Objective: CSL360 is a chimeric IgG1 mAb recognizing CD123+/CD131- LSCs responsible for acute myeloid leukemia (AML). The in vitro targeting properties of 111In-labeled CSL360 modified with nuclear localization sequence (NLS) were evaluated in AML cells. Methods: 111In-NLS-CSL360 was constructed and its binding affinity, cellular uptake and nuclear importation were analyzed on CD123+ cells. Cytotoxicity was evaluated by clonogenic assays on AML cells (CD123+/CD131-). Results: 111In-NLS-CSL360 exhibited preserved binding to CD123. High cellular and nuclear uptake was observed at 266 nM after 24 hour of incubation. Nuclear uptake of 111In-NLS-CSL360 (266 nM) was 2.0-fold higher than 111In-CSL360 (266 nM) after 24 hour of incubation. Clonogenic survival (CS) of AML cells was reduced to 27.5 ± 4.1%. The nuclear uptake and cytotoxicity were reduced when pre-exposed to unlabeled CSL360, indicating 111In-NLS-CSL360 was CD123-specific. Conclusion: 111In-NLS-CSL360 could be a promising radioimmunotherapeutic agent specific for LSCs.

Objective: CSL360 is a chimeric IgG1 mAb recognizing CD123+/CD131- LSCs responsible for acute myeloid leukemia (AML). The in vitro targeting properties of 111In-labeled CSL360 modified with nuclear localization sequence (NLS) were evaluated in AML cells. Methods: 111In-NLS-CSL360 was constructed and its binding affinity, cellular uptake and nuclear importation were analyzed on CD123+ cells. Cytotoxicity was evaluated by clonogenic assays on AML cells (CD123+/CD131-). Results: 111In-NLS-CSL360 exhibited preserved binding to CD123. High cellular and nuclear uptake was observed at 266 nM after 24 hour of incubation. Nuclear uptake of 111In-NLS-CSL360 (266 nM) was 2.0-fold higher than 111In-CSL360 (266 nM) after 24 hour of incubation. Clonogenic survival (CS) of AML cells was reduced to 27.5 ± 4.1%. The nuclear uptake and cytotoxicity were reduced when pre-exposed to unlabeled CSL360, indicating 111In-NLS-CSL360 was CD123-specific. Conclusion: 111In-NLS-CSL360 could be a promising radioimmunotherapeutic agent specific for LSCs.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2006. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Karlstad : Karlstads universitet, 2008. / Härtill 4 uppsatser.

This investigation was planned to observe if the leukemic thymic tissue in vitro would inactivate TSH and to study the effect that TSH would have on the leukemogenic properties of these cells when transplanted into a high-leukemia strain of mice.

Les Leucémies Aiguës Myéloïdes (LAM) représentent un groupe hétérogène d’hémopathies malignes, caractérisées par une accumulation de progéniteurs myéloïdes indifférenciés. Cette accumulation proviendrait de l’existence de cellules souches leucémiques responsables de la résistance aux traitements et de la rechute de la maladie. Les Cellules Souches Leucémiques (CSL) se comportent comme les cellules souches embryonnaires, lesquelles expriment des marqueurs embryonnaires leur procurant des capacités de prolifération, d’autorenouvellement et d’absence de différenciation. Plusieurs études ont démontré le rôle des marqueurs embryonnaