Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Les leucémies myéloïdes aiguës (LMA) sont des hémopathies rares, mais très agressives. Elles résultent d’un dérèglement du processus d’hématopoïèse qui se caractérise par une prolifération incontrôlée de cellules sanguines immatures engagées dans la lignée myéloïde. En dépit des traitements actuels qui reposent sur l’utilisation d’agents chimiothérapeutiques ciblant les cellules en prolifération, le pronostic des patients souffrants de LMA est très sombre. En effet, seuls 30% des patients souffrants de LMA survivent au-delà de 5 ans suivant la prise en charge thérapeutique. L’identification des acteurs participant au développement et au maintien des LMA est donc cruciale pour l’élaboration d’une stratégie thérapeutique efficace et ciblée. S100A8 et S100A9 sont des protéines fixatrices de calcium exprimées par les neutrophiles et les monocytes. Ce sont des alarmines jouant des rôles clés dans l’inflammation et dans des pathologies causées par une inflammation excessive. Les protéines S100A8 et S100A9 exercent également de multiples fonctions dans divers tumeurs solides. Elles favorisent la formation de niche pré-métastasique et inhibe la réponse immunitaire antitumorale. Une analyse du génome par séquençage a mis en évidence que S100A8 et S100A9 sont fortement exprimées chez les patients atteints de LMA. De plus, l’expression de la protéine S100A8 chez les patients souffrants de LMA serait corrélée avec un faible taux de survie. Principalement étudiées dans les tumeurs solides, les fonctions des protéines S100A8 et S100A9 dans les néoplasies hématologiques telles que les leucémies sont très peu documentées. Dans ces travaux de thèse, nous nous sommes donc intéressés aux rôles exercés par les protéines S100A8 et S100A9 dans les leucémies myéloïdes aiguës. À l’aide d’un modèle murin de LMA induit par la surexpression des facteurs HOXA9 et MEIS1 dans des cellules souches/progénitrices hématopoïétiques, nous avons démontré l’existence d’une fraction de cellules exprimant les protéines S100A8 et S100A9. Celle-ci est également retrouvée chez les patients atteints de leucémies aiguës myélomonocytaires et monocytaires (M4-M5 d’après la classification FAB). Les études menées in vivo et in vitro révèlent que la protéine S100A9 induit la différenciation des cellules leucémiques, tandis que la protéine S100A8, préviens l’effet de S100A9 permettant de maintenir ainsi le phénotype immature des cellules LMA. Le traitement par la protéine recombinante S100A9 permet d’accroitre la maturation des cellules LMA, diminue leur prolifération et prolonge la survie des souris LMA. De la même façon le traitement par les anticorps anti-S100A8 provoque un effet similaire au traitement par la protéine S100A9. Nos résultats suggèrent que de forts ratios de S100A9 sur S100A8 sont requis pour induire la différenciation des cellules LMA. Le mécanisme intracellulaire par lequel S100A9 induit la différenciation des cellules leucémiques a également été étudié dans le cadre de cette thèse. Nous avons identifié que S100A9 via la liaison au récepteur TLR (Toll-like receptor) active les voies de signalisations Mitogen Activated Protein Kinase p38, Jun N-terminal Kinase et extracellular signal-regulated kinases 1 et 2 et provoque la différenciation des cellules leucémiques. Les essais menés sur des cellules primaires de patients malades ont permis de confirmer la capacité de S100A9 et de S100A8 à réguler la différenciation des cellules leucémiques. En somme, les données présentées dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des rôles des protéines S100A8 et S100A9 dans la différenciation des cellules myéloïdes. Par ailleurs, nos données permettent également d’entrevoir les bénéfices thérapeutiques liés au blocage de S100A8 ou à l’augmentation de S100A9 dans les LMA. / Acute myeloid leukemias (AMLs) are rare but still aggressive hematological diseases. They are the result of a perturbed hematopoietic process characterized by an uncontrolled proliferation of hematopoietic cells committed to the myeloid lineage. Despite current therapy based on chemotherapeutic agents, aimed at killing proliferating cells, prognosis of AML patients is dismal and only 30 % of patients survived beyond 5 years. Identification of actors involved in the initiation and sustaining LMA is crucial to the development of efficient and targeted therapy strategy. S100A8 and S100A9 are calcium-binding proteins predominantly expressed by neutrophils and monocytes, and play key roles in both normal and pathological inflammation. Recently, both proteins were found to promote tumor progression through the establishment of pre-metastatic niches and to inhibit antitumor immune responses. Although S100A8 and S100A9 have been studied in solid cancers, their functions in