La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL-T) est une hémopathie maligne qui représente 10 à 15% des LAL pédiatriques et 25% des LAL de l’adulte. Bien que la prise en charge et le pronostic (rémission dans 80-85% des cas) des LAL se soient améliorés au cours des 10 dernières années en partie dû à une meilleure stratification thérapeutique de ces entités malignes, le tableau clinique et le devenir des patients atteints de LAL-T restent péjoratif avec environ 30% de rechute dans les 2 années qui suivent le diagnostic. Au cours de ces dernières années, des sous-types spécifiques de LAL-T associés à une valeur pronostique ont été décrits et des thérapies ciblées devraient pouvoir être proposées à l’avenir. Dans ce contexte, mon travail de thèse a permis de définir et de mieux comprendre les différents niveaux de dérégulation de MYC dans les LAL-T à travers l’analyse moléculaire et biochimique de MYC et de ses principaux régulateurs sur une large cohorte protocolaire de LAL-T pédiatriques et adultes. Tout d’abord, nous montrons que l'expression de MYC est très variable et que des niveaux d'expression élevés sont observés dans de nombreux cas en absence de mutations NOTCH1/FBXW7. De plus, nos travaux mettent en évidence que la dérégulation post-traductionnelle de MYC, via l'axe PI3K/AKT à travers l'inactivation de PTEN, constitue une voie majeure d'activation de MYC dans les LAL-T. Ainsi, l'ensemble de ces résultats confirment la pertinence d’envisager des stratégies thérapeutiques ciblant MYC pour le traitement des LAL-T. Mon projet de thèse a également consisté en la génération d’un modèle murin original permettant de suivre les clones tumoraux surexprimant Myc depuis les étapes de développement (pré-)tumoral les plus précoces jusqu’aux étapes finales de progression maligne. / T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL) are malignant proliferations of thymocytes, which represent 10-15% of pediatric and 25% of adult ALL. Despite indisputable therapeutic progress, T-ALLs remain of poor prognosis. Patients often present with a high tumor load accompanied by a rapid disease progression, and about 30% of cases relapse within the first 2 years following diagnosis. It is now clear that significant improvements in therapy will require a more accurate knowledge of the oncogenes involved, as well as their oncogenic role within complex functional networks. In this context, my PhD project was focused on the understanding of the regulation of MYC in T-ALL. We demonstrate that MYC expression is highly variable and that high MYC expression levels can be generated independently of NOTCH1 pathway. Furthermore, we show that posttranscriptional deregulation of MYC constitutes a major alternative pathway of MYC activation in T-ALL, operating partly via the PI3K/AKT axis through down regulation of PTEN. Altogether, our results lend further support to the significance of therapeutic targeting of MYC in T-ALL pathogenesis. The second part of my project was to generate an original transgenic mouse model designed to “track” inducible MYC+ clones from the earliest steps of (pre-)malignant development to the onset of leukemia.

La maturation des cellules lymphoïdes T est un processus thymique hautement régulée où se mettent en place de manière ordonnée et successive les réarrangements des loci du TCRδ, γ, β et enfin α. Ceci nécessite des événements de recombinaisons somatiques V(D)J qui font intervenir les protéines RAG1/2, les séquences RSS jouxtant les segments V, D et J et des éléments régulateurs (enhancers) assurant une cis-régulation de ce processus. Le contrôle de la recombinaison V(D)J se fait grâce à divers mécanismes incluant des mécanismes épigénétiques, l'intervention de facteurs de transcription et la conformation/séquence des RSS (la règle 12/23 et la restriction B12/23). Les leucémies aiguës lymphoblastiques T (LAL-T) sont des proliférations malignes de blastes de phénotype thymique immature. Elles présentent des caractéristiques communes avec les progéniteurs T dont elles dérivent. Les anomalies cytogénétiques les plus fréquentes sont des translocations chromosomiques avec les loci TCRα/δ et TCRβ. La dérégulation, par translocation chromosomique, de nombreux oncogènes, comme le gène à homéodomaine TLX, ont été décrits dans les LAL-T. Les mécanismes moléculaires de ces anomalies, et notamment le rôle joué par la machinerie V(D)J ainsi que les mécanismes moléculaires intimes du blocage de différenciation observé restent cependant peu connus. Les leucémies, TLX1 ou TLX3 positive, se caractérisent par un blocage de maturation au stade cortical. Celui-ci se définit notamment par la présence de réarrangements complets du TCRβ, mais sans réarrangement du TCRα ni expression détectable du récepteur membranaire TCRαβ. Par un système de gène rapporteur, nous avons mis en évidence l'action répressive des protéines à homéodomaines TLX1 et TLX3 sur l'Enhancer Alpha (Eα). Puis l'interaction protéique entre ETS1 et TLX1/3 a été mise en évidence in vivo dans des lignées TLX positives. Enfin, nous montrons le recrutement des protéines TLX1/3, via ETS1, sur l'Eα. De manière intéressante, l'inactivation directe (knock-down par shRNA TLX1) ou indirecte (surexpression d'un TCRαβ exogène) de cette répression a pour conséquence une reprise de la différenciation T suivie d'une mort cellulaire par apoptose. De manière notable, cette apoptose est observé uniquement en condition de culture sur OP9DL1. Les cellules restent ainsi dépendantes du blocage de maturation dont la levée semble incompatible avec leur survie malgré l'accumulation de nombreux évènements oncogéniques. Parallèlement, en analysant les translocations TCRα/δ-TLX1 dans les LAL-T et dans le thymus d'individus sains, nous avons identifié un mécanisme d'auto-sélection clonal par addiction oncogénique. L'étude des translocations TCR-oncogènes sur une série de 280 LAL-T, nous a permis de confirmer la survenue des translocations TCRα/δ-oncogènes dans 19% de cas et TCRβ-oncogènes