Chromodomain Helicase DNA-Binding Protein 4 (CHD4) is an ATPase that alters the phasing of nucleosomes on DNA and has recently been implicated in DNA double stranded break (DSB) repair. Here, we show that depletion of CHD4 in Acute Myeloid Leukemia (AML) blasts induces a global relaxation of chromatin that renders cells more susceptible to DSB formation, while concurrently impeding their repair. Furthermore, CHD4 depletion renders AML blasts more sensitive both in vitro and in vivo to genotoxic agents used in clinical therapy: daunorubicin (DNR) and cytarabine (ara-C). Sensitization to DNR and ara-C is mediated in part by activation of the ATM pathway, which is preliminarily activated by a Tip60-dependent mechanism in response to chromatin relaxation and further activated by genotoxic-agent induced DSBs. This sensitization preferentially affects AML cells, as CHD4 depletion in normal CD34+ hematopoetic progenitors does not increase their susceptibility to DNR or ara-C. Unexpectedly, we found that CHD4 is necessary for maintaining the tumor formatting behavior of AML cells, as CHD4 depletion severely restricted the ability of AML cells to form xenografts in mice and colonies in soft agar. Taken together, these results provide evidence for CHD4 as a novel therapeutic target whose inhibition has the potential to enhance the effectiveness of genotoxic agents used in AML therapy.

Un des mécanismes d’évasion des cellules tumorales au système immunitaire fait intervenir la famille des molécules de type B7. Ces molécules de costimulation ont aussi un rôle dans les mécanismes de tolérance immunitaire. La molécule B7-H1 (PD-L1 ou CD274) inhibe directement les lymphocytes T cytotoxiques (CTL) et est fortement exprimée à la surface de nombreux types de cellules tumorales. Les mécanismes de régulation de son expression ne sont pas bien connus. Il existe une augmentation d’expression de cette molécule après stimulation par l’IFNγ et récemment les ligands des Toll-Like-Receptor (TLR) 2, 4 et 9 ont été impliqués dans sa régulation au niveau du myélome multiple. L’implication possible des TLR dans l’expression de B7-H1 suggère un rôle possible de pathogènes dans l’échappement des tumeurs au système immunitaireIl n’existe aucune donnée dans la littérature sur l’expression des TLR au niveau des cellules blastiques de patients atteints de leucémies aigues myéloblastique (LAM). Nous avons dans un premier temps étudié l’expression des TLR dans les LAM et l’inductibilité de l’expression de la molécule B7-H1 par les ligands des TLR en cytométrie en flux. Nos résultats montrent que les TLR sont exprimés dans les LAM, avec une grande variabilité suivant les patients. On observe une augmentation significative de l’expression de B7-H1 après stimulation par le LPS (ligand TLR4) alors qu’elle n’est pas significative pour les autres ligands (PGN et ODN). Comme dans les tumeurs solides et le myélome multiple, l’expression de B7-H1 est augmentée par l’IFN γ. Des tests de lyse CTL sont en cours afin de confirmer le rôle fonctionnel de cette expression de B7-H1 via les TLR dans les LAM.Une autre partie de l’étude a été réalisée sur deux lignées murines leucémiques : DA1-3B et WEHI-3B, afin de disposer de modèles expérimentaux d’expression de B7-H1. On retrouve sur ces deux modèles l’augmentation d’expression de B7-H1 après stimulation par l’IFN γ et les ligands des TLR. L’utilisation de différents inhibiteurs chimiques des voies de signalisation suggère le rôle des voies MEK/ERK et de la voie JAK/STAT dans l’expression de cette molécule. La voie PI3kinase/Akt semble au contraire jouer un rôle inhibiteur. Le travail se poursuit avec la transfection de transdominants négatifs des différentes voies et de mutants constitutivement actifs. L’objectif à terme est de tester des stratégies d’immunothérapies des LAM par blocage pharmacologique de l’expression de B7-H1. / B7-H1 (PD-L1) is a B7-related protein that inhibits T-cell responses. B7-H1 participates in the immunoescape of cancer cells and is also involved in the long-term persistence of leukemic cells in a mouse model. B7-H1 can be constitutively expressed by cancer cells but is also induced by various stimuli. We therefore examined the constitutive and inducible expression of B7-H1 and the consequences of expression in human acute myeloid leukemia (AML). We analyzed B7-H1 expression in a cohort of 79 patients with AML. Blast cells were also studied after incubation with interferon-gamma or TLR ligands. Functionality was evaluated by cytotoxic T-cell activity against blast cells. Expression of B7-H1 at diagnosis was high in 18% of patients. Expression of toll-like receptors (TLR) 2, 4, and 9 was detected in one-third of AML samples. Expression of TLR2 and TLR4 ligands or IFN- induced by B7-H1 was found to protect AML cells from CTL-mediated lysis. Spontaneous B7-H1 expression was also found to be enhanced at relapse in some patients. MEK inhibitors including UO126 and AZD6244 reduced B7-H1 expression and restored CTL-mediated lysis of blast cells. In AML, B7-H1 expression by blasts represents a possible immune escape mechanism. The inducibility of B7-H1 expression by IFN- or TLR ligands suggests that various stimuli, either produced during the immune response against leukemia cells or released by infectious microorganisms, could protect leukemic cells from T-cells. The efficacy of MEK inhibitors against B7-H1-mediated inhibition of CTLs suggests a possible cancer immunotherapy strategy using targeted drugs.