hematological malignancies remain poorly understood. However, S100A8 and S100A9 are highly expressed in acute myeloid leukemia (AML), and S100A8 expression has been linked to a poor prognosis in AML. Although the roles of these proteins were studies in solid tumor, little is known in their functions in hematological malignancies. We studied in this thesis the role of S100A8 and S100A9 in acute myeloid leukemia. Using AML mouse model of AML surexpressing HOXA9 and MEIS1 in hematopoietic stem and progenitor cells, we identified a small subpopulation of cells expressing S100A8 and S100A9. This subpopulation was consistently found in AML samples from patients with myelomonocytic and monocytic leukemias (M4 and M5 according FAB classification). In vitro and in vivo analyses revealed that S100A9 induces AML cell differentiation, whereas S100A8 prevents differentiation induced by S100A9 activity and maintains AML immature phenotype. Treatment with recombinant S100A9 proteins increased AML cell maturation, induced growth arrest, and prolonged survival in an AML mouse model. Interestingly, anti-S100A8 antibody treatment had effects similar to S100A9 therapy in vivo, suggesting that high ratios of S100A9 over S100A8 are required to induce differentiation. In this thesis, the mechanism of S100A9 leading to differentiation of leukemic cells was also study. Our in vitro studies on the mechanisms/pathways involved in leukemic cell differentiation revealed that binding of S100A9 to toll-like receptor 4 (TLR4) promotes activation of p38 mitogen-activated protein kinase, extracellular signal-regulated kinases 1 and 2, and Jun N-terminal kinase signaling pathways, leading to myelomonocytic and monocytic AML cell differentiation. Overall, our findings indicate that S100A8 and S100A9 are regulators of myeloid differentiation in leukemia and have therapeutic potential in myelomonocytic and monocytic AMLs.

Le développement de la résistance aux drogues chimiothérapeutiques ou la chimiorésistance est un obstacle majeur dans les thérapies anti-cancer et représente un facteur important dans la rechute des patients. L'un des mécanismes majeurs impliqués dans la chimiorésistance est la capacité des cellules cancéreuses à adhérer aux cellules stromales et à la matrice extracellulaire de leurs microenvironnements. Dans ce contexte, les cellules leucémiques lymphoblastiques aiguës de type T (T-ALL) sont connues pour interagir avec la matrice extracellulaire via les molécules d'adhésion de la sous-famille des intégrines β1. Cependant, le rôle et l'importance de ces intégrines dans la chimiorésistance des cellules T-ALL restent encore mal compris. Dans ce travail, nous avons montré que l'adhésion des lignées cellulaires T-ALL humaines et des cellules T-ALL primaires aux matrices extracellulaires tridimensionnelles comme le matrigel et le gel de collagène de type I, favorise leurs résistances à la doxorubicine via l'intégrine β1. De plus, le blocage de l'intégrine β1 avec un anticorps bloquant spécifique sensibilise les xénogreffes de cellules T-ALL CEM à la doxorubicine. En effet, l'utilisation de l'anticorps AIIB2 bloquant l'intégrine β1 combiné à la doxorubicine diminue la charge leucémique dans la moelle osseuse et prolonge la survie des souris. En analysant les mécanismes impliqués, nous avons trouvé que l'adhésion au matrigel induisait la chimiorésistance des cellules T-ALL en favorisant l'efflux de doxorubicine via l'activation du transporteur de drogue ABCC1 (ATP Binding Cassette Subfamily C Member 1). Par ailleurs, le matrigel induit la phosphorylation de la tyrosine kinase d'adhésion focale PYK2 (FAK-related proline-rich tyrosine kinase 2) et l'inhibition de PYK2 avec l'inhibiteur VS-6063 ou un siRNA spécifique a montré que cette dernière était impliquée dans l'efflux de doxorubicine et la chimiorésistance induite par le matrigel. En plus des intégrines qui lient la matrice extracellulaire, nous avons également montré que l'intégrine α4β1 ou VLA-4 (Very late antigen 4) qui lie la molécule d'adhésion VCAM-1 (Vascular cell adhesion molecule 1) induisait également la chimorésistance des cellules T-ALL et ce, en activant l'efflux de doxorubicine qui est dépendante de PYK2 et non de la tyrosine kinase d'adhésion focale FAK. En conclusion, l'ensemble des résultats de cette thèse indique que la voie des intégrines β1 joue un rôle majeur dans la chimiorésistance des T-ALL. Nous avons également identifié un nouveau mécanisme de chimiorésistance activé par les intégrines et qui consiste dans l'activation de la tyrosine kinase PYK2 qui augmente la fonction du transporteur des drogues ABCC1. Finalement, nos résultats suggèrent que le ciblage thérapeutique de la voie intégrine β1/PYK2/ABCC1 dans les cellules T-ALL pourrait réduire la chimiorésistance des cellules T-ALL et la rechute des patients.

La leucémie lymphoïde chronique (LLC) est la forme adulte la plus fréquente dans le monde occidental. Les patients atteints présentent un parcours clinique très variable. Il s’avère important d’identifier de nouveaux marqueurs pronostiques et de nouvelles cibles thérapeutiques afin d’optimiser à la fois la prise en charge du patient et le traitement. Une étude antérieure de notre groupe révèle une surexpression en ARN du marqueur UGT2B17dans les lymphocytes d’un sous-groupe de patients LLC. Les niveaux d’expression UGT2B17 élevés sont associés à un mauvais pronostic et une réponse réduite aux traitements utilisant la fludarabine (FC/FCR). Bien que les UGT soient connus pour leur rôle important dans l’inactivation et l’élimination des médicaments, ces enzymes régulent aussi l’équilibre de molécules endogènes, notamment les hormones stéroïdiennes. L’hypothèse du projet de doctorat stipule qu’UGT2B17 module des fonctions cellulaires favorisant la progression de la LLC et la résistance aux médicaments. Ces effets peuvent être médiés via sa fonction enzymatique i) en modifiant certains substrats endogènes, entraînant un effet sur les voies cellulaires, influençant le profil oncogénique des cellules LLC et ii) en inactivant les composés pharmacologiques, entraînant ainsi une réponse réduite au traitement anti leucémique. Une première étude a permis d’établir les liens entre les niveaux d’expression d’UGT2B17, l’exposition hormonale, et la survie des patients leucémiques (n=156). Nos travaux révèlent une perturbation des niveaux hormonaux chez les patients atteints de LLC comparés aux sujets sains. De plus, les niveaux de certaines hormones stéroïdiennes sont associés à la survie des patients et ce, de manière différente selon le sexe. Cela suggère un dimorphisme sexuel quant à l’influence des voies hormonales sur la progression de la maladie. Toutefois, ces effets semblent indépendants du statut génétique et d’expression d’UGT2B17, l'UGT prédominante dans les lymphocytes B. Conformément à la signature pronostique défavorable associée à UGT2B17 in vivo, sa surexpression dans des modèles cellulaires est associée à une prolifération accrue des lymphocytes B. Les analyses transcriptomiques révèlent qu'un taux élevé d'UGT2B17 est associé à une altération de gènes liés à la prostaglandine E2 (PGE₂), à la fois dans les modèles et dans une cohorte de 448 patients LLC. Les analyses fonctionnelles montrent que le PGE₂ favorise l’apoptose des cellules leucémiques de patients et réduit la prolifération des modèles cellulaires. Son effet est partiellement aboli par l’expression élevée d’UGT2B17. Les analyses enzymatiques démontrent qu’UGT2B17 inactive PGE₂ par sa conjugaison à l’acide glucuronique (GlcA), ce qui entraîne la formation de deux glucuronides (G). Ceci est soutenu par l’inactivation efficace de PGE₂ en PGE₂-G dans les cellules de patients atteints de LLC exprimant UGT2B17. Pour cette seconde étude, nous concluons que la glucuronidation du PGE₂ par l’enzyme UGT2B17 altère les effets anti-oncogéniques de PGE2 dans les cellules leucémiques, contribuant possiblement à la progression de la maladie chez les patients atteints de LLC présentant des niveaux élevés d'UGT2B17. Nous avons par la suite étudié l’implication de l’enzyme UGT2B17 dans l'inactivation de la fludarabine et de thérapies ciblées émergentes, et si cette voie affecte la réponse au traitement. Des niveaux élevés d'UGT2B17 sont associés à une sensibilité réduite à la fludarabine, l'ibrutinib et l'idelalisib dans deux modèles cellulaires lymphoïdes. Comme chez les patients atteints de LLC traités à la fludarabine, l'exposition des modèles à la l'ibrutinib et l'idelalisib induit l'expression d’UGT2B17. Nos résultats révèlent que l'UGT2B17 affecte possiblement la signalisation de la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK) et que son expression est régulée par un promoteur alternatif. Outre la fludarabine, l'ibrutinib et l'idelalisib, nous avons démontré