dans 14% des cas de LAL-T. Ce travail descriptif a permis l'identification de quatre nouveaux oncogènes impliqués dans les translocations TCR dans les LAL-T (LEF1, GNAQ, NKX2.4, IL2RB). Le clonage moléculaire des points de cassure a permis de mettre en évidence une absence d'intervention de la machinerie RAG au niveau de la cassure double brin de l'oncogène, soit une translocation de type 2. De façon intéressante, nous montrons un découplage entre le moment de survenue de la translocation (stade DN) et l'activation de l'oncogène (cortical, pré-αβ). Enfin nous avons mise en évidence un mécanisme de dérégulation oncogénique sensiblement différent en fonction du locus du TCR (α/δ ou β) impliqué dans la translocation. Cette étude descriptive, a permis de pointer l'implication fréquente des segments Dδ2 et Dδ3 dans les translocations chromosomiques et nous a amené à analyser les étapes les plus précoces de la thymopoïèse humaine. Nous avons pu mettre en évidence un ordonnement strict des réarrangements précoces de ce locus : Dδ2-Dδ3 précédant toujours les réarrangements impliquant les segments Jδ1. Le premier réarrangement Dδ2-Dδ3 à s'effectuer est détectable au stade de maturation Early Thymic Precursor ETP (CD34+ /CD1a-/CD7+/dim). De façon importante, nous montrons que le facteur de transcription RUNX1 est directement impliqué dans ce remaniement par sa fixation sur le Dδ2-23RSS et son interaction avec RAG1. Ainsi l'inactivation de RUNX1 dans des CD34+ de sang cordon, cultivés en condition de différenciation T a pour conséquence une absence totale de réarrangement Dδ2-Dδ3. L'ensemble de ces données met bien en évidence le rôle majeur de RUNX1 dans l'ordonnement précoce des réarrangements du TCRδ et pointe pour la première fois que ce locus, comme celui du TCRβ, est contrôlé par la restriction B12/23 chez l'Homme contrairement à ce qui est décrit chez la souris. Au final l'ensemble de ces expériences montre que l'oncogenèse et l'ontogénie T sont étroitement liées et qu'ainsi le blocage du processus de maturation physiologique T est un élément central du processus oncogénique dont les cellules leucémiques restent dépendantes pour leur survie. Ces résultats soulignent le potentiel de l'étude des LAL-T pour une meilleure compréhension de l'ontogénie T et ouvrent des perspectives originales de thérapie ciblée " différenciante ".

Les cellules T maturent dans le thymus lors d’un processus très régulé par l’intermédiaire de facteurs intrinsèques, comme des facteurs de transcription, et des facteurs extrinsèques (par exemple des cytokines des cellules stromales). L’acquisition du potentiel T au cours de la thymopoïèse, à partir d’un précurseur médullaire, se réalise grâce à des étapes successives définies par l’expression de molécules de surface et par les différents réarrangements des gènes du TCR qui sont ordonnés : le TCRd étant le premier à se produire, suivi par le TCRg et TCRb, pour finir par le TCRa. Les réarrangements du TCR restent également parfaitement ordonnancés dans les leucémies aigues lymphoblastiques T et ce malgré l’accumulation successive d’évènements oncogéniques. Il est ainsi possible de définir trois sous-groupes immunogénétiques de LAL-T ; (i) les formes immatures n’exprimant pas de TCRb cytoplasmique (ii) les LAL-T matures exprimant un TCR de surface et enfin (iii) les LAL-T intermédiaires, dites pré-ab, exprimant le TCRb en intracytoplasmique sans expression membranaire d’un hétérodimère ab ou gd. Dans ce dernier sous groupe de LAL-T de phénotype cortical, deux oncogènes à homéodomaines, TLX1 et TLX3, appartenant à la famille des gènes homéotiques orphelins NKL, sont souvent dérégulés. Nous avons précédemment mis en évidence le rôle direct des oncoprotéines TLX dans le processus de l’arrêt de maturation, grâce à leur interaction avec le facteur de transcription ETS1, bloquant l’expression et les réarrangements du TCRa. Néanmoins, une partie des LAL-T corticales ne surexprime ni TLX1 ni TLX3, posant la question de l’implication potentielle d’autres gènes de la famille NKL dans le blocage de maturation. Nous avons donc réalisé une analyse transcriptionnelle de l’ensemble des 46 gènes de la famille NKL dans une large série de LAL-T et comparé les résultats avec ceux obtenus dans des sous populations thymiques humaines triées. Nous avons ainsi identifié 10 gènes dérégulés de manière ectopique dans notre série de LAL-T, incluant 6 gènes dont la dérégulation était inconnue dans ce contexte. Par ailleurs, nous avons mis au point une approche complexe combinant une analyse en CGH-array haute résolution, le dosage allélique du locus TCRa et un système de RT-PCR multiplex afin d’étudier de manière exhaustive le statut du locus TCRa dans cette même série de LAL-T. Nos résultats ont ainsi montré que ces nouveaux gènes NKL aboutissent aussi à une répression du TCRa par un mécanisme similaire à celui observé avec les oncoprotéines TLX. Les lymphomes anaplasiques (ALCL), qui sont caractérisés par une expression aberrante d’ALK, issue de la t(2;5), expriment des marqueurs d’activation T (CD30), cytotoxique (granzyme, perforin, TIA1) et des réarrangements clonaux du TCR, mais sans signalisation du TCR/CD3. Le stade du développement lymphoïde T où est initié la lymphomagenèse est inconnu, il est possible que cette translocation se produise avant l’expulsion thymique. Pour étudier cette hypothèse, nous avons analysé l’ensemble des TCR (d,g,b,a) par PCR et CGH array dans une série d’ALCL humain et utilisé un modèle murin de lymphomagénèse T dans lequel NPM-ALK est exprimé à l’aide du promoteur de CD4. Nous avons croisé ce premier modèle avec des souris transgéniques RAG déficient et/ou en présence d’un transgène TCR (OT1), afin d’étudier le rôle du TCR dans le développement tumoral. Le modèle de lymphomagenèse identifié est basé sur une expression de NPM-ALK dès les stades précoces de la différenciation thymique, lorsque le transcrit de fusion peut remplacer le TCRb, et lors de l’expansion des thymocytes corticaux au niveau