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des hémopathies malignes caractérisées par une accumulation dans la moelle et le sang de progéniteurs hématopoïétiques bloqués dans un stade différenciation. La mutation FLT3-ITD, qui entraîne une activation constitutive du récepteur à activité tyrosine kinase FLT3, est retrouvée dans 20-25% des LAM et est associée à un mauvais pronostique. De nombreux inhibiteurs de FLT3 ont été développés et certains sont testés en clinique mais des études mettent en évidence l'apparition de résistance. Une meilleure compréhension des mécanismes oncogéniques de FLT3-ITD est donc nécessaire afin d'améliorer le traitement des LAM. Mes travaux de thèse ont été centrés sur l'analyse du processus autophagique qui correspond à l'un des mécanismes de résistance décrits dans les cellules cancéreuses en réponse aux traitements. Au cours de cette étude, nous avons constaté que l'expression de FLT3-ITD augmente l'autophagie basale des cellules de LAM, et que l'inhibition du récepteur réduit cette autophagie dans des échantillons primaires de LAM et dans des lignées cellulaires. Nous avons pu montrer que l'autophagie est requise pour la prolifération et la survie in vitro et in vivo des cellules de LAM et que sont ciblage permet de surmonté la résistance aux inhibiteurs de FLT3. De plus, nous avons identifié la protéine ATF4 comme un acteur essentiel au processus d'autophagie en aval de FLT3-ITD. Ces résultats suggèrent que le ciblage de l'autophagie ou d'ATF4 chez les patients exprimant les mutations de FLT3 peut représenter une stratégie thérapeutique prometteuse et innovatrice dans les LAM. / Acute myeloid leukemias (AMLs) are a family of hematological malignancies characterized by an accumulation in the marrow and blood of hematopoietic progenitors blocked in their differentiation process. The FLT3-ITD mutation is found in 20-25% of AMLs and is associated with a poor prognosis. Different FLT3 inhibitors have been developed and some of them are clinically tested but resistance to treatment has been observed in many patients. A better understanding of AML biology is necessary in order to improve the treatment of AMLs. My thesis project focused on the analysis of the autophagic process, which is one of the mechanisms described in the resistance of cancer cells. In this study, we found that the FLT3-ITD expression increases basal autophagy in AML cells, and that the receptor inhibition reduced this autophagy in primary patient samples and cell lines. We show that autophagy is required for proliferation and survival in vitro and in vivo of leukemic cells lines and inhibition of autophagy overcomes resistance to FLT3 inhibitors. In addition, we identified the ATF4 protein as a key actor of the autophagy process induced by the FLT3-ITD mutation. These results suggest that targeting autophagy or ATF4 may represent a promising and innovative therapeutic strategy for FLT3 mutated AMLs.

A Leucemia Mieloide Aguda (LMA) é uma neoplasia originada a partir da expansão clonal de blastos da linhagem mieloide em medula óssea, sangue periférico e outros tecidos. Entre as mutações mais frequentemente detectadas nas LMAs, se encontra a mutação do tipo duplicação interna em tandem (FLT3-ITD) que é detectada em aproximadamente 25% dos pacientes adultos. Esta mutação no receptor de tirosina quinase FLT3 é uma inserção de 3 a 400 pares de base na região juxtamembrana do receptor, a qual é responsável pelo controle da atividade enzimática dos domínios tirosina quinase. Quando esta mutação se encontra presente, a região juxtamembrana perde a capacidade de controlar a ativação dos domínios tirosina quinase e o receptor fica constitutivamente ativo conferindo uma vantagem proliferativa ao clone leucêmico. Esta mutação é considerada de mal prognóstico e já foram desenvolvidos inibidores de tirosina quinase específicos para o receptor FLT3 (FLT3 TKI). Porém, os resultados dos primeiros ensaios clínicos não apresentaram a efetividade esperada e continua a busca de novas combinações de drogas que contribuam a aumentar a efetividade destes inibidores. É por isso que este trabalho teve por objetivo testar a combinação de FLT3 TKIs com o ácido trans-retinoico (ATRA) já aplicado no tratamento da Leucemia Promielocítica Aguda (LPA) com PML-RARA. A combinação de FLT3 TKIs com ATRA induziu a morte celular programada de forma precoce tanto na linhagem de LMA MV4-11 como na MOLM-13. Esta morte celular observada foi inibida com pré- tratamento com inibidor de caspases QVD. O tratamento combinado in vivo em camundongos Nod Scid Gamma (NSG) transplantados com células MOLM-13, aumentou a sobrevida dos animais e diminuiu a percentagem de células CD45 humanas em medula óssea, baço e sangue periférico. No seu conjunto, nossos dados sugerem que o ATRA aumenta o efeito citotóxico dos FLT3-TKIs. Este achado poderá ser relevante para o tratamento de pacientes com LMA portadores de mutaçãoes ITD no gene FLT3 / Acute Myeloid Leukemia (LMA) is hematological disease that arises from the clonal expansion of a myeloid blast in bone marrow, peripheral blood and other tissues. Among LMAs mutations most frequently detected, 25% of adult patients carry the