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

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 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.

L’excitotoxicité est un processus pathologique responsable de la mort neuronale dans plusieurs désordres neurologiques. La mort des neurones par excitotoxicité libère dans le milieu extracellulaire des molécules capables d’activer les microglies adjacentes aux sites lésés. L’activation du système immunitaire suite à une blessure cérébrale est généralement vue comme nocive pour les neurones. Les récepteurs toll-like (TLR) font partie des principaux récepteurs responsables de la reconnaissance des dommages cérébraux après une lésion excitotoxique. Les résultats de ce mémoire démontrent qu’un préconditionnement induit par l’injection systémique d’un ligand TLR2 ou TLR4 permet d’augmenter la survie neuronale face à une lésion excitotoxique. La neuroprotection est dépendante de la signalisation MyD88 et est associée avec une activation microgliale bénéfique. Des souris chimériques pour les cellules de la moelle osseuse ont révélé que la signalisation MyD88 au niveau des cellules résidentes du système nerveux central joue un rôle favorable dans la survie neuronale contre l’excitotoxicité. / Excitotoxicity is a pathological process responsible for the death of neurons as observed in multiple neurological disorders. This process releases danger signals in the extracellular space that alert and activate surrounding microglial cells. Immune system activation following acute brain injury is often considered detrimental, contributing to further neuronal damage. Toll-like receptors (TLR) are among the main receptors that recognize cell damage and initiate an inflammatory response following cell damage. The study presented in this report shows that a systemic injection of a TLR2 or TLR4 agonist induces a state of preconditioning that increases neuron survival against acute excitotoxicity. The neuroprotective effects are associated with a beneficial activation of microglial cells and depend upon MyD88 signaling. Furthermore, bone marrow chimeric mice revealed that MyD88 signaling in cells of the central nervous system has a protective effect against excitotoxicity.

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.