de la « b-sélection ». Un TCR est cependant nécessaire pour la sortie du thymus, bien que perdu lors du développement des ALCL en périphérie. En conclusion, nous avons montré l’implication du TCR dans deux modèles d’oncogenèse. (...) / T cells mature in the thymus through a highly regulated process mediated by intrinsic factors (e.g. transcription factors) and extrinsic factors (e.g. cytokines or stromal cells). The acquisition of T lymphoid commitment during thymopoiesis, originating from a bone marrow precursor, is carried out through successive stages defined by the expression of various surface molecules and the precisely ordered TCR gene rearrangements; TCRd being the first to occur, followed by the TCRg and TCRb, and finally TCRa. TCR rearrangements are also highly coordinated in T acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) despite the successive accumulation of oncogenic events. It is thus possible to define three immunogenetic subgroups of T-ALL; (I) the immature forms that do not express cytoplasmic TCRb, (ii) mature T-ALL which express a surface TCR and finally (iii) intermediate T-ALL, termed preab, which express intracytoplasmic TCRb without membrane expression of a TCR ab or gd Complex. In the latter subgroup, classically termed cortical T-ALL, two oncogenic transcription factors belonging to the NKL family of homeobox genes, TLX1 and TLX3, are commonly deregulated. We have previously demonstrated the direct role of TLX oncoproteins in the process of maturation arrest through their interaction with the ETS1 transcription factor, which blocks expression and rearrangements of TCRa. Not all cortical T-ALL cortical overexpress TLX1 nor TLX3, however, suggesting that other NKL family genes might be involved in the maturation arrest. We therefore, conducted a transcriptional analysis of all 46 NKL family genes in a large series of T-ALL and compared the results with those obtained in sorted human thymic subpopulations. We identified 10 ‘ectopic’ deregulated genes in T-ALL, including 6 genes whose deregulation was previously unknown in this leukemia. By combining high resolution CGH array, allelic of TCRa locus dosage and a novel TCRa RT-PCR multiplex, we show that these deregulated NKL genes also lead to inhibition of TCRa rearrangement, similar to that observed with TLX. These date demonstrate that homeobox inhibition of TCRa rearrangement is likely to explain the maturation arrest in the majority of cortical T-ALL, the commonest and most emblematic subgroup in this leukemia. Anaplastic lymphoma (ALCL), which are characterized by t(2;5) driven aberrant expression of ALK, express T activation markers (CD30), cytotoxic (granzyme, perforin, TIA1), and clonal TCR rearrangements in the intriguing absence of TCR/CD3 signaling. It is not clear at what stage of development ALCL lymphomagenesis is initiated, but as the expression of NPM is ubiquitous, it is possible that this translocation occurs before thymic egress. To investigate this, we analyzed all TCR(a,b,g,d) by PCR and CGH array in a series of human ALCL and compared these results with a T lymphomagenesis murine model in which NPM-ALK is regulated by the CD4 promoter. We crossed this first model with RAG deficient transgenic mice in the presence or not of a TCR transgene (OT1), to study the role of the TCR in tumor development. NPM-ALK expression from the earliest stages of thymic differentiation allow the fusion transcript to replace TCRb during the cortical thymic cellular expansion process known as "beta-selection". A TCR is, however, necessary for thymus egress, but is subsequently lost during the development of ALCL in the periphery, suggesting that the coexistence of TCR and NPM-ALK signaling is not compatible with lymphomagenesis and that the TCR may act as a tumor suppressor gene. In conclusion, we have delineated the involvement of TCRa in two models of oncogenesis. In T-ALL, NKL oncoproteins NKL prevent TCRa rearrangements and block cells at the highly proliferative TCRb-selection cortical thymic stage. In ALCL, a functional TCR appears to act as a tumor suppressor gene. Both models pave the way to differentiation therapy via TCR modulation.

Les cellules T maturent dans le thymus lors d’un processus très régulé par l’intermédiaire de facteurs intrinsèques, comme des facteurs de transcription, et des facteurs extrinsèques (par exemple des cytokines des cellules stromales). L’acquisition du potentiel T au cours de la thymopoïèse, à partir d’un précurseur médullaire, se réalise grâce à des étapes successives définies par l’expression de molécules de surface et par les différents réarrangements des gènes du TCR qui sont ordonnés : le TCRd étant le premier à se produire, suivi par le TCRg et TCRb, pour finir par le TCRa. Les réarrangements du TCR restent également parfaitement ordonnancés dans les leucémies aigues lymphoblastiques T et ce malgré l’accumulation successive d’évènements oncogéniques. Il est ainsi possible de définir trois sous-groupes immunogénétiques de LAL-T ; (i) les formes immatures n’exprimant pas de TCRb cytoplasmique (ii) les LAL-T matures exprimant un TCR de surface et enfin (iii) les LAL-T intermédiaires, dites pré-ab, exprimant le TCRb en intracytoplasmique sans expression membranaire d’un hétérodimère ab ou gd. Dans ce dernier sous groupe de LAL-T de phénotype cortical, deux oncogènes à homéodomaines, TLX1 et TLX3, appartenant à la famille des gènes homéotiques orphelins NKL, sont souvent dérégulés. Nous avons précédemment mis en évidence le rôle direct des oncoprotéines TLX dans le processus de l’arrêt de maturation, grâce à leur interaction avec le facteur de transcription ETS1, bloquant l’expression et les réarrangements du TCRa. Néanmoins, une partie des LAL-T corticales ne surexprime ni TLX1 ni TLX3, posant la question de l’implication potentielle d’autres gènes de la famille NKL dans le blocage de maturation. Nous avons donc réalisé une analyse transcriptionnelle de l’ensemble des 46 gènes de la famille NKL dans