutationen zwar hinter den M41-Patient:innen zurückbleibt – dass sie aber höher liegt als bei denjenigen mit anderen gängigen Varianten“, konstatiert das Team. Eine Ausnahme bildeten da nur SF3B1 and TP53.
Unterschiede im hämatologischen Phänotyp
Im Gegensatz zu einem bekannten myeloiden Bias der M41-Varianten wurde für die häufige Nicht-M41-Mutation S56F schon früher in Fallberichten und einer Fallserie (n=6) eine erhöhte Erythropoese beschrieben, ordnen die Autor:innen ein. Zudem gebe es Berichte darüber, dass Nicht-M41-Varianten, die die aktive Adenylierungsdomäne betreffen, sich als erythroide Hyperplasie mit Zeichen der Hämolyse manifestierten. Auch in einer eigenen Vorarbeit waren 3 von 16 Patient:innen mit nicht-kanonischen UBA1-Varianten von einer Hämolyse betroffen. In der vorliegenden, größeren Kohorte bestätigte sich dieses Bild: Verglichen mit einer Gruppe an symptomatischen Patient:innen ohne gefundene genetische Aberrationen wiesen diejenigen mit Nicht-M41-UBA1-Mutationen zum Diagnosezeitpunkt einen hohen Anteil erythroider Zellen auf – besonders in Abwesenheit von Co-Mutationen. „Ähnlich wie bei der SF3B1 K700-Variante waren die M/E-Anteile typischerweise erniedrigt, allerdings bei gleichzeitig verringerter Plättchenzahl“, erklären die Forschenden um Sakuma. Unter 81 Fällen befanden sich 5 mit hämolytischer Anämie sowie 9 zusätzliche mit nur einer Hyperbilirubinämie. Unter den 5 Personen mit Hämolyse befanden sich 3 mit keiner weiteren Co-Mutation und ohne Anzeichen einer Entzündung.
Diesen Unterschieden sollte weiter nachgegangen werden, meint das Autorenteam, denn sie könnten bedeuten, dass die Zytopenien der kanonischen und nicht-kanonischen Varianten unterschiedliche Behandlungen erfordern. MDS-Erkrankte mit isolierter UBA1-Mutation etwa würden als Niedrigrisiko-MDS eingestuft, sodass zur Therapie der Anämie Erythropoese-stimulierende Mittel und der Erythrozyten-Reife-Aktivator Luspatercept eingesetzt werden können. Beides sei in Anwesenheit der entsprechenden Vorläuferzellen effektiver, sodass die Erfolgsaussichten für Nicht-M41-Varianten besser sein könnten, vermuten Sakuma und Kolleg:innen. Für Luspatercept gebe es auch bereits erste Hinweise auf ein höheres Ansprechen mit nicht-kanonischer Mutation.
Fazit
Insgesamt untermauern die Ergebnisse das Niedrigrisiko-Profil der kanonischen UBA1-Mutationen, so die Verfasser:innen. Gleichzeitig werde eine funktionelle Relevanz der nicht-kanonischen Varianten bestätigt, und klinische und biologische Unterschiede der zwei Klassen charakterisiert, was die Interpretierbarkeit der Varianten verbessere.
Literatur:
- (1)
Sakuma M et al. (2025) Distinct characteristics of VEXAS-causative UBA1 M41 and recurrent functional non-M41 mutations; Leukemia, DOI: 10.1038/s41375-025-02775-4