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

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

Les protéines receptor-interacting protein kinase 1 (RIP1) et RIP3 ont été identifiées comme intervenant dans la régulation de la mort cellulaire apoptotique ou nécroptotique mais également dans la survie cellulaire. Ces deux protéines possèdent un domaine sérine/thréonine kinase, un domaine d’interaction spécifique RHIM (RIP homotypic interacting motif) et diffèrent dans leur domaine C-terminal car seule RIP1 possède un domaine de mort. Ces protéines font partie d’un ensemble de protéines régulatrices nommé ripoptosome. Des études ont montré une altération du ripoptosome dans les leucémies lymphoïdes chroniques (LLC) et les leucémies aigües lymphoïdes (LAL). Nous nous sommes intéressés aux leucémies aigües myéloïdes (LAM). L’analyse de l’expression des protéines RIP1 et RIP3 a été réalisée dans des blastes triées CD34+ de patients atteints de LAM ou dans des cellules CD34+ de donneurs sains en Q-RT-PCR. Les premières analyses montrent que RIP3 est significativement sous-exprimée chez les patients atteints de LAM en comparaison avec les cellules CD34+ issues de donneurs sains. Aucune différence n’a été mise en évidence pour l’expression de RIP1 dans les deux types de cellules CD34+. Afin de comprendre l’implication de l'extinction de RIP3 dans les LAM, nous avons étudié sa réexpression dans une lignée cellulaire leucémique murine (DA1-3b) où RIP3 n’est pas exprimée par métylation de son promoteur, au moyen d'un système d’expression conditionnelle (LacSwith II, IPTG). Après 10h d’induction de l’expression, on constate que la protéine RIP3 sauvage (RIP3-WT) induit une apoptose dans les cellules DA1-3b. Afin de déterminer l’implication des domaines de RIP3, nous avons utilisé une protéine mutante kinase Dead (RIP3-KD, activité kinase abolie) et une protéine mutante dans la séquence d’interaction spécifique avec RIP1 (RIP3-RHIM). L’analyse de la mortalité cellulaire en cytométrie en flux et en microscopie électronique montre que les protéines RIP3-WT et -KD induisent toutes les deux la mort apoptotique des cellules DA1-3b respectivement de 15% et de 50% après 10h d’expression. On constate donc que la protéine RIP3-KD induit une mort plus importante et plus précoce que la protéine sauvage. La protéine RIP3 mutée dans son domaine RHIM ne peut plus induire de mort cellulaire. Il semble donc que le domaine kinase de RIP3 jouerait un rôle régulateur dans la mort cellulaire induite par RIP3. L’utilisation du modèle de leucémie murine DA1-3b a permis de réaliser un étude in vivo de l’expression conditionnelle de RIP3-WT et -KD. Seule l'expression de RIP3-KD est capable de prolonger significativement la survie des souris.De plus, il a été démontré que RIP3 pouvait également induire la nécroptose dans les cellules lorsque l’apoptose ne peut aboutir, notament lorsque les caspases sont inhibées à l’aide d’un inhibiteur de pan-caspases le Z-VAD-FMK. Le traitement des cellules exprimant RIP3-WT par 50µM de Z-VAD-FMK induit une plus forte mortalité (45%) des cellules tandis que dans les cellules exprimant RIP3-KD, l’inhibiteur des caspases inhibe complètement le processus apoptotique et permet la survie des cellules (10%). Une étude en microscopie électronique a permis de déterminer que la présence de Z-VAD-FMK induit un switch de l’apoptose vers la nécroptose. Il semble donc que le domaine de kinase possède un rôle important dans la signalisation de la nécroptose car la protéine RIP3-KD n’est plus capable d’initier le switch entre l’apoptose et la nécroptose. Quelques données préliminaires semblent indiquer que les calpaïnes ainsi que la caspase 12 pourraient également être impliquées dans la balance apoptose/nécroptose. [...] / The receptor-interacting protein kinase 1 (RIP1) and 3 (RIP3) are key signaling molecules in the regulation of apoptotic cell death or in the execution of a specific instance of regulated necrosis, named necroptosis, as well as in cell survival processes. These proteins have in common a serine/threonine kinase domain and a specific interacting motif RHIM (RIP homotypic interacting motif), while they differ in their C-terminal domain, as only RIP1 is characterized by a death domain. They belong to a family of regulatory proteins forming a cell death-inducing platform, referred to as Ripoptosome. Previous studies showed that the ripoptosome was altered in chronic lymphoid leukemia (CLL) and acute lymphoid leukemia (ALL). We decided to focus our studies on acute myeloid leukemia (AML).Expression profile of RIP1 and RIP3 was established by Q-RT PCR on CD34+ sorted cells of AML patients or healthy donors. Our first results show that if RIP3 is significantly under expressed in CD34+ cells of AML patients compared to healthy donors, there was no difference in RIP1 expression pattern in both cell types.To further understand the functional relevance of RIP3 down-regulation in the leukemia, we used a murine leukemic cell line (DA1-3b) in which RIP3 promoter is methylated, inhibiting its expression.A conditional expression system in DA1-3b cells has been realized (LacSwith II). IPTG (Isopropyl-beta-D-thiogalactoside) treatment (1mM) allows expression of the proteins of interest in these cell lines. We noticed that, 10 hours after expression’s induction, the wild-type RIP3 protein (RIP3-WT) induces apotptosis in DA1-3b cells. In order to decipher the role of each RIP3 domains in this cell-death-induced phenomenon, several mutants were employed. We used a mutant protein with a non functional kinase domain, RIP3 Kinase Dead (KD) and a mutant unable to interact with RIP1, RIP1-RHIM. Cell death analysis, performed by flow cytometry and by electron microscopy, shows that both RIP3-WT and RIP3-KD induce apoptosis in DA1-3b cells (respectively 15% and 50%) after 10 hrs of expression. However, these results show that RIP3-KD induces a stronger and more rapid cell-death than the wild-type protein. In agrement with previous findings, we found that the protein mutated in the RHIM domain cannot engage a cell-death process. Our results thereby suggest that the RIP3 kinase domain palys a major regulatory role in cell-death.Taking advantage of a mouse model of leukemia, we also performed an in vivo study of conditional expression RIP3-WT and –KD. As a matter of fact, DA1-3b cells, obtained from C3H mice are able to induce a leukemia in these mice after transplantation. We have shown that the inducible expression of RIP3-KD in DA1-3b cells can increase significatively mice survival. Moreover, we have shown that, in certain conditions, RIP3 could also induce necroptosis when apoptosis is prevented by a pan-caspase inhibitor, Z-VAD-FMK. Treating RIP3-WT expressing cells with 50µM of Z-VAD-FMK induces a strong mortality (45%) while it inhibits totally the apoptotic process in RIP3-KD expressing cells, allowing cell survival (10%).Using electronic microscopy, we were able to demonstrate that the use of Z-VAD-FMK leads to a switch from apoptosis to necroptosis. Thus, as the kinase dead protein is not able to induce this switch, the kinase domain could play an important role in necroptotic signaling. Preliminary results suggest that calpains, as well as caspase 12, could also be involved in apoptosis/necroptosis balance. It has been shown that RIP1 and RIP3 could play a role in Nf-kB pathway regulation. Studying the effects of RIP3-KD expression on Nf-kB pathway, we were able to demonstrate that it led to a specific cleavage of Nf-kB p65 protein, forming two fragments of about 25 kDa and 40 kDa. [...]