une large série de LAL-T et comparé les résultats avec ceux obtenus dans des sous populations thymiques humaines triées. Nous avons ainsi identifié 10 gènes dérégulés de manière ectopique dans notre série de LAL-T, incluant 6 gènes dont la dérégulation était inconnue dans ce contexte. Par ailleurs, nous avons mis au point une approche complexe combinant une analyse en CGH-array haute résolution, le dosage allélique du locus TCRa et un système de RT-PCR multiplex afin d’étudier de manière exhaustive le statut du locus TCRa dans cette même série de LAL-T. Nos résultats ont ainsi montré que ces nouveaux gènes NKL aboutissent aussi à une répression du TCRa par un mécanisme similaire à celui observé avec les oncoprotéines TLX. Les lymphomes anaplasiques (ALCL), qui sont caractérisés par une expression aberrante d’ALK, issue de la t(2;5), expriment des marqueurs d’activation T (CD30), cytotoxique (granzyme, perforin, TIA1) et des réarrangements clonaux du TCR, mais sans signalisation du TCR/CD3. Le stade du développement lymphoïde T où est initié la lymphomagenèse est inconnu, il est possible que cette translocation se produise avant l’expulsion thymique. Pour étudier cette hypothèse, nous avons analysé l’ensemble des TCR (d,g,b,a) par PCR et CGH array dans une série d’ALCL humain et utilisé un modèle murin de lymphomagénèse T dans lequel NPM-ALK est exprimé à l’aide du promoteur de CD4. Nous avons croisé ce premier modèle avec des souris transgéniques RAG déficient et/ou en présence d’un transgène TCR (OT1), afin d’étudier le rôle du TCR dans le développement tumoral. Le modèle de lymphomagenèse identifié est basé sur une expression de NPM-ALK dès les stades précoces de la différenciation thymique, lorsque le transcrit de fusion peut remplacer le TCRb, et lors de l’expansion des thymocytes corticaux au niveau de la « b-sélection ». Un TCR est cependant nécessaire pour la sortie du thymus, bien que perdu lors du développement des ALCL en périphérie. En conclusion, nous avons montré l’implication du TCR dans deux modèles d’oncogenèse. (...) / T cells mature in the thymus through a highly regulated process mediated by intrinsic factors (e.g. transcription factors) and extrinsic factors (e.g. cytokines or stromal cells). The acquisition of T lymphoid commitment during thymopoiesis, originating from a bone marrow precursor, is carried out through successive stages defined by the expression of various surface molecules and the precisely ordered TCR gene rearrangements; TCRd being the first to occur, followed by the TCRg and TCRb, and finally TCRa. TCR rearrangements are also highly coordinated in T acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) despite the successive accumulation of oncogenic events. It is thus possible to define three immunogenetic subgroups of T-ALL; (I) the immature forms that do not express cytoplasmic TCRb, (ii) mature T-ALL which express a surface TCR and finally (iii) intermediate T-ALL, termed preab, which express intracytoplasmic TCRb without membrane expression of a TCR ab or gd Complex. In the latter subgroup, classically termed cortical T-ALL, two oncogenic transcription factors belonging to the NKL family of homeobox genes, TLX1 and TLX3, are commonly deregulated. We have previously demonstrated the direct role of TLX oncoproteins in the process of maturation arrest through their interaction with the ETS1 transcription factor, which blocks expression and rearrangements of TCRa. Not all cortical T-ALL cortical overexpress TLX1 nor TLX3, however, suggesting that other NKL family genes might be involved in the maturation arrest. We therefore, conducted a transcriptional analysis of all 46 NKL family genes in a large series of T-ALL and compared the results with those obtained in sorted human thymic subpopulations. We identified 10 ‘ectopic’ deregulated genes in T-ALL, including 6 genes whose deregulation was previously unknown in this leukemia. By combining high resolution CGH array, allelic of TCRa locus dosage and a novel TCRa RT-PCR multiplex, we show that these deregulated NKL genes also lead to inhibition of TCRa rearrangement, similar to that observed with TLX. These date demonstrate that homeobox inhibition of TCRa rearrangement is likely to explain the maturation arrest in the majority of cortical T-ALL, the commonest and most emblematic subgroup in this leukemia. Anaplastic lymphoma (ALCL), which are characterized by t(2;5) driven aberrant expression of ALK, express T activation markers (CD30), cytotoxic (granzyme, perforin, TIA1), and clonal TCR rearrangements in the intriguing absence of TCR/CD3 signaling. It is not clear at what stage of development ALCL lymphomagenesis is initiated, but as the expression of NPM is ubiquitous, it is possible that this translocation occurs before thymic egress. To investigate this, we analyzed all TCR(a,b,g,d) by PCR and CGH array in a series of human ALCL and compared these results with a T lymphomagenesis murine model in which NPM-ALK is regulated by the CD4 promoter. We crossed this first model with RAG deficient transgenic mice in the presence or not of a TCR transgene (OT1), to study the role of the TCR in tumor development. NPM-ALK expression from the earliest stages of thymic differentiation allow the fusion transcript to replace TCRb during the cortical thymic cellular expansion process known as "beta-selection". A TCR is, however, necessary for thymus egress, but is subsequently lost during the development of ALCL in the periphery, suggesting that the coexistence of TCR and NPM-ALK signaling is not compatible with lymphomagenesis and that the TCR may act as a tumor suppressor gene. In conclusion, we have delineated the involvement of TCRa in two models of oncogenesis. In T-ALL, NKL oncoproteins NKL prevent TCRa rearrangements and block cells at the highly proliferative TCRb-selection cortical thymic stage. In ALCL, a functional TCR appears to act as a tumor suppressor gene. Both models pave the way to differentiation therapy via TCR modulation.

