Somatic mutations in the Janus kinase 2 gene (JAK2) occur in many myeloproliferative neoplasms, but the molecular pathogenesis of myeloproliferative neoplasms with nonmutated JAK2 is obscure, and the diagnosis of these neoplasms remains a challenge.

Background Human myeloproliferative disorders form a range of clonal haematological malignant diseases, the main members of which are polycythaemia vera, essential thrombocythaemia, and idiopathic myelofibrosis. The molecular pathogenesis of these disorders is unknown, but tyrosine kinases have been implicated in several related disorders. We investigated the role of the cytoplasmic tyrosine kinase JAK2 in patients with a myeloproliferative disorder. Methods We obtained DNA samples from patients with polycythaemia vera, essential thrombocythaemia, or idiopathic myelofibrosis. The coding exons of JAK2 were bidirectionally sequenced from peripheral-blood granulocytes, T cells, or both. Allele-specific PCR, molecular cytogenetic studies, microsatellite PCR, Affymetrix single nucleotide polymorphism array analyses, and colony assays were undertaken on subgroups of patients. Findings A single point mutation (Val617Phe) was identified in JAK2 in 71 (97%) of 73 patients with polycythaemia vera, 29 (57%) of 51 with essential thrombocythaemia, and eight (50%) of 16 with idiopathic myelofibrosis. The mutation is acquired, is present in a variable proportion of granulocytes, alters a highly conserved valine present in the negative regulatory JH2 domain, and is predicted to dysregulate kinase activity. It was heterozygous in most patients, homozygous in a subset as a result of mitotic recombination, and arose in a multipotent progenitor capable of giving rise to erythroid and myeloid cells. The mutation was present in all erythropoietin-independent erythroid colonies. Interpretation A single acquired mutation of JAK2 was noted in more than half of patients with a myeloproliferative disorder. Its presence in all erythropoietin-independent erythroid colonies demonstrates a link with growth factor hypersensitivity, a key biological feature of these disorders. Relevance to practice Identification of the Val617Phe JAK2 mutation lays the foundation for new approaches to the diagnosis, classification, and treatment of myeloproliferative disorders.

Myelodysplastic syndromes are a diverse and common group of chronic hematologic cancers. The identification of new genetic lesions could facilitate new diagnostic and therapeutic strategies.

A small proportion of patients with chronic myeloproliferative diseases have constitutive activation of the gene for platelet-derived growth factor receptor beta (PDGFRB), which encodes a receptor tyrosine kinase. The gene is located on chromosome 5q33, and the activation is usually caused by a t(5;12)(q33;p13) translocation associated with an ETV6-PDGFRB fusion gene. The tyrosine kinase inhibitor imatinib mesylate specifically inhibits ABL, PDGFR, and KIT kinases and has impressive clinical efficacy in BCR-ABL–positive chronic myeloid leukemia.

Cancers result from the accumulation of somatic mutations, and their properties are thought to reflect the sum of these mutations. However, little is known about the effect of the order in which mutations are acquired.We determined mutation order in patients with myeloproliferative neoplasms by genotyping hematopoietic colonies or by means of next-generation sequencing. Stem cells and progenitor cells were isolated to study the effect of mutation order on mature and immature hematopoietic cells.The age at which a patient presented with a myeloproliferative neoplasm, acquisition of JAK2 V617F homozygosity, and the balance of immature progenitors were all influenced by mutation order. As compared with patients in whom the TET2 mutation was acquired first (hereafter referred to as "TET2-first patients"), patients in whom the Janus kinase 2 (JAK2) mutation was acquired first ("JAK2-first patients") had a greater likelihood of presenting with polycythemia vera than with essential thrombocythemia, an increased risk of thrombosis, and an increased sensitivity of JAK2-mutant progenitors to ruxolitinib in vitro. Mutation order influenced the proliferative response to JAK2 V617F and the capacity of double-mutant hematopoietic cells and progenitor cells to generate colony-forming cells. Moreover, the hematopoietic stem-and-progenitor-cell compartment was dominated by TET2 single-mutant cells in TET2-first patients but by JAK2-TET2 double-mutant cells in JAK2-first patients. Prior mutation of TET2 altered the transcriptional consequences of JAK2 V617F in a cell-intrinsic manner and prevented JAK2 V617F from up-regulating genes associated with proliferation.The order in which JAK2 and TET2 mutations were acquired influenced clinical features, the response to targeted therapy, the biology of stem and progenitor cells, and clonal evolution in patients with myeloproliferative neoplasms. (Funded by Leukemia and Lymphoma Research and others.).