FLT3-ITD mutation. This mutation is a pair base insertion of 3 to 400 in the juxtamembrane domain of the receptor and leads to the constitutive activation of the kinase domains. It gives the leukemic clone a proliferative advantage and it is associated with a bag prognosis. FLT3 tyrosine kinase inhibitors (FLT3 TKI) were already developed in order to improved patients\' treatment. However, results from the first clinical trials were not as promising as expected. Therefore, there is still room for testing new drug combinations that could improve FLT3 TKIs efficacy. The main objective of this work was to test FLT3 TKIs in combination with all-trans retinoic acid (ATRA) already used in Acute Promyelocytic Leukemia (APL) with PMLRARA treatment. The combination of FLT3-TKIs and ATRA induced early programmed cell death in both the MV4-11 and MOLM-13 LMA lines. This early cell death was inhibited with QVD caspase inhibitor pre-treatment. In vivo combined treatment in Nod Scid Gamma (NSG) mice transplanted with MOLM-13 cells, increased animals survival and decreased the percentage of human CD45 cells in bone marrow, spleen and peripheral blood. Taken together, our data suggest that ATRA increases the cytotoxic effect of FLT3- TKIs. This finding may be relevant for the treatment of patients with AML with ITD mutations in the FLT3 gene

Les syndromes myélodysplasiques (SMD) peuvent être conçus comme des conditions pré-leucémiques dans lesquelles l’apoptose avorte les produits de différenciation de cellules souches mutées, potentiellement malignes. Néanmoins, peut-être à cause d’une inhibition progressive de l’apoptose, les SMD se transforment fréquemment en leucémies aiguës myéloïdes (LAM). Nos données indiquent que les SMD à faible risque se caractérisent par l’absence d’activation de NF-κB au sein des cellules portant des altérations cytogénétiques typiques. Par contre, dans les SMD à haut risque de transformation en LAM (ainsi que dans les LAM post-SMD), les cellules souches hématopoïétiques et leurs produits de différenciation montrent une translocation activatrice des sous-unités p50/p65 de NF-κB. L’utilisation d’antagonistes de IKK provoque une inhibition de NF-κB conduisant à une apoptose accélérée, ainsi l’activation de NF-κB serait responsable de la suppression progressive de l’apoptose et donc de la transformation maligne. Ce projet de thèse a consisté à comprendre les mécanismes impliqués dans la dérégulation de l’apoptose dans les SMD/LAM ; ainsi qu’à utiliser des technologies de criblage pour permettre une meilleure compréhension des voies de signalisation impliquées, et à adapter de nouveaux outils d’analyse. Au cours d’une première étude, nous avons montré que les inhibiteurs de méthyltransférase de l’ADN et les inhibiteurs d’histones déacétylases induisent efficacement l’apoptose dans la lignée cellulaire SMD/LAM P39, parallèlement à une inhibition de la translocation de NF-κB du cytoplasme au noyau. Dans une seconde étude, nous avons montré que l’inhibition pharmacologique du récepteur Flt3 induit une inhibition de la voie NF-κB, et pourrait être une cible thérapeutique pertinente. Dans une troisième étude, nous avons montré que l’auto-activation d’ATM chez les patients atteints de SMD/LAM joue un rôle dans l’activation constitutive de NF-κB suggérant qu’ATM serait également une bonne cible thérapeutique dont l’inhibition pourrait réduire le défaut d’apoptose des cellules SMD et LAM. Et enfin, grâce à l’optimisation d’une technique d’analyse d’images à haut débit, nous avons identifié deux composés capables d’induire la mort cellulaire des lignées cellulaires LAM in vitro : le zinc pyrithione et la ouabain. Leurs effets d’inhibition du signal de survie NF-κB, conduisant à une réduction de l’expression de protéines anti-apoptotiques, suggèrent que ces composés pharmaceutiques pourraient être utilisés comme des agents anti-leucémiques. Ce projet de thèse nous a permis de mettre en évidence le potentiel anti-leucémique de différents agents impliqués dans les principales voies de signalisation de l’apoptose dérégulées dans les SMD/LAM, qui pourraient prochainement servir de cibles pour de nouveaux essais thérapeutiques. / Myelodysplastic syndrome (MDS) is a group of hematopoietic stem cell disorders that is characterized by an ineffective hematopoiesis (finaly leading to blood cytopenias) and by a high risk of progression to acute myeloid leukemia (AML). It can therefore be viewed as a preleukemic condition in which apoptosis aborts the differentiation products of potentially malignant mutated (stem) cells. The progression of MDS into AML is associated with progressive inhibition of apoptotsis (by e.g. the expression of antiapoptotic proteins) and a negative prognostic value, suggesting that loss of the apoptotic program could favor the MDS-to-AML transition. Therefore the present project aimed at understanding the mechanisms involved in the deregulation of apoptosis in MDS and AML and the characterization of their underlying signaling pathways by means of standard biochemical and high throughput screening approaches. Our previous work showed that inhibitors of DNA methyltransferases and histone deacetylases effectively