La leucémie aiguë lymphoblastique T (LAL-T) est une hémopathie maligne représentant environ 15% des LAL pédiatriques et 25% des LAL de l'adulte. Malgré l'amélioration de la prise en charge des LAL, le devenir des patients atteints de LAL-T reste péjoratif avec environ 30% de rechute dans les deux années suivant le diagnostic. En effet, les LAL-T constituent un groupe de leucémies particulièrement hétérogène dans lequel différents oncogènes sont activés dans des combinaisons diverses. De ce fait, l'identification de voies oncogéniques pouvant être ciblées thérapeutiquement reste un des défis majeurs dans la recherche translationnelle des LAL-T. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée au mode d'activation de deux oncogènes majeurs dans les LAL-T: les oncogènes MYC et TAL1. Nous avons montré que l'hyperactivation de la voie AKT, notamment à travers les mutations perte de fonction du gène PTEN induisait une augmentation de la protéine MYC. Nos résultats suggèrent que les axes MYC et PTEN/AKT pourraient représenter des cibles thérapeutiques potentielles dans les LAL-T. Nous avons alors conduit une étude pharmacologique révélant qu'in vitro plusieurs drogues induisent l'apoptose ou l'arrêt de prolifération des cellules de LAL-T. Par ailleurs, certaines de ces drogues sont responsables d'une inhibition de l'expression de MYC. L'efficacité de ces drogues est maintenant testée in vivo grâce à des souris immunodéficientes xénogreffées avec des cellules de LAL-T primaires humaines. / T-Cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL) are malignant proliferations of thymocytes which represents around 15% of pediatric and 25% of adult ALL. Despite indisputable therapeutic progress, T-ALL remains of poor prognosis and about 30% of cases relapse within the first 2 years following diagnosis. In fact T-ALL is a heterogeneous disease in which different oncogenes are activated in various combinations and this represents a major hurdle in the molecular analysis of T-ALL oncogenesis. During my thesis I investigated how MYC and TAL1, two key oncogenes in T-ALL, are activated. We showed that hyperactivation of AKT pathway, notably through PTEN loss-of-function mutations, gives rise to an increase of MYC protein level. Our data suggest that in T-ALL, MYC and PTEN/AKT axis may represent potential therapeutic targets. Then, we performed a pharmacological study which shows that, in vitro, several drugs lead to apoptosis or proliferation arrest of T-ALL cells. Moreover, some of those drugs impede MYC expression. The efficacy of these compounds are now tested in vivo using immunodeficient mice engrafted with primary human T-ALL blasts.

Les cellules T maturent dans le thymus lors d’un processus très régulé par l’intermédiaire de facteurs intrinsèques, comme des facteurs de transcription, et des facteurs extrinsèques (par exemple des cytokines des cellules stromales). L’acquisition du potentiel T au cours de la thymopoïèse, à partir d’un précurseur médullaire, se réalise grâce à des étapes successives définies par l’expression de molécules de surface et par les différents réarrangements des gènes du TCR qui sont ordonnés : le TCRd étant le premier à se produire, suivi par le TCRg et TCRb, pour finir par le TCRa. Les réarrangements du TCR restent également parfaitement ordonnancés dans les leucémies aigues lymphoblastiques T et ce malgré l’accumulation successive d’évènements oncogéniques. Il est ainsi possible de définir trois sous-groupes immunogénétiques de LAL-T ; (i) les formes immatures n’exprimant pas de TCRb cytoplasmique (ii) les LAL-T matures exprimant un TCR de surface et enfin (iii) les LAL-T intermédiaires, dites pré-ab, exprimant le TCRb en intracytoplasmique sans expression membranaire d’un hétérodimère ab ou gd. Dans ce dernier sous groupe de LAL-T de phénotype cortical, deux oncogènes à homéodomaines, TLX1 et TLX3, appartenant à la famille des gènes homéotiques orphelins NKL, sont souvent dérégulés. Nous avons précédemment mis en évidence le rôle direct des oncoprotéines TLX dans le processus de l’arrêt de maturation, grâce à leur interaction avec le facteur de transcription ETS1, bloquant l’expression et les réarrangements du TCRa. Néanmoins, une partie des LAL-T corticales ne surexprime ni TLX1 ni TLX3, posant la question de l’implication potentielle d’autres gènes de la famille NKL dans le blocage de maturation. Nous avons donc réalisé une analyse transcriptionnelle de l’ensemble des 46 gènes de la famille NKL dans une large série de LAL-T et comparé les résultats avec ceux obtenus dans des sous populations thymiques humaines triées. Nous avons ainsi identifié 10 gènes dérégulés de manière ectopique dans notre série de LAL-T, incluant 6 gènes dont la dérégulation était inconnue dans ce contexte. Par ailleurs, nous avons mis au point une approche complexe combinant une analyse en CGH-array haute résolution, le dosage allélique du locus TCRa et un système de RT-PCR multiplex afin d’étudier de manière exhaustive le statut du locus TCRa dans cette même série de LAL-T. Nos résultats ont ainsi montré que ces nouveaux gènes NKL aboutissent aussi à une répression du TCRa par un mécanisme similaire à celui observé avec les oncoprotéines TLX. Les lymphomes anaplasiques (ALCL), qui sont caractérisés par une expression aberrante d’ALK, issue de la t(2;5), expriment des marqueurs d’activation T (CD30), cytotoxique (granzyme, perforin, TIA1) et des réarrangements clonaux du TCR, mais sans signalisation du TCR/CD3. Le stade du développement lymphoïde T où est initié la lymphomagenèse est inconnu, il est possible que cette translocation se produise avant l’expulsion thymique. Pour étudier cette hypothèse, nous avons analysé l’ensemble des TCR (d,g,b,a) par PCR et CGH array dans une série d’ALCL humain et utilisé un modèle murin de lymphomagénèse T dans lequel NPM-ALK est exprimé à l’aide du promoteur de CD4. Nous avons croisé ce premier modèle avec des souris transgéniques RAG déficient et/ou en présence d’un transgène TCR (OT1), afin d’étudier le rôle du TCR dans le développement tumoral. Le modèle de lymphomagenèse identifié est basé sur une expression de NPM-ALK dès les stades précoces de la différenciation thymique, lorsque le transcrit de fusion peut remplacer le TCRb, et lors de l’expansion des