Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des maladies hématologiques hétérogènes caractérisées par une prolifération clonale des blastes myéloïdes qui s’infiltrent dans la moelle osseuse (MO), le sang et d’autres organes. Identifiée comme le type le plus courant de leucémie aiguë chez l’adulte avec 80% des cas, la LAM est synonyme de rechute et de mauvais pronostic, avec 70% des patients étant confrontés à une mortalité dans l’année suivant le diagnostic. La présence des cellules souches leucémiques (CSL) a été associée à une résistance à la chimiothérapie et à une rechute dans la LAM. Le microenvironnement tumoral a été décrit pour son rôle clé dans la régulation des CSL par l’interaction des voies de signalisation. La voie des Bone Morphogenetic Proteins (BMP) est fortement impliquée dans la régulation des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mais elle a également été reconnue pour réguler les CSL. Ici, nous avons identifié des concentrations élevées de BMP2 et BMP4 dans la MO des patients atteints de LAM au moment du diagnostic. De plus, nous avons identifié pour la première fois une nouvelle cascade de signalisation impliquant la liaison de BMP4 au récepteur BMPR1A, qui induit l’expression de ΔNp73 et NANOG. L’activation de cette signalisation favorise un phénotype proche des cellules souches dans les cellules leucémiques. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que cette voie est responsable de la capacité de résistance des cellules leucémiques à la chimiothérapie. En outre, nous avons identifié BMPR1A/ΔNp73/NANOG comme marqueurs potentiels du pronostic dans la LAM, en raison de leurs surexpressions au moment du diagnostic associé à une rechute dans les trois ans. Lorsque nous avons analysé des échantillons de LAM lors d’une rechute, nous avons constaté des taux plus élevés de l’isoforme ΔNp73 par rapport à ceux de patients au moment du diagnostic. D’autre part, nous avons identifié une forte expression du récepteur BMPR1A, ΔNp73, NANOG, SOX2 et ID1 dans les cellules leucémiques primaires résistantes à court terme. Ces résultats sont en corrélation avec ce que nous avons observé dans les cellules résistantes de LAM, où BMPR1A, ΔNp73, NANOG et ID1 semblent être impliqués dans la capacité de résistance des cellules de LAM face à la chimiothérapie. La modulation et le ciblage des éléments de la voie BMP et des gènes associés identifiés au travers de notre étude représentent donc une approche prometteuse pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes et plus efficaces contre les LAM / Acute myeloid leukemias (AML) are heterogeneous hematological malignancies characterized by a clonal proliferation of myeloid blasts which infiltrate the bone marrow, blood and other organs. Identified as the most common type of acute leukemia in adults with 80% of cases, AML is associated with high relapse and poor prognosis where 70% of patients face mortality within one year after diagnosis. Leukemic stem cell (LSCs) presence has been related to resistance to chemotherapeutic agents and relapse in AML. The tumor microenvironment has been described for its key role regulating LSCs through the crosstalk of signaling pathways. Bone Morphogenetic Proteins (BMP) pathway is highly involved in hematopoietic stem cell (HSC) regulation, but has also been recognized to regulate LSCs. Here, we have identified high concentrations of BMP2 and BMP4 in bone marrow (BM) AML samples at diagnosis. Furthermore, we have identified for the first time a new signaling cascade, involving the binding of BMP4 to BMPR1A receptor, which induces the expression of ΔNp73 and NANOG. Activation of this signaling promotes a stem-like phenotype in leukemic cells. Therefore, we hypothesized that this signaling is responsible for the resistant capacity of leukemic cells to chemotherapy. In addition, we have reported BMPR1A/ΔNp73/NANOG as potential AML prognosis markers, due to their overexpression at diagnosis associated to an increased rate of relapse of AML patients within three years. When we analyzed AML samples at relapse, higher levels of ΔNp73 isoform were found compared to patients at diagnosis. Moreover, we have identified high expression of the BMPR1A receptor, ΔNp73, NANOG, SOX2 and ID1 in short-term resistant primary leukemic cells. These results correlate with what we observed in AML resistant cells, where BMPR1A, ΔNp73, NANOG and ID1 seem to be implicated in driving the resistant capacity of AML cells to drug therapy. Therefore, modulation and targeting of the BMP pathway elements and related genes identified with our study, represent a promising approach towards the development of new and more effective therapeutic strategies against AML

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Une des causes d’échec les plus importantes dans la prise en charge des cancers est la rechute, reflet de la persistance de cellules souches cancéreuses. Les leucémies aiguës myéloïdes représentent la forme principale de leucémie aiguë chez l’adulte et sont caractérisées par une prolifération excessive de cellules immatures et un défaut d’apoptose. En haut de la hiérarchie clonale, les cellules souches leucémiques (CSL) au travers de leurs capacités fonctionnelles participent à l’initiation et la maintenance de la maladie. Ces cellules sont régulées à la fois de façon extrinsèque au travers du microenvironnement et de façon intrinsèque notamment les facteurs de transcription.Notre équipe travaille sur le récepteur à la vitamine D (VDR) et son ligand la vitamine D (VD) et a mis en évidence une synergie d’action entre chélation martiale et VD afin de lever le blocage de différenciation des LAM avec une toxicité réduite (Callens et al, JEM 2010). Une étude clinique rétrospective a été conduite mettant en évidence qu’un taux de vitamine D élevé chez les patients atteints de LAM avant tout traitement leur confère un meilleur pronostic (Paubelle, Zylbersztejn et al, Plos One 2013) . Nous poursuivons donc ce projet sur l’étude la voie VD/VDR dans la maintenance des cellules souches hématopoïétiques et sa dérégulation dans la LAM. Mon projet doctoral a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie des BMP et du VDR) dans le maintien des cellules souches leucémiques de LAM. Notre hypothèse de travail est que le récepteur à la vitamine D en plus de son rôle différenciant connu, aurait un impact sur le maintien des cellules souches hématopoïétiques normales et de LAM et que son mécanisme d’action passerait par la voie des Bone Morphogenetic Protein. Nous avons dans un premier temps démontré l’importance du VDR dans la régulation des CSH et pu tester l’intérêt de l’emploi de son ligand afin de cibler spécifiquement les cellules souches leucémiques dans des modèles pré-cliniques. Enfin nous avons pu confirmer la dérégulation de cette voie dans des cellules primaires de LAM et la régulation de ce récepteur par la voie des Bone Morphogenetic Protein. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension dans la biologie des CSH et de leur dérégulation dans la LAM / One of the most important causes of failure in the management of cancer is relapse, due to cancer stem cells persistence. Acute Myeloid Leukemias (AML) are the major form of acute leukemia in adults and are characterized by excessive proliferation of immature cells and apoptosis defect. At the top of the clonal hierarchy, leukemic stem cells (LSC) through their functional abilities participate in the initiation and maintenance of the disease. These cells are regulated both extrinsically mechanisms through the microenvironment and intrinsically by transcription factors.Our team is working on the Vitamin D Receptor (VDR) and its ligand Vitamin D (VD) and has demonstrated a synergistic action between iron chelation and VD in order to lift the differentiation blocking of AML with reduced toxicity (Callens et al, JEM 2010). A retrospective clinical study was conducted showing that a high vitamin D level in patients with AML before any treatment gives them a better prognosis (Paubelle, Zylbersztejn et al, Plos One 2013). We are continuing this project on the study of the VD/VDR pathway in the maintenance of hematopoietic stem cells (HSC) and its deregulation in AML. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP and VDR pathway) in the maintenance of AML-LSC. Our working hypothesis is that the vitamin D receptor, in addition to its known differentiating role, would have an impact on the maintenance of normal HSC and AML and that its mechanism of action would be through the Bone Morphogenetic Protein pathway. We first demonstrated the importance of VDR in the regulation of HSCs and tested the interest of the use of its ligand to specifically target LSC in pre-clinical models. Finally we were able to confirm the deregulation of this pathway in primary AML cells and the regulation of this receptor by the Bone Morphogenetic Protein pathway. These works open up new perspectives in the understanding in CSH biology and their deregulation in AML.