la formation de glucuronides par spectrométrie de masse pour un nombre important de médicaments utilisés en LLC. La majorité de ces antileucémiques sont conjugués par UGT1A4, alors que la fludarabine, le venetoclax, le cerdulatinib et le chlorambucil sont également conjugués par UGT2B17. Les glucuronides de la fludarabine et de l’ibrutinib sont détectés en circulation des patients LLC traités. Ces données supportent un mécanisme spécifique pour la modification de la réponse au médicament par UGT2B17 impliquant l’inactivation directe du médicament dans les cellules B néoplasiques, contribuant ainsi à la réponse au traitement chez les patients atteints de LLC présentant des niveaux élevés d'UGT2B17. Cependant, nos résultats suggèrent des mécanismes additionnels pour les molécules qui ne sont pas des substrats de l’enzymeUGT2B17.

La protéine Tax du virus HTLV-1 a les propriétés d'un oncogène viral et joue un rôle important dans l'induction de la transformation cellulaire menant à l'ATL. L'activité oncogène de Tax résulte d'effets pléiotropes sur divers mécanismes cellulaires y compris l'activation de l'expression de gènes cellulaires spécifiques par la voie NF-&61547;B et la dérégulation de la progression du cycle cellulaire. Dans ce travail, nous avons mis en évidence que Tax est une protéine hautement modifiée dans diverses lignées cellulaires y compris dans les lymphocytes T transformés par HTLV-1. L'ensemble des modifications post-traductionnelles de Tax forment une suite hiérarchisée qui contrôlent la localisation intracellulaire de Tax, sa capacité d'activer les kinases IKK et la voie de signalisation des facteurs NF-&61547;B et sa capacité d'induire un arrêt dans la progression de la mitose. En effet, la phosphorylation de Tax contrôle son ubiquitination et son passage dans le noyau où elle est sumoylée et acétylée. L’ubiquitination et la sumoylation de Tax agissent de manière concertée pour permettre l’activation de l’expression des gènes par la voie NF-& / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Stimuler le système immunitaire est un enjeu majeur dans le traitement des leucémies aigües. Nous avons centré notre étude sur la leucémie aigüe myéloïde (LAM) et la leucémie à cellules dendritiques plasmacytoïdes (LAPDC). Dans une première partie, nous avons étudié les médicaments immunomodulateurs (IMiDs) utilisés dans le traitement du myélome multiple et des syndromes myélodysplasiques à délétion 5q. Les IMiDs présentent des propriétés anti-angiogéniques, anti-prolifératives, pro-apoptotiques, et immunomodulatrices en particulier sur les cellules NK (Natural Killer). Nous avons évalué les effets anti-leucémiques des IMiDs (lenalidomide et pomalidomide) dans le but d’améliorer l’activité cytotoxique des NK dans la LAM. Nous avons mis en évidence une altération de la survie des blastes de LAM par les IMiDs in vitro, et dans un modèle in vivo de greffe dans les souris immunodéficientes NOD/SCID/IL2rg-/- (NSG). Nous avons également montré une sensibilisation par les IMiDs des blastes de LAM à la lyse par les NK allogéniques, indépendamment de la cible moléculaire connue, le cereblon. Le traitement des blastes de LAM par IMiDs stimule les fonctions NK. Enfin, nous avons décrit des modifications phénotypiques induites par les IMiDs sur les récepteurs NK, et une diminution d’expression de HLA-classe I sur les cellules de LAM. Ces résultats encouragent la poursuite du développement des IMiDs dans la LAM, en particulier les associations stimulant les fonctions NK. Dans une seconde partie, nous avons développé un modèle murin de LAPDC dans la souris NSG. Cet outil préclinique est indispensable dans l’élaboration de stratégies d’immunothérapie dans les leucémies aigües. / Boosting the Immune System is a major challenge in the treatment of acute leukemias. We focused our study on acute myeloid leukemia (AML) and plasmacytoid dendritic cell leukemia (BPDCN). In the first part, we studied immunomodulatory drugs (IMiDs) that are currently used in the treatment of patients with myeloma and myelodysplastic syndrome with 5q deletion. IMiDs exhibit anti-angiogenesis, anti-proliferative, pro-apoptotic, and immunomodulatory properties especially on NK cells and T lymphocytes. We investigated the anti-leukemic effects of two IMiDs (lenalidomide and pomalidomide) in order to improve NK cell cytotoxic activity in AML. We have shown that IMiDs impaired survival of AML blasts in vitro, and in vivo in NOD/SCID/IL2rg-/- (NSG) murine model. In addition, IMiDs treatment sensitized AML blasts to allogeneic NK cell mediated lysis, independently of Cereblon, the known molecular target of IMiDs. IMiDs treatment of AML blasts enhanced NK cell functions such as degranulation and cytokine production. Finally, we have described phenotypic changes induced by IMiDs on NK receptors, and a down-regulation of HLA-class I on AML blasts. These results encourage continuing investigation for the use of IMiDs in AML, especially in combination with immunotherapies based on NK cells. In a second part, we have developed a murine model of plasmacytoid dendritic cell leukemia (BPDCN) in NSG mice. Murine model of leukemia are essential preclinical tools in the development of new immunotherapies in acute leukemias.

Les protéines de choc thermiques (HSP) sont des chaperons moléculaires qui stabilisent le pliage et la conformation de protéines normales et oncogéniques, prévenant la formation d'agrégats protéiques. Elles sont impliquées dans la régulation de l'apoptose, de la survie cellulaire et dans la cancérogénèse. HSP90 est la protéine chaperone majeure de stabilisation d'oncogènes impliqués dans les hémopathies malignes. L'objectif de notre travail était de déterminer l'implication de HSP90 dans différents types d'hémopathies malignes, les Leucémies Aiguës Myéloïdes (LAM), les Syndromes Myélodysplasiques (SMD) et les Leucémies Aiguës Lymphoblastiques (LAL), et de tester son inhibition par un inhibiteur spécifique, la tanespimycine (17- AAG). Dans les LAM, nous avons évalué l'implication des différentes isoformes de la protéine dans la résistance aux chimiothérapies et aux inhibiteurs de HSP90. Ce travail met en évidence la valeur péjorative de l'expression de HSP90 dans les différents sous types d'hémopathies, corrélant avec un risque de rechute élevé ou d'évolution vers des formes plus agressives. L'utilisation de la tanespimycine a permis de déclencher l'apoptose dans les cellules immatures impliquées dans ces pathologies. HSP90 constitue donc une protéine majeure de la cellule leucémique, et son ciblage offre des perspectives intéressantes dans le traitement des hémopathies malignes / Heat shock proteins (HSP) are molecular chaperones that stabilize the folding and conformation of normal and oncogenic proteins, preventing the formation of protein aggregates. They are involved in the regulation of apoptosis, cell survival and carcinogenesis. HSP90 is the major chaperone implicated in stabilization of oncogenes involved in hematologic malignancies. The aim of our study was to determine the involvement of HSP90 in various types of malignancies, Acute Myeloid Leukemia (AML), Myelodysplastic Syndromes (MDS) and Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL) and to test its inhibition by a specific inhibitor, the tanespimycine (17-AAG). In acute myeloid leukemia, we evaluated the involvement of different isoforms of the protein in resistance to chemotherapy and inhibitors of HSP90. This work highlights the pejorative value of HSP90 expression in different subtypes of malignancies, correlated with a high risk of relapse or progression to more aggressive forms. Use of tanespimycine has triggered apoptosis in immature cells involved in these diseases. HSP90 is therefore a major protein of the leukemic cell and its targeting offers interesting perspectives in the treatment of hematologic malignancies