thymocytes corticaux au niveau de la « b-sélection ». Un TCR est cependant nécessaire pour la sortie du thymus, bien que perdu lors du développement des ALCL en périphérie. En conclusion, nous avons montré l’implication du TCR dans deux modèles d’oncogenèse. (...) / T cells mature in the thymus through a highly regulated process mediated by intrinsic factors (e.g. transcription factors) and extrinsic factors (e.g. cytokines or stromal cells). The acquisition of T lymphoid commitment during thymopoiesis, originating from a bone marrow precursor, is carried out through successive stages defined by the expression of various surface molecules and the precisely ordered TCR gene rearrangements; TCRd being the first to occur, followed by the TCRg and TCRb, and finally TCRa. TCR rearrangements are also highly coordinated in T acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) despite the successive accumulation of oncogenic events. It is thus possible to define three immunogenetic subgroups of T-ALL; (I) the immature forms that do not express cytoplasmic TCRb, (ii) mature T-ALL which express a surface TCR and finally (iii) intermediate T-ALL, termed preab, which express intracytoplasmic TCRb without membrane expression of a TCR ab or gd Complex. In the latter subgroup, classically termed cortical T-ALL, two oncogenic transcription factors belonging to the NKL family of homeobox genes, TLX1 and TLX3, are commonly deregulated. We have previously demonstrated the direct role of TLX oncoproteins in the process of maturation arrest through their interaction with the ETS1 transcription factor, which blocks expression and rearrangements of TCRa. Not all cortical T-ALL cortical overexpress TLX1 nor TLX3, however, suggesting that other NKL family genes might be involved in the maturation arrest. We therefore, conducted a transcriptional analysis of all 46 NKL family genes in a large series of T-ALL and compared the results with those obtained in sorted human thymic subpopulations. We identified 10 ‘ectopic’ deregulated genes in T-ALL, including 6 genes whose deregulation was previously unknown in this leukemia. By combining high resolution CGH array, allelic of TCRa locus dosage and a novel TCRa RT-PCR multiplex, we show that these deregulated NKL genes also lead to inhibition of TCRa rearrangement, similar to that observed with TLX. These date demonstrate that homeobox inhibition of TCRa rearrangement is likely to explain the maturation arrest in the majority of cortical T-ALL, the commonest and most emblematic subgroup in this leukemia. Anaplastic lymphoma (ALCL), which are characterized by t(2;5) driven aberrant expression of ALK, express T activation markers (CD30), cytotoxic (granzyme, perforin, TIA1), and clonal TCR rearrangements in the intriguing absence of TCR/CD3 signaling. It is not clear at what stage of development ALCL lymphomagenesis is initiated, but as the expression of NPM is ubiquitous, it is possible that this translocation occurs before thymic egress. To investigate this, we analyzed all TCR(a,b,g,d) by PCR and CGH array in a series of human ALCL and compared these results with a T lymphomagenesis murine model in which NPM-ALK is regulated by the CD4 promoter. We crossed this first model with RAG deficient transgenic mice in the presence or not of a TCR transgene (OT1), to study the role of the TCR in tumor development. NPM-ALK expression from the earliest stages of thymic differentiation allow the fusion transcript to replace TCRb during the cortical thymic cellular expansion process known as "beta-selection". A TCR is, however, necessary for thymus egress, but is subsequently lost during the development of ALCL in the periphery, suggesting that the coexistence of TCR and NPM-ALK signaling is not compatible with lymphomagenesis and that the TCR may act as a tumor suppressor gene. In conclusion, we have delineated the involvement of TCRa in two models of oncogenesis. In T-ALL, NKL oncoproteins NKL prevent TCRa rearrangements and block cells at the highly proliferative TCRb-selection cortical thymic stage. In ALCL, a functional TCR appears to act as a tumor suppressor gene. Both models pave the way to differentiation therapy via TCR modulation.

Le blocage du processus de maturation est un élément central de l’oncogenèse des LAL-Tcomme en témoigne la forte corrélation observée entre le stade d’arrêt de maturation et le type d’oncogène dérégulé. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l’arrêt de différenciation est une piste de choix dans la recherche de thérapie« différenciante ». Les LAL-T qui expriment les oncogènes TLX1/HOX11 et TLX3/HOX11L2correspondent à des lymphoblastes T ayant arrêté leur développement au stade cortical « préalphabeta». A ce stade, les thymocytes expriment une chaine TCRβ mais n’expriment pas la protéine TCRα. Une analyse moléculaire du locus TCRα montre que ce dernier n’est pas réarrangé dans ces LAL-T. Notre hypothèse est que les oncoprotéines TLX1 et TLX3bloquent l’expression et le réarrangement du locus TCRα et ainsi sont directement impliqués dans l’arrêt de la différentiation au stade pré-αβ. La mise en route des réarrangements aulocus TCRα est sous le contrôle d’un élément de régulation de la transcription situé en 3’ dulocus : l’enhancer alpha (Eα) dont l’activation nécessite les facteurs de transcription ETS1,RUNX1 et LEF1. Nous avons montré que l’expression de TLX1/3 réprime l’activité transcriptionnelle de l’enhanceosome Eα, que cette répression est dépendante de l’homéodomaine et qu’elle est spécifique et dose dépendante. De plus, nous avons mis en évidence que cette répression exercée par TLX1/3 est possible par une interaction protéine/protéine mise en évidence par Co-IP avec ETS1. Nous avons montré par EMSA que ETS1recrute TLX1/3 au niveau de Eα et confirmé ces résultats in vivo par la technique de ChIP.Par ailleurs, par une approche fonctionnelle de ‘knockdown’, nous avons utilisé des lentivirus contenant des vecteurs shRNAs de TLX1 et TLX3 afin d’éteindre leur expression dans les lignées cellulaires LAL-T qui l’exprime (respectivement ALL-SIL et DND-41). Ces expériences nous ont permis d’observer qu’au sein de ces lignées LAL-T TLX+, la down-régulation des oncogènes TLX1/3 est accompagnée d’une réactivation de l’Eα, traduite par la présence