induced apoptosis in AML cells in vivo which was associated with an inhibition of NF-κB-dependent transactivation of survival signals. We further found that the pharmacological inhibition of the Flt3 receptor in AML cells decreased NF-κB activation and might therefore constitute a relevant therapeutic target for the treatment of AML. In line with these findings we demonstrated that the constitutive activation of ATM in high-risk MDS and AML patients accounts for the activation of NF-κB suggesting ATM as yet another drugable target for antileukemic therapy. Finally we generated a high throughput image based screening platform, which enabled us to perform large scale drug screening approaches and to identify two compounds with antileukemic properties. Both agent, pyrithione zinc (PZ) and Ouabain (OUA) efficiently induced cell death in AML cells in vitro associated with the inhibition of NF-κB. PZ and OUA exerted significant anticancer effects in vivo, on human AML cells xenografts as well as ex vivo, on CD34+ (but not CD34-) malignant myeloblasts from AML patients. Summarizing this project allowed us to shed some light on the importance of NF-κB during MDS to AML progression and at the same time it helped to identify drugable targets and agents with potential anticancer properties for the treatment of leukemia.

Les syndromes myélodysplasiques (SMD) sont un ensemble d’hémopathies clonales de la cellule souche. Ils touchent les sujets âgés et se caractérisent par une hématopoïèse inefficace, une différenciation anormale et une transformation fréquente en leucémie aiguë myéloblastique (LAM). La prise en charge thérapeutique a considérablement évolué ces dix dernières années, principalement avec l’arrivée de la 5-azacytidine (Aza) dans les SMD de haut risque. Malheureusement, il existe fréquemment un échec ou une perte de réponse rapide au traitement responsable d’une survie médiane globale de seulement quelques mois. La compréhension des mécanismes d’action des agents hypométhylants, la mise en évidence des facteurs biologiques impliqués dans la résistance à l’Aza ou encore l’identification de nouvelles associations de molécules constitue donc un enjeu majeur. Plusieurs équipes, dont la nôtre, ont démontré que l’erlotinib (Erlo) (inhibiteur de l’activité kinase de l’EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor)) possède des effets antinéoplasiques dans les SMD/LAM. Compte tenu de sa toxicité modérée, cet inhibiteur de tyrosine kinase est actuellement en essai clinique en France et aux États-Unis dans les SMD en échec d’Aza. Dans ce travail, nous avons tenté de comprendre les mécanismes d’action impliqués dans l’activité de l’Aza et de l’Erlo seuls ou en association. Nous avons observé que l’Aza et la décitabine (un autre agent hypométhylant) induisent la déphosphorylation et la translocation dans le noyau du facteur de transcription FOXO3A où il réactive l’expression de gènes cibles tels que les facteurs pro apoptotiques PUMA et BIM. Cet effet observé rapidement, suggère un effet « off target » non lié à une reprogrammation épigénétique. La phosphorylation constitutive de FOXO3A étant considérée comme un facteur de mauvais pronostic dans les LAM, cette observation soulève l’intérêt potentiel des agents hypométhylants dans cette pathologie. Nous avons également identifié deux nouvelles cibles de l’Erlo : les SRC-kinases et la voie mTOR/p70S6K dont l’inhibition par des inhibiteurs biochimiques induit un arrêt du cycle cellulaire en G0/G1 sans apoptose ni différenciation confirmant l’hypothèse d’une action « multikinase » de l’Erlo. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une activité synergique sur l’apoptose de l’association Aza et Erlo sur des lignées cellulaires de SMD/LAM et sur des cellules de patients. Cet effet n’a pas été retrouvé avec la décitabine ni les autres inhibiteurs de tyrosine kinase testés. La potentialisation de l’apoptose semble liée à plusieurs mécanismes associant l’augmentation de la concentration intracellulaire d’Aza via l’inhibition des transporteurs ABC, un arrêt de la prolifération, une activation des voies apoptotiques caspases-dépendantes et indépendantes et une activation des dommages à l’ADN. En conclusion, ce travail a permis l’identification de nouvelles cibles de l’Erlo et de l’AZA et a révélé un effet synergique entre ces deux molécules. Ces résultats précliniques encourageants suggèrent que cette association pourrait apporter un potentiel bénéfice chez les patients atteints de SMD/LAM, notamment ceux devenus réfractaires à l’Aza. / Myelodysplasic syndromes (MDS) constitute a diverse group of malignant clonal disorders that typically occur in elderly people. MDS are characterized by ineffective hematopoiesis, refractory cytopenias, morphologic dysplasia and increased potential to transform into acute myeloid leukemia (AML). Treatment of MDS has progressed considerably in recent years with the emergence of new approval agents such as azacytidine (aza)(a hypomethylating agent (HMA)) in higher-risk MDS. However, there are still a significant proportion of patients who do not respond to therapy with aza. Therefore, understanding the mechanisms of action of HMAs, identifying