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Le système de communication SCF/KIT est impliqué dans le développement et l’homéostasie de plusieurs lignages cellulaires. Des dysfonctionnements de la voie sont à l’origine de pathologies affectant ces compartiments. En particulier, des mutations gain-de-fonction, qui entraînent l’activation constitutive du récepteur à activité tyrosine kinase KIT, sont responsables de néoplasies chez l’homme.L’objectif des travaux réalisés durant cette thèse était d’étudier certaines spécificités de la signalisation de formes oncogéniques de KIT, ceci dans le modèle du mastocyte transformé par l’oncogène KIT-D816V. Cette étude a été menée au niveau proximal sur le récepteur lui-même ainsi qu’au niveau distal sur la voie STAT ,une des voies de signalisation spécifiquement activée de manière constitutive par le récepteur mutant.Au niveau proximal, nous avons pu montrer que le motif dityrosine Y568-Y570situé dans le domaine juxtamembranaire de hKIT est une plateforme majeure de recrutement des effecteurs de la signalisation intracellulaire avec au moins 15partenaires différents recrutées. Par ailleurs l’étude de modèles cellulaires dans des analyses liées aux fonctions physiologiques du récepteur réalisés in vitro et in vivo ont révélé que le site est impliqué dans la régulation négative du signal transformant issu de l’oncogène KIT-D816.Au niveau distal, nous avons analysé les mécanismes de phosphorylation des protéines STAT1, -3 et -5 ainsi que l’importance fonctionnelle de leur activation dans la transformation dépendante de KIT-D816. Nous avons ainsi étudié la contribution de différentes kinases dans les phosphorylations activatrices des STATs sur tyrosine et serine. Nos résultats suggèrent que seul STAT5 a une activité transcriptionnelle dans nos modèles suggérant une implication potentielle non canonique des STAT1et -3 dans la transformation dépendante de KIT-D816.L’ensemble de nos travaux contribue à une meilleure compréhension des mécanismes de l’oncogenèse dépendante de KIT-D816, un point critique dans le développement raisonné de thérapeutiques anticancéreuses ciblées. / The receptor tyrosine kinase KIT and its ligand, the stem cell factor (SCF), are implicated both in the development and the homeostasis of multiple cell lineages. Dysfunctions in the KIT/SCF pathway are involved in several pathologies affecting these compartments. In particular, gain-of-function mutations that lead to constitutive activation of the receptor KIT are found in human neoplasia.The purpose of this thesis project was to investigate some differences between normal and oncogenic signalling of KIT receptor using mast cells transformed by the KIT-D816 oncogene as a model. This question was analysed at aproximal level on the oncogenic receptor itself and at a more distal level on the STAT signal transduction pathway, which is specifically and constitutively activated by theKIT-D816 mutant.At the proximal level, we show that the juxtamembrane dityrosine motif Y568-Y570 of KIT is the major platform of recruitment of intracellular signalling partnerswith more than 15 interactors found in mast cells. Furthermore, the analysis ofcellular models in both in vitro and in vivo assays related to KIT physiological functions has revealed the negative role of the motif in KIT-D816-mediated cell transformation. At the distal level, we have analysed the mechanisms of phosphorylation ofSTAT1, -3 and -5 proteins and the functional relevance of their activation in KITD816-mediated transformation. We describe the contribution of different kinases inthe phosphorylation of STATs on both serine and tyrosine residues. Our results suggest that only STAT5 is transcriptionaly active whereas STAT1 and STAT3 are not, suggesting a non conventional implication of their activation in celltransformation. Our work contributes to a better understanding of the mechanisms of KITD816-mediated oncogenesis and could be used to improve the rational developmentof new targeted cancer therapies