Les leucémies aigues sont la conséquence d’une prolifération clonale et maligne des cellules hématopoïétiques. Elles surviennent suite à un évènement oncogénique qui se produit dans une cellule souche hématopoïétique (CSH) ou progénitrice. Cela lui confère une certaine instabilité qui engendre l’accumulation d’autres évènements génétiques et/ou épigénétiques responsables du développement clinique de la maladie. Les leucémies MLL représentent environ 10% des leucémies aigues et aujourd’hui, plus de 70 gènes de fusion ont été caractérisés. Les sangs de cordon sont une source importante de CSH et progénitrices. La purification de ces cellules et leur transformation en cellules leucémiques à l’aide de gènes de fusion MLL nous permettent de générer des leucémies aigues humaines dans des souris immunodéficientes NSG et ainsi étudier le potentiel leucémique de différents gènes de fusion MLL. Dans un premier temps, 4 gènes de fusion MLL ont été étudiés : MLL-AF9, MLL-AF4, MLL-ENL et MLL-ELL. In vitro, nous sommes capables de transformer des CSH en cellules leucémiques capables de proliférer rapidement. Les résultats in vivo nous montrent qu’il est possible de générer des leucémies avec les oncogènes MLL-AF9 et MLL-ENL. Pour les fusions MLL-ELL et MLL-AF4, bien que quelques leucémies ont pu être obtenues, plusieurs problèmes techniques nous empêchent aujourd’hui de disposer d’un modèle adéquat permettant l’étude complète de ces oncogènes. Dans un second temps, les leucémies aigues MLL-AF9 ont été étudiées dans un modèle contrôlé où les cellules souches proviennent d’un donneur unique. Grâce à ce modèle, nous avons pu démontrer que l’oncogène MLL-AF9 est suffisant pour induire le développement de la maladie. En effet aucune nouvelle mutation n’a pu être identifiée au cours du développement de la leucémie. Parmi les leucémies myéloïdes aigues (LMA) MLL-AF9 issues de ce modèle, certains gènes non mutés, dont RET, ont été identifiés comme étant de potentiels biomarqueurs de ce sous-groupe de leucémie. / Acute leukemias result from a clonal and malignant proliferation of hematopoietic cells. They arise following an oncogenic event which occurs in a hematopoietic stem cell (HSC) or progenitor cell. This generates instability, causing the accumulation of other genetic and/or epigenetic events leading to the clinical development of the disease. MLL leukemias represent approximately 10 % of acute leukemias, and nowadays more than 70 fusion genes have been characterized. Cord blood is an important source of both HSCs and progenitor cells. Purification of these cells and subsequent transformation into leukemic cells allows us to induce human acute leukemia via MLL fusion genes into NSG immunodeficient mice and thus to study the leukemic potential of different MLL fusion genes. Firstly, four MLL fusion genes were studied: MLL-AF9, MLL-AF4, MLL-ENL and MLL-ELL. In vitro, we are able to transform HSC into leukemic cells which display rapid growth. The in vivo results showed that it is possible to induce leukemia by means of MLL-AF9 and MLL-ENL oncogenes. For the MLL- AF4 and MLL-ELL fusions, although some leukemias have been obtained, several technical difficulties prevented us from having an adequate model for the study of these oncogenes. Secondly, MLL-AF9 acute leukemias were studied in a model where stem cells originate from a single donor. Based on this model, we have determined that the single MLL-AF9 oncogene is sufficient to initiate disease. Indeed, no new mutations were identified during leukemia development. Among the different MLL-AF9 acute myeloid leukemias (AML) generated from this model, a certain number of non-mutated genes, notably the RET, have been identified as potential biomarkers for this specific subgroup of leukemia.

Aucun résumé disponible ______________________________________________________________________________