predictive factors for aza resistance and combining HMAs with other active compounds in MDS represent a challenging area to improve MDS/AML treatment. Previous works showed that erlotinib (an inhibitor of the epidermal growth factor receptor (EGFR)) exhibits antineoplastic effects in MDS/AML. Due to its limited toxicity profile, this tyrosine kinase inhibitor is currently being evaluated after failure of aza in two clinical trials. In this project, we aimed at understanding the molecular mechanisms involved in the activity of aza and erlo alone or in combination. We observed that aza and decitabine (another HMA related to aza) induces dephosphorylation and translocation to nucleus of the transcriptional regulator FOXO3A promoting the upregulation of the pro-apoptotic factors PUMA and BIM. This effect could be an “off target” effect and could contribute the bebenfical role of HMA in AML as constitutive phosphorylation of FOXO3A has been shown to be an adverse prognostic factor. We discovered new target for erlo, Src-kinase kinases and mTOR that are implicated in the cell-cycle arrest but not in the induction of apoptosis or differentiation confirming the “multikinase” activity of erlo. We found that the combination of aza and erlo demonstrated synergistic induction of apoptosis in MDS/AML cell lines and in some patient cells. This effect was not observed with decitabine or other tyrosine kinase inhibitors frequently used in onco-hematology. We demonstrated that potentiation of cell death is associated with different mechanisms such as intracellular accumulation of aza (via inhibition of ABC transporters), cell cycle arrest with inhibition of leukemic cells growth, caspase-dependent and -independent induction of apoptosis and DNA damage level. In conclusion, this work identified new targets of aza and erlo and revealed a synergistic induction of apoptosis upon co-treatment suggesting that this drug combination might be promising for SMD/AML treatment SMD/AML, especially the resistant patients.

De nombreuses altérations épigénétiques ont été décrites dans les leucémies aiguës myéloïdes (LAM). Nous avons récemment mis en évidence un enrichissement anormal en la marque histone H3K27me3, située sur 70 kb du cluster HIST1 (6p22) dans 50% des échantillons de patients atteints d'une LAM avec un caryotype normal (CN). Nous étudions dans ce travail, les conséquences cliniques et moléculaires de cette marque. H3K27me3 HIST1high est associé à 1) une meilleure survie des patients en analyse multivariée 2) la sous-expression du mRNA de plusieurs gènes histones (HIST1H1D, HIST1H2BG et HIST1H2BH) 3) un enrichissement fonctionnel en gènes associés à la réponse immunitaire ou inflammatoire, en faveur d’un engagement dans la différenciation granulocytaire, surexprssion confirmée pour trois de ces gènes (CYBB, FCN1 et CLEC4A) par RT-qPCR dans les blastes de patients H3K27me3 HIST1high 4) une diminution de la quantité absolue de protéine histone linker H1d par spectormétrie de masse et par Western blot et 5) une meilleure sensibilité à la différenciation induite par l'acide rétinoïque dans la lignée OCI-AML3 avec un KD de H1d (augmentation de l’expression des marqueurs de différenciation CD11B et CD11C, présence de granules intra-cytoplasmiques et expression des gènes CYBB et ITGAM). En conclusion, le biomarqueur H3K27me3 HIST1high est associé à une meilleure survie dans les LAM-CN NPM1mut, un phénotype plus différencié des blastes et une sous-expression génique et protéique de certains histones incluant le sous-type histone linker H1d. H1d semble être important dans la différenciation des blastes de LAM NPM1mut et pourrait constituer une cible thérapeutique. / The epigenetic machinery is frequently altered in acute myeloid leukemia (AML). We previously described an abnormal histone H3K27me3 repressive enrichment covering 70 kb on the HIST1 cluster (6.p22). In the present work, we further studied the medical significance and the molecular impact of this new epigenetic biomarker. We observed that H3K27me3 HIST1high is associated with 1) a better patients' outcome in multivariate analysis, 2) a lower histone mRNA expression of several histone genes (HIST1H1D, HIST1H2BG and HIST1H2BH), 3) a mature granulocytic gene expression profile including immune or inflammatory responsive genes, (we confirmed the higher expression of three of these genes, CYBB, FCN1 and CLEC4A, using qPCR in the H3K27me3 HIST1high patients' samples), 4) a decrease in histone linker H1d absolute protein abundance by Mass spectrometry and by Western blot analyses and 5) a better retinoic acid sensitization of the H1d KD OCI-AML3 cell line (i.e. increase of CD11B and CD11C expression on cell surface, higher percentage of cytoplasmic granules and mRNA up-expression of two mature granulocytic genes, CYBB and ITGAM). To conclude, this study showed that epigenetic silencing of the HIST1 locus by the H3K27me3 mark is associated with a better outcome, but also a mature gene expression profile in the NPM1mut subgroup of patients. We suggested that H1d has an important role of histone linker expression in AML blast cell differentiation. This protein could constitute a new epigenetic target.