d’expression de transcrits germinaux du TCRα. L’ensemble de nos résultats suggère que TLX1/3 sont impliqués dans l’inhibition du locus TCRα et, par conséquence dans l’arrêt de différenciation observé dans ces leucémies / Acute lymphoblastic leukemias (ALL) are characterized by multi-step oncogenic processesleading to a cell differentiation arrest. Improved understanding of the underlying molecular mechanisms is a prerequisite for targeted therapeutic approaches. In T lineage ALLs, over expressionof the orphan homeobox factors, TLX1 or TLX3 is associated with a corticalthymic maturation arrest. We demonstrate that both TLX1 and TLX3 proteins interact withETS1, an essential component of the TCRα gene-enhanceosome, resulting in repression ofenhancer activity, blocked TCR-Jα rearrangement, and auto-extinction of clones with a TCRαenhancer driven TLX1-TCRδ chromosomal translocation. Our results identify novel functionsfor homeodomain proteins during T-cell development and imply that TLX1/3 exert an ETS1-dependent block to αβ T-cell maturation in T-ALLs, there fore representing promising targets for differentiation therapy

La voie de signalisation Notch est conservée au cours de l'évolution. Elle joue un rôle clé dans le développement, et elle est impliquée dans de nombreuses décisions de destin cellulaire, dans le maintien des cellules souches, et dans le contrôle de la prolifération et de la différenciation cellulaires. Une dérégulation de la signalisation Notch est impliquée dans diverses maladies et cancers, y compris les tumeurs solides, comme les cancers du sein et du col de l'utérus, et les leucémies, comme la Leucémie Aiguë Lymphoblastique des cellules T (LAL-T). Notch est un récepteur transmembranaire activé par des ligands transmembranaires de la famille DSL (Delta/Serrate/Lag-2). Bien que plusieurs mutations oncogéniques ont été identifiées au niveau du récepteur Notch, de nombreux cancers modulés par Notch demeurent ligand-dépendants. Étonnamment, les mécanismes moléculaires régulant l'activation du ligand sont encore relativement peu caractérisés par rapport à ceux qui régissent le récepteur Notch lui-même. Utilisant un essai de co-culture avec un rapporteur luciférase de Notch, nous avons effectué le premier crible d'ARNi pan-génomique visant spécifiquement à identifier des régulateurs des ligands de Notch dans la cellule émettrice du signal. Nous avons ainsi pu découvrir de nouvelles classes de régulateurs communs pour les ligands Delta-like1 et 4. Ces régulateurs comprennent des inhibiteurs de protéases, des facteurs de transcription, et des gènes divers à fonction inconnue, tels que Tmem128 « Transmembrane protein 128 », ou à fonction préalablement caractérisée tels que la co-chaperonne moléculaire Cdc37 « Cell division cycle 37 homolog ». Par la suite, nous avons développé des cribles secondaires fonctionnels où nous avons démontré l'importance de ces régulateurs pour des événements Notch-dépendants, comme la différenciation des cellules T normales, et la survie des cellules souches pré-leucémiques isolées à partir d'un modèle murin de LAL-T. En outre, nous avons prouvé que les régulateurs les plus forts du crible de survie sont également nécessaires pour l'activité d'auto-renouvellement des cellules souches pré-leucémiques. Finalement, nous avons entamé une caractérisation moléculaire préliminaire de deux régulateurs nouvellement identifiés; Tmem128 et Cdc37 afin d'étudier leur mécanisme d'action sur les ligands. En conclusion, cette étude nous a permis d'identifier de nouveaux régulateurs de la voie Notch qui pourraient servir de cibles thérapeutiques potentielles dans les cancers; tel qu'illustré par le modèle LAL-T. La compréhension des détails moléculaires sous-jacents aux fonctions de ces régulateurs sera essentielle afin de développer des inhibiteurs pharmacologiques pour bloquer leur action et entraver la signalisation Notch dans le cancer. / The Notch signalling pathway is evolutionarily conserved. It plays a key role in development and it is involved in multiple cell fate decisions, in the maintenance of stem cells, and in the regulation of cell proliferation and differentiation. Misregulation of Notch signalling is implicated in various diseases and cancers including solid tumours, such as breast and cervical cancers, and leukemias, such as T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL). Notch is a transmembrane receptor activated by transmembrane ligands of the DSL family (Delta/Serrate/Lag-2). Whereas oncogenic mutations have been identified in the Notch receptor, many Notch-mediated cancers remain ligand-dependent. Strikingly, the molecular mechanisms that regulate ligand activation are still poorly characterized as compared to those regulating the Notch receptor itself. Using a co-culture assay with a luciferase Notch reporter, we performed the first genome-wide RNAi screen aiming specifically at identifying regulators of Notch ligands in the signal-sending cell. We thereby unraveled new classes of common regulators for both Delta-like1 and 4 ligands. These regulators include protease inhibitors, transcription factors and various genes of unknown function such as Tmem128 (Transmembrane protein 128), or of previously characterized function such as the molecular co-chaperone Cdc37 (Cell division cycle 37 homolog). We next developed functional secondary screens where we demonstrated that our hits are important for Notch-mediated events, such as normal T-cell differentiation, and survival of pre-leukemic stem cells (pre-LSCs) isolated from a mouse model of T-ALL. Moreover, we showed that top hits from the pre-LSC survival screen are also required for the self-renewal activity of pre-LSCs. Finally, we performed a preliminary molecular characterization of two newly identified regulators; Tmem128 and Cdc37 in order to investigate their mechanism of action on Delta-like ligands. Altogether, this study led to the identification of novel Notch pathway regulators that could serve as potential therapeutic targets in Notch cancers, as exemplified by the T-ALL model. Elucidating the finer details that underlie the molecular functions of these regulators will be critical to develop pharmacological inhibitors to counteract their action and impede Notch signalling in cancer.