Les translocations chromosomiques du gène MLL sont connues pour mener au développement de leucémies aiguës. La translocation avec un de ses partenaires de fusion les plus communs, ENL, peut engendrer des leucémies aiguës de plusieurs types différents pour cette même translocation. Une fois la leucémogenèse initiée par la fusion MLL-ENL, son rôle quant au maintien du phénotype leucémique n’est pas encore bien connu à ce jour. Pour mieux comprendre l’importance de MLL-ENL après la leucémogenèse, des cellules souches/progénitrices de sang de cordon ombilical humain purifiées ont ainsi été transduites par un virus exprimant le gène de fusion MLL-ENL bordé par des sites LoxP ainsi que le marqueur eGFP. Ces cellules infectées ont ensuite été injectées dans notre modèle de souris immunodéficientes irradiées et placées sous observation pendant 24 semaines pour voir le développement de leucémies aiguës. Elles ont alors été sacrifiées et les cellules la moelle osseuse et de la rate ont ensuite été analysées par cytométrie en flux pour déterminer si la xénogreffe a engendré une leucémie dans notre modèle ainsi que le phénotype de celle-ci. Les souris injectées par les cellules infectées par le MLL-ENL ont généré uniquement des leucémies lymphoïdes aiguës de type B. Les cellules de ces leucémies primaires isolées ont été par la suite infectées par un lentivirus exprimant la cre-recombinase et le marqueur BFP afin d’exciser le gène MLL-ENL des cellules leucémiques grâce aux sites LoxP. Les cellules ont ensuite été triées pour le marqueur BFP et injectées dans des souris secondaires pour de voir si les cellules leucémiques souches pouvaient toujours régénérer la leucémie. Les conséquences de l’absence de MLL-ENL dans le maintien du phénotype leucémique n’ont cependant pas pu être vérifiées à cause d’une erreur dans la séquence de la cre-recombinase, mais nous avons observé la régénération des leucémies secondaires. / Chromosome translocations of the MLL gene which fusions with different other genes in hematopoietic stem and progenitors cells are well characterized and known to induce the development of acute leukemias. Translocation with one of its most common fusion partner, ENL, induces different acute leukemias but once the leukemia is fully developped, the role of MLL-ENL regarding the maintenance of the leukemic phenotype/disease is still uncertain. To get a better understanding of MLL-ENL’s long term role in leukemias, stem cells and progenitor cells from human umbilical cord blood purified by negative selection have been transduced by a virus expressing the fusion gene MLL-ENL flanked by LoxP sites and the eGFP marker. These infected cells were then transplanted by intra-femoral injection in sub-lethally irradiated immunodeficient mouse and observed for 24 weeks to see the development of acute leukemias. They were then euthanized and bone marrow/spleen cells were analyzed by flow cytometry to determine whether the xenograft generated leukemia and determine their phenotype. Mice injected with MLL-ENL transduced cells only generated type B acute lymphoblastic leukemias in our model. The primary leukemia cells isolated were subsequently infected with a lentivirus expressing the cre recombinase and a BFP marker, aiming to excise the MLL-ENL gene of leukemic cells through the LoxP sites. The cells were then sorted for the BFP marker and injected into secondary mouse to see if the leukemic stem cells could still regenerate leukemia. Due to an error on the sequence of the cre recombinase, the outcomes of MLL-ENL removal could not be verified, but we still managed to regenerate secondary leukemias in our model.

Les traitements antinéoplasiques peuvent induire des leucémies myéloblastiques (t-LAM). Ces t-LAM présentent des anomalies cytogénétiques spécifiques de l'agent mutagène. Des monosomies 5 ou 7 ou 5q-/7q- se rencontrent après expositions aux alkylants; des translocations équilibrées impliquant souvent la région 11q23, se voient après anti topoisomérases II. Ces anomalies acquises se voient aussi dans des leucémies myéloblastiques de novo (p-LAM) laissant suggérer des mécanismes leucémogènes identiques entre t-LAM et p-LAM. L'utilisation de la CGH array haute résolution permet la mise en évidence d'anomalies cryptiques. 36 patients présentant une t-LAM et 49 atteints d'une p-LAM sont étudiés avec cet outil. Le but est de rechercher des CNA (Copy Number Alteration) au sein des t-LAM et des p-LAM. Les CNA sont regroupées en régions minimales critiques (RMC) pouvant contenir des gènes candidats à la leucémogenèse. Ces résultats sont comparés à des données déjà publiées. Les RMC situées en 5q et en 7q sont encore trop grandes pour définir aisément des gènes candidats. Dans d'autres régions, RUNX1, NF1, ETS2 ou TET2 sont mis en évidence avec des fréquences différentes entre les t-LAM et les p-LAM. Un classement des anomalies génomiques acquises des LAM en 3 groupes est proposé: les anomalies communes aux t-LAM et aux p-LAM, les anomalies essentiellement retrouvées dans les t-LAM ou dans les p-LAM. L'étude du transcriptome et du miRNome a porté sur un petit nombre de patients étudiés en CGH array. L'interprétation des résultats préliminaires reste difficile lorsqu'ils sont comparés aux données génomiques.