L’hématopoïèse regroupe l'ensemble des mécanismes qui assurent le renouvellement continu et régulé des cellules sanguines, à partir des cellules souches hématopoïétiques. La différenciation des cellules souches en cellules matures est un phénomène finement orchestré par divers signaux (facteurs de croissance, hormones, cytokines et microenvironnement médullaire) capables de stimuler la prolifération de cellules quiescentes ainsi que leur engagement dans diverses voies de la maturation hématopoïétique. Ces processus sont généralement régulés via l’activation de facteurs de transcription, mais également par des mécanismes épigénétiques. Le gène RINF/CXXC5 a initialement été décrit comme essentiel pour les processus de différenciation granulocytaire normale. Toutefois, son implication dans d’autres voies de l’hématopoïèse n’avait pas été étudiée. Afin de définir son rôle dans la différenciation et l’engagement vers des lignages hématopoïétiques autres que la voie granulocytaire, notamment érythroïde et monocytaire, sa contribution fonctionnelle dans des lignées hématopoïétiques et dans des cellules primaires CD34+ de moelle osseuse (donneurs sains) a été étudiée par une approche de perte ou gain de fonction. Ces expériences, dans des modèles de la voie granulocytaire (lignée NB4 et HL60 traitées par les rétinoïdes) et de la voie érythroïde (lignées K562 et UT7/GM traitées par l’hémine ou l’EPO) démontrent l’implication de RINF dans la maturation terminale de ces deux lignages. Ces données ont ensuite été validées dans des progéniteurs hématopoïétiques (tests clonogéniques) où l’expression de RINF favorise la différenciation granuleuse et interfère négativement avec la différenciation érythroïde, sans impacter la voie monocytaire. En effet, l’extinction de son expression diminue le nombre des colonies granuleuses et augmente le nombre de colonies érythroïdes. Des dérégulations au niveau de l’expression des facteurs ou co-facteurs de trancription qui régulent l’hématopoïèse peuvent aboutir à des hémopathies, telles que les Leucémies Aiguës Myéloïdes. Ces pathologies sont la résultante de l’association d’une augmentation de la prolifération cellulaire et d’un blocage des processus de différenciation. Au vu de son rôle important au cours de la granulopoïèse et de l’érythropoïèse, l’hypothèse que des dérégulations de RINF pourraient intervenir dans les processus de leucémogenèse a été testée par l’étude de son niveau d’expression dans les différentes Leucémies Aiguës Myéloïdes. Ainsi, il a été démontré que parmi les patients dont le niveau d’expression de RINF est le plus élevé, le pronostic vital est mauvais, associé à une résistance aux traitements chimiothérapeutiques. L’ensemble de ces données a permis d’aboutir à la conclusion que des dérégulations de l’expression de RINF pourraient contribuer au processus de leucémogenèse, et qu’ainsi RINF pourrait être une potentielle cible thérapeutique dans le cadre des LAM. D’un point de vue moléculaire, le mode d’action de la protéine RINF reste à ce jour du domaine de l’hypothèse, mais la présence d’un doigt de zinc de type CXXC lui permettrait d’intervenir dans des mécanismes des régulations épigénétiques, tels que la méthylation de l’ADN. Une meilleure compréhension des mécanismes régulés par la protéine pourrait permettre à terme une meilleure compréhension des régulations de l’hématopoïèse, voire des processus de leucémogenèse. / During hematopoiesis, hematopoietic stem cells (HSC) differentiation is orchestred by different signals, able to stimulate cell proliferation of quiescent cells, and their commitment in the different hematopoietic lineages. These process are regulated by transcription factors activation, as well by epigenetic mecanisms. By a microarray approach, we have identified a novel retinoid-responsive gene (CXXC5) encoding a Retinoid-Inducible Nuclear Factor (RINF) that plays an essential role during in vitro human hematopoiesis. Indeed, expression studies and gene silencing experiments both demonstrate RINF requirement during in vitro terminal differentiation of myeloid leukemia cells (NB4, HL60), but also during normal myelopoiesis of bone marrow progenitors (CD34+ HSPC cells in presence of cytokines). In the present study, we demonstrate that in cell lines, RINF overexpression provokes an earlier myeloid differentiation under retinoids treatement and slow-downs erythroid maturation induced by hemin whereas its down-regulation accelerates erythroid terminal differentiation. In normal CD34+ HSCP, we demonstrated that RINF down regulation (1) promotes differentiation in erythroid lineage at the expense of granulocyte lineage, and (2) accelerates terminal erythroid differentiation. Overexpression, contribute to promote myeloid pathway even though cells are in erythroid conditions. Because of its role during hematopoiesis regulation and its gene localization in 5q31.2, we investigated CXXC5/RINF expression in primary human acute myeloid leukemia (AML) cells derived from 594 patients. A wide variation in CXXC5/RINF mRNA levels was observed in the immature leukemic myeloblasts. Furthermore, patients with low-risk cytogenetic abnormalities showed significantly lower levels compared to patients with high-risk abnormalities, and high RINF/CXXC5/ mRNA levels were associated with decreased overall survival for patients receiving intensive chemotherapy for newly diagnosed AML. CXXC5/RINF knockdown in AML cell lines caused increased susceptibility to chemotherapy-induced apoptosis, and regulation of apoptosis also seemed to differ between primary human AML cells with high and low RINF expression. The association with adverse prognosis together with the antiapoptotic effect of CXXC5/RINF suggests that targeting of CXXC5/RINF should be considered as a possible therapeutic strategy, especially in high-risk patients who show increased expression in AML cells compared with normal hematopoietic cells.