Myeloproliferative neoplasms, such as polycythemia vera, essential thrombocythemia, and myelofibrosis, are chronic hematologic cancers with varied progression rates. The genomic characterization of patients with myeloproliferative neoplasms offers the potential for personalized diagnosis, risk stratification, and treatment.

Clonal hemopoiesis driven by leukemia-associated gene mutations can occur without evidence of a blood disorder. To investigate this phenomenon, we interrogated 15 mutation hot spots in blood DNA from 4,219 individuals using ultra-deep sequencing. Using only the hot spots studied, we identified clonal hemopoiesis in 0.8% of individuals under 60, rising to 19.5% of those ≥90 years, thus predicting that clonal hemopoiesis is much more prevalent than previously realized. DNMT3A-R882 mutations were most common and, although their prevalence increased with age, were found in individuals as young as 25 years. By contrast, mutations affecting spliceosome genes SF3B1 and SRSF2, closely associated with the myelodysplastic syndromes, were identified only in those aged >70 years, with several individuals harboring more than one such mutation. This indicates that spliceosome gene mutations drive clonal expansion under selection pressures particular to the aging hemopoietic system and explains the high incidence of clonal disorders associated with these mutations in advanced old age.

Abstract Age-related change in human haematopoiesis causes reduced regenerative capacity 1 , cytopenias 2 , immune dysfunction 3 and increased risk of blood cancer 4–6 , but the reason for such abrupt functional decline after 70 years of age remains unclear. Here we sequenced 3,579 genomes from single cell-derived colonies of haematopoietic cells across 10 human subjects from 0 to 81 years of age. Haematopoietic stem cells or multipotent progenitors (HSC/MPPs) accumulated a mean of 17 mutations per year after birth and lost 30 base pairs per year of telomere length. Haematopoiesis in adults less than 65 years of age was massively polyclonal, with high clonal diversity and a stable population of 20,000–200,000 HSC/MPPs contributing evenly to blood production. By contrast, haematopoiesis in individuals aged over 75 showed profoundly decreased clonal diversity. In each of the older subjects, 30–60% of haematopoiesis was accounted for by 12–18 independent clones, each contributing 1–34% of blood production. Most clones had begun their expansion before the subject was 40 years old, but only 22% had known driver mutations. Genome-wide selection analysis estimated that between 1 in 34 and 1 in 12 non-synonymous mutations were drivers, accruing at constant rates throughout life, affecting more genes than identified in blood cancers. Loss of the Y chromosome conferred selective benefits in males. Simulations of haematopoiesis, with constant stem cell population size and constant acquisition of driver mutations conferring moderate fitness benefits, entirely explained the abrupt change in clonal structure in the elderly. Rapidly decreasing clonal diversity is a universal feature of haematopoiesis in aged humans, underpinned by pervasive positive selection acting on many more genes than currently identified.

Abstract Clonal expansions driven by somatic mutations become pervasive across human tissues with age, including in the haematopoietic system, where the phenomenon is termed clonal haematopoiesis 1–4 . The understanding of how and when clonal haematopoiesis develops, the factors that govern its behaviour, how it interacts with ageing and how these variables relate to malignant progression remains limited 5,6 . Here we track 697 clonal haematopoiesis clones from 385 individuals 55 years of age or older over a median of 13 years. We find that 92.4% of clones expanded at a stable exponential rate over the study period, with different mutations driving substantially different growth rates, ranging from 5% ( DNMT3A and TP53 ) to more than 50% per year ( SRSF2 P95H ). Growth rates of clones with the same mutation differed by approximately ±5% per year, proportionately affecting slow drivers more substantially. By combining our time-series data with phylogenetic analysis of 1,731 whole-genome sequences of haematopoietic colonies from 7 individuals from an older age group, we reveal distinct patterns of lifelong clonal behaviour. DNMT3A -mutant clones preferentially expanded early in life and displayed slower growth in old age, in the context of an increasingly competitive oligoclonal landscape. By contrast, splicing gene mutations drove expansion only later in life, whereas TET2 -mutant clones emerged across all ages. Finally, we show that mutations driving faster clonal growth carry a higher risk of malignant progression. Our findings characterize the lifelong natural history of clonal haematopoiesis and give fundamental insights into the interactions between somatic mutation, ageing and clonal selection.