Nous avons étudié la régulation et les fonctions de Cell division cycle 25A (CDC25A), phosphatase impliquée dans l'activation des cyclin-dependent kinases durant le cycle cellulaire, dans les leucémies aiguës myéloïdes portant la mutation de la tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, de mauvais pronostic. Nous montrons que CDC25A est une cible précoce en aval de FLT3-ITD, contrairement aux autres protéines du cycle cellulaire, par un mécanisme impliquant STAT5. L'inhibition de CDC25A était à l'origine d'une inhibition de la prolifération et d'une réinduction de la différenciation des cellules primaires ou de lignées FLT3-ITD, in vitro et in vivo, en faisant une cible prometteuse dans les LAM avec la mutation FLT3-ITD. Enfin, nous avons évalué la valeur pronostique de l'expression de CDC25A au niveau ARN messager et protéique sur une série de patients traités au CHU de Toulouse par chimiothérapie intensive. / We studied the regulation and functions of Cell division cycle 25A (CDC25A), a phosphatase involved in the activation of the cyclin-dependent kinases during the cell cycle, in acute myeloid leukemia baring the mutation of the tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, which confers adverse prognosis. We show that CDC25A is an early target downstream of FLT3-ITD, contrarily to other cell cycle proteins, by a mechanism involving STAT5. CDC25A inhibition gives rise to inhibition of proliferation and reinduction of differentiation in FLT3-ITD primary cells and FLT3-ITD cell lines, in vitro and in vivo. CDC25A appears as a promising target in FLT3-ITD acute myeloid leukemia. We finally evaluated the prognostic value of CDC25A expression, at the mRNA and proteic level in a series of patients treated by intensive chemotherapy at Toulouse University Hospital.

Les mutations FLT3-ITD et KITD816V sont fréquemment retrouvées dans les leucémies aiguës myéloïdes où elles sont associées à un pronostic défavorable. Ces deux récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) mutés sont des acteurs clés de la leucémogenèse régulant la prolifération, la survie et la différenciation cellulaire. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier la régulation de l'expression protéique de FLT3 en réponse aux inhibiteurs du protéasome, le rôle de l'autophagie dans les LAM KITD816V et l'impact du 2-deoxy-D-glucose sur la localisation intracellulaire des récepteurs. Les travaux réalisés ont démontré trois manières originales de cibler des cellules portant les oncogènes FLT3-ITD ou KIT en jouant sur leur dégradation, leur localisation intracellulaire et l'autophagie. / FLT3-ITD and KITD816V mutations are recurrently found in acute myeloid leukemia, where they are associated with a poor prognosis. These two Tyrosine Kinase Receptors (TKR) are involved in leukemogenesis, regulating proliferation, survival and cell differentiation. The aim of this thesis was to study the regulation of FLT3 protein expression in response to proteasome inhibitors, the role of autophagy in KITD816V-driven AML and the impact of 2-deoxy-D-glucose (2-DG) on the intracellular localization of TKRs. Our studies investigated three original ways to target cells bearing FLT3-ITD or oncogenic KIT mutations playing on their degradation, intracellular localization and autophagy.

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 lymphoblastique aigüe à lymphocyte T (T-ALL) est un cancer découlant de la transformation des progéniteurs lymphoïdes T. La chimiothérapie reste le traitement privilégié pour cette pathologie, mais le taux de récidive dû au développement de la chimiorésistance demeure important. Le site principal de développement des cellules T-ALL est la moelle osseuse, où le collagène représente la protéine de la matrice extracellulaire la plus abondante. Le collagène, via ses récepteurs, notamment les intégrines, est un acteur majeur dans la progression tumorale, et ses interactions avec les cellules cancéreuses sont associées à la chimiorésistance dans divers types de cancer. Notre laboratoire a précédemment démontré que le collagène favorise la chimiorésistance des cellules T-ALL via l'intégrine α2β1. Récemment, un autre récepteur du collagène, le récepteur à domaine discoïdine 1 (DDR1), a été décrit comme pouvant jouer un rôle dans plusieurs cancers. Cependant, son rôle dans la chimiorésistance des T-ALL n'a pas encore été étudié. Dans ce projet de maîtrise, nous avons étudié la contribution de DDR1 in vitro dans la chimiorésistance des cellules T-ALL induite suite à leur adhésion sur des matrices de collagène. Nous avons pu démontrer que DDR1 est exprimé sur les cellules T-ALL et que son inhibition permet de sensibiliser les cellules T-ALL à l'apoptose induite par la chimiothérapie. L'inhibition de DDR1 réduisait l'adhésion des cellules T-ALL au Matrigel et au collagène, mais pas à la fibronectine, montrant son action spécifique pour ces ligands. Ces résultats suggèrent que DDR1 participe à la chimiorésistance des T-ALL en partie en favorisant l'adhésion des cellules T-ALL au collagène, et pourrait donc représenter une cible thérapeutique intéressante pour le développement de thérapies combinatoires afin de réduire la chimiorésistance dans ce type de leucémie.