Les leucémies aiguë myéloïde (LAM) sont un groupe d’hémopathies malignes, dont le traitement est généralement composé de deux génotoxiques : la cytarabine (Ara-C) et la daunorubicine (DNR). Nous avons montré que l’Ara-C et la DNR induisent la déconjugaison rapide de SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier) de ses protéines cibles. Cette deSUMOylation est dûe à l'inactivation des enzymes E1 et E2 de SUMOylation par les espèces réactives de l'oxygène (ROS) produites par l’Ara-C et la DNR et est impliquée dans l'activation de l'apoptose. En outre, cet axe ROS/SUMO est anergisé dans les LAM chimiorésistantes. Cependant, il peut être réactivé par des pro-oxydants ou par inhibition de la voie SUMO par l'acide anacardique. Pour identifier les protéines contrôlées par l’axe ROS/SUMO nous avons effectué une approche de spectrométrie de masse quantitative (SILAC). Parmi les 1000 protéines SUMOylées identifiées, la plupart des 114 protéines qui perdent leur SUMOylation lors du traitement sont impliquées dans la régulation de l'expression des gènes. De plus, un ChIP-Seq avec des anticorps anti SUMO-2 a permis de montrer que les génotoxiques, en particulier la DNR, induisent une diminution massive de la présence de protéines SUMOylées sur la chromatine. La recherche de motifs au sein des séquences fixant SUMO a permis d’identifier le motif de liaison de CTCF à l’ADN. De plus, CTCF a été trouvé dans la SILAC comme l’une des protéines déSUMOylées par les traitements. En utilisant des données publiques de Chip-Seq pour CTCF, nous avons identifié 55 gènes qui fixent à la fois CTCF et SUMO et dont l’expression est régulée par les traitements. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié le groupe de 19 protéines dont la SUMOylation augmente suite aux traitements génotoxiques. Parmi ces protéines, nous avons trouvé diverses protéines centromériques, y compris CENP-B et CENP-C. En utilisant le PLA (Proximity Ligation Assay) nous avons pu montrer que CENP-B et CENP-C colocalisent avec SUMO et yH2AX après traitement. Cela suggère que la SUMOylation des protéines centromériques se produit sur les sites de cassure et pourrait jouer un rôle dans la réparation des dommages de l'ADN. / Acute Myeloid Leukemias (AML) are a group a severe hematological malignancies, which treatment is generally composed of two genotoxics: Cytarabine (Ara-C) and Daunorubicin (DNR). We have shown that these drugs induce the rapid deconjugation of the Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO) from its target protein. This is due to the inactivation of SUMO E1 and E2 enzymes by Reactive oxygen species (ROS). This deSUMOylation participated in the activation of specific genes and is involved the induction of apoptosis. In addition, this ROS/SUMO axis is anergized in chemoresistant AMLs. However, it can be reactivated by pro-oxidants or inhibition of the SUMO pathway with anacardic acid, an inhibitor of the SUMO E1. To identify which proteins are regulated by this ROS/SUMO axis, we performed a quantitative mass spectrometry approach. Among the 1000 identified SUMO targets, most of the 114 proteins, which SUMOylation decrease upon treatment, are involved in the regulation of gene expression. In addition, we showed by ChIP-Seq with SUMO-2 antibodies that genotoxics, in particular DNR, induce a massive decrease of the presence of SUMOylated proteins on the chromatin. Motif search analysis of the SUMO binding sequences in these genes identified CTCF binding motif. Interestingly, CTCF was found in the SILAC as deSUMOylated by the drugs. Using publicly available ChIP-Seq data for CTCF, we found 55 genes which are occupied by both SUMO-2 and CTCF and which expression is regulated by the drugs. In the last part of this work, we got interested in the 19 proteins that get up-SUMOylated upon treatment. Among them, we found centromeric proteins, including CENP-B and CENP-C. Using Proximity Ligation Assay, we could show that CENP-B and CENP-C colocalize with both SUMO and yH2AX upon DNR treatment. Altogether, this suggests that centromeric protein up-SUMOylation occurs at sites of DNA damage and might play a role in DNA damage repair.