Les membres de la famille Homeobox jouent un rôle critique dans le développement hématopoïétique normal. L'expression ectopique des gènes Homeobox provoque des désordres dans l'hématopoïèse et le développement de leucémies. L'oncogène TLX3 s'exprime de manière ectopique exclusivement dans les Leucémies Aiguës Lymphoblastiques T (LAL-T), avec un blocage des thymocytes à un stade de différentiation précoce cortical CD4+CD8+ DP. De nombreuses études ont investigué les mécanismes d'action des oncogènes TLX1/3, mais plusieurs questions restent en suspens. Durant ma thèse, j'ai étudié l'impact de l'expression ectopique de l'oncogène TLX3 sur le développement lymphocytaire T et les mécanismes de transformation leucémique associés. L'expression de TLX3 a provoqué le blocage des thymocytes à un stade DN2 avec une immortalisation des clones preleucémiques. Les souris transplantées avec les cellules TLX3 ont développé des tumeurs similaires aux LAL-T. Les analyses de ChIP-Seq et d'expression génique ont identifié un recrutement de TLX3 sur les enhancers spécifiques aux cellules T par le motif de fixation Ets/Runx1. Nos résultats suggèrent que la fixation de TLX3 sur les éléments cis-régulateurs peut contribuer à la transformation maligne des thymocytes en perturbant les réseaux transcriptionnels responsables de l'oncogenèse LAL-T. / It is now well established that members of the homeobox gene family play a critical role in normal hematopoietic cell development and that their unbalanced or ectopic expression can lead to characteristic perturbations in haemopoiesis and the onset of leukaemia. TLX3 expression in human haematologic malignancies is exclusive to T-ALL, where it is almost universally associated with transformation of early cortical CD4+CD8+ DP thymocytes. Multiple studies intensively investigated the mechanisms by which TLX1/3 oncogenes could promote complex tumor development, but many questions remain still unclear. During my thesis I investigated the impact of ectopic TLX3 expression on T cell development, and the initiating mechanisms of T-cell transformation leading to leukemia onset. Forced expression of TLX3 disrupted the thymic develoment at DN2-like stage giving rise to immortalized preleukemic clones. Following the transfer into immunodeficient mice TLX3 preleukemic cells initiated malignant cell transformation resulting into leukemia-like disease. Applying a combination of ChIP sequencing and gene expression profiling, we identified TLX3 recruitment onto T-cell specific enhancers via interaction with Ets1/Runx1 composite motif sites as preferential molecular events in the initial steps of TLX3-induced transformation. Thus our findings suggest that the genome-wide binding properties of TLX3 on cis-regulatory elements may contribute to its ability to promote thymocyte preleukaemic state via perturbation of transcriptional regulatory networks responsible for T-ALL oncogenesis.

Les leucémies aiguës (LA) sont un groupe hétérogène d'hémopathies malignes dues à latransformation oncogénique clonale des cellules souches hématopoïétiques (CSH). On distingue les LA myéloblastiques etlymphoblastiques (LAL). Les LAL sont classées selon le type de précurseur lymphoïde atteint, leur degré de maturité et leurs anomalies cytogénétiques.Le traitement permettant d'obtenir 80 à 90 % de rémission complète (RC) comporte une chimiothérapie d'induction, une consolidation et une intensification(intensification retardée ou allogreffe de CSH selon la situation pronostique). Néanmoins la survie globale à long terme n'est que de 40 à 50 %, du fait de la survenue de rechutes et de la toxicité des traitements. Différents groupes pronostiques basés sur la cytogénétique et la biologie moléculaire se dégagent,pouvant bénéficier de thérapeutiques adaptées. Dans les LAL à chromosome philadelphie (LAL à Ph),antérieurement de mauvais pronostic, les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) permettent d'obtenir 80% de RCavec cependant un taux de rechute non négligeable. Nous avons démontré qu'une intensification thérapeutique par autogreffe chez des patients avec une maladie résiduelle indétectable permettait une survie à long terme prolongée avec une toxicité moindre que celle de l'allogreffe. En montrant l'implication de l'autotaxine dans les mécanismes de résistance aux ITK dans les LAL à Ph, nous ouvrons la voie à l'utilisation potentielle de nouvelles thérapeutiques. Dans les LAL T, groupe considéré de bon pronostic, un tiers des patients rechute. Nous avons démontré que l'absence de mutation de Notch et/ou FBXW7 ou la présence de mutations de RAS ou PTEN était de mauvais pronostic identifiant un sous-groupe de LAL T dont le traitement devait être renforcé. Nos travaux ont ainsi contribué à l'identification des groupes pronostiques dans les LAL et à l'adaptation des traitements afin d'améliorer les chances de survie. / Acute leukemias are a heterogeneous groups of malignant hematological diseases due to the clonaloncogenic transformation of hematopoietic stem cells(HSTs). We distinguish acute myeloblastic leukaemiafrom acute lymphoblastic leukemia (ALL). ALLs are classified according to the type of lymphoid precursoraffected, its degree of maturity, and with associated cytogenetic abnormalities.Treatment incorporating induction therapy,consolidation, and intensification – delayedintensification or allogeneic stem cell transplantation(SCT) according to prognostic factors – enable 80 to 90% of complete remission (CR). Nevertheless, long-termoverall survival is only 40 to 50% because of relapseand treatment-related toxicity. Different prognosticgroups based on cytogenetic abnormalities andmolecular biology are emerging and patients from eachprognostic group can benefit from adapted therapies.In chromosome Philadelphia-positive ALL (Ph+ ALL) which used to be of particular bad prognosis, tyrosinekinase inhibitors (TKIs) enables 80% of CR but with ahigh-relapse risk. We demonstrated that high-dosetherapy followed by autologous SCT enables prolongedlong-term survival with less drug-related toxicity ascompared to allogeneic SCT in patients with undetectable minimal residual disease. By showing the implication of autotaxine in the resistance to TKIs inPh+ LAL, we enable the use of novel therapeutics inclinical practice.T-cell ALL is considered of poor prognosis as one thirdof patients relapse. In this group of patients we showedthat the absence of a Notch and/or a FBXW7 mutation or the presence of mutations in RAS or PTEN identified a subgroup of patients in whom the treatmentmust be intensified. Our research has contributed to the identification of prognostic groups in ALL and to theadjustment of treatment according to potential survival.