Le point de départ du projet de recherche rapporté dans le présent mémoire a été la synthèse dans notre laboratoire, d'une nouvelle famille de dérivés du 2P-piperazino-5a-androstane-3a, 17P-diol. Un premier criblage des produits synthétisés utilisant les cellules de la leucémie myéloïde aiguë HL-60, a révélé que huit de ces produits avaient une activité anti-leucémique certaine. Nous avons alors commencé par confirmer l'activité antiproliferative de ces produits sur les cellules HL-60, ensuite nous avons exploré leur potentiel antiprolifératif sur huit autres lignées cancéreuses ainsi que leur sélectivité d'action par rapport à deux lignées normales. Les produits sélectionnés ont inhibé la prolifération cellulaire de sept lignées cancéreuses avec des IC50 variant de 0.3 à 6.4 _iM. De plus, ils étaient faiblement toxiques sur les lignées normales. Ces résultats nous ont encouragés à entreprendre l'étude du mécanisme d'action de cette nouvelle famille d'aminostéroïdes sur les cellules leucémiques HL-60. C'est ainsi que trois produits ont été sélectionnés, leur effet sur le cycle cellulaire et sur la différenciation des cellules HL-60 a été déterminé et leur cytotoxicité par induction de l'apoptose a été confirmée. Une étude plus poussée, utilisant l'un des produits, a montré que l'apoptose induite par cette famille d'aminostéroïdes est initiée par l'activation catalytique des caspases. Afin d'étendre l'étude des relations structure-activité de ces produits, on a effectué la synthèse et le criblage de leurs analogues pregnanes. Les trois produits les plus intéressants ont inhibé la prolifération des cellules HL-60 avec des valeurs IC50 de l'ordre de 1.9 \iM, tout en étant faiblement toxiques envers les lymphocytes normaux (IC5_= 10-31 \iM). Une étude préliminaire de leur mécanisme d'action a montré qu'il serait similaire à celui de leurs analogues androstanes.

Le rôle de la matrice extracellulaire (MEC) du microenvironnement médullaire dans la chimiorésistance des leucémies lymphoblastiques aiguës de type T (T-ALL) n’est pas encore établi. Nos travaux ont permis de démontrer que le collagène, mais pas la fibronectine, induit la résistance des cellules T-ALL contre l’apoptose induite par la chimiothérapie. L’effet anti-apoptotique du collagène est induit par l’intégrine α2β1. L’activation par le collagène de la voie MAPK/ERK mais pas PI3K/AKT est requise pour l’inhibition de l’apoptose mitochondriale induite par la doxorubicine et ceci grâce au maintien de la stabilité de la protéine anti-apoptotique Mcl-1 et à l’augmentation de l’expression du transporteur d’efflux des drogues ABCC1 (MRP-1). Le maintien de Mcl-1 par le collagène est dû à l’inhibition de la voie pro-apoptotique Rac1/ JNK induite par la doxorubicine. L’activation de la voie α2β1/ERK/Mcl-1 permet également la survie des cellules T-ALL en absence de facteurs de croissance. En conclusion, nos données suggèrent que l’intégrine α2β1 serait une voie importante dans l’induction de la chimiorésistance et la progression des leucémies T-ALL. / The role of the extracellular matrix (ECM) of the tumor microenvironment in the chemoresistance of T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is not yet established. Through our results, we demonstrate that collagen, but not fibronectin, induces the resistance of T-ALL cells against apoptosis induced by chemotherapy. The anti-apoptotic effect of collagen is mediated by α2β1 integrin and is dependent on the activation of the MAPK/ERK pro-survival pathway but not of the PI3K/AKT pathway. Collagen induced MAPK/ERK pathway is required for the inhibition of the mitochondrial apoptosis induced by doxorubicin through the maintenance of the stability of the anti-apoptotic protein Mcl-1 and the up-regulation of doxorubicin efflux by the drug transporter ABCC1. Mcl-1 stabilization by collagen is du to the inhibition of Rac1/JNK pro-apoptotic pathway induced by doxorubicin. In addition to its role in chemoresistance, α2β1 integrin ligation allows the survival of T-ALL cells in the absence of growth factors via ERK/Mcl-1 pathway. In conclusion, our data indicate that α2β1 integrin may constitute an important pathway favoring T-ALL leukemia chemoresistance and progression.