Despite high remission rate in acute myeloid leukaemia (AML) after chemotherapy, relapse of the underlying disease remains a major challenge and one of the most frequent causes of treatment failure. In this study, the presence of leukaemiaassociated phenotypes (LAPs) was first studied retrospectively using our standard diagnostic protocol with 3-colour flow cytometry. LAPs were present in 54 (64%) of 84 AML patients analysed between 2002 to 2004. The presence of LAPs was correlated with failure to respond to induction chemotherapy (p <0.05) in univariate analysis. Presence of LAPs was shown to be an independent predictor for failure to respond to induction chemotherapy with a relative risk ratio of 1.6 (p < 0.05, 95% CI, 1.0-2.6) in multivariate analysis. Subsequently, in a prospective study, we used 5-colour multiparametric flow cytometry (MFC) for detection of LAPs to determine if LAPs could be detected in a greater proportion of leukaemic patients and minimal residual disease (MRD) detection could therefore be applied in more patients. In 54 consecutive, newly diagnosed AML patients from 2005 to 2007, LAPs were identified in 51 (94%). Thus, MRD studies were potentially applicable to virtually all patients. The sensitivity and specificity of MFC technique was improved by analysing 10 normal and 5 regenerating bone marrows (BM) for the presence of these LAPs and by determining maximum log difference (LD). CD7, CD19, CD2, CD11b and CD56 were the most sensitive and reliable markers for MRD studies. LAPs were rarely detected in either normal or regenerating BMs. Through dilutional experiments from 50% LAPs to 0.001%, it was determined that 1 leukaemic in 104 and 105 normal cells could be detected using the improved techniques. Of the 54 patients, 31 received chemotherapy, with 27 achieving complete remission (CR). Two were LAP negative and thus 25 were evaluable for MRD post induction and 22-post consolidation chemotherapy. Detection of MRD >0.15% was able to distinguish between two groups of patients according to relapse status. Although, the number of patients was small, detection of MRD post induction > 0.15% was shown to be an independent predictor of adverse prognosis for both relapse free survival (RFS) and overall survival (OS) in a multivariate analysis [p = 0.037 and 0.026, 95% CI (1.1-20.5 and 1.2-22.2), hazard ratio 4.7 and 5.2 respectively]. Post consolidation, there was a trend for patients with higher MRD values to show shorter RFS (p = 0.06). MFC using 5-colour allows us to detect LAPs in virtually all AML patients and our preliminary results suggest the technique is a suitable approach for MRD analysis. However, 5-colour MFC is technically challenging, resource intensive, and may not be feasible in a routine diagnostic laboratory. This led us to assess whether we could identify other potential markers for LAPs. Interleukin-3 alpha receptor- chain IL-3_ (CD123) has been suggested to be a marker of leukaemic stem cells (LSC). These cells are thought to be responsible for initiating and maintaining leukaemic cell growth post chemotherapy and hence to give rise to relapse of the disease. Therefore, we analysed 34 AML patients for expression of CD123 in the blast population and defined a population containing leukaemic stem cells using the immunophenotypic markers CD123+/CD34+/CD38-. Thirty-two (94%) of AML patients expressed CD123. We then used a molecular marker to determine whether CD123 expression was confined to the LSC. Thirtynine patients were screened for the presence of FMS-like tyrosine kinase 3 - internal tandem duplication (FLT3/ITD) as the most common molecular abnormality in AML patients. Of those, 12 (31%) were FLT3/ITD positive. In seven of them, CD34+/CD38-/CD123+ and CD34+/CD38-/CD123- populations were sorted to homogeneity by Fluorescence Activated Cell Sorting (BD FACSAriaTM Cell Sorter) and tested for FLT3/ITD. In six of seven patients with FLT3/ITD positive AML, we could not detect the mutation in the CD34+/CD38-/CD123- fraction, but the mutation was detected in the CD34+/CD38-/CD123+ fraction in all seven patients. This novel finding demonstrates that, the oncogenic event occurs in CD123 positive cells, thus supporting the concept that CD123 is a marker of the LSC in CD123 positive AML. This observation suggests novel treatment approaches employing surface marker CD123-targeting antibodies may be of use in the treatment of AML. In conclusion, we demonstrate that using five-colour MFC improves LAP detection in AML and enables MRD studies using immunophenotyping to be applied to virtually all AML patients. Additionally, it increases the sensitivity of the technique for detecting LAP populations. Moreover, evaluation of MRD post induction chemotherapy is the most sensitive time point for detection of MRD, with MRD levels >0.15% predicting relapse and worse prognosis. As an alternative to using individualised LAPs specific to each patient, CD34+/CD38-/CD123+ cells may in the future serve as a better marker for MRD studies. This marker identifies the putative LSC, which is responsible for regrowth of leukaemia and relapse of the disease. Thus, instead of looking at whole “blast” population which results in huge data analysis and interpretation for the different LAPs which may have different underlying biology, it may be more informative to look at the frequency of LSC after achieving CR using CD34+/CD38-/CD123+ as the single LAP for MRD studies. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1317088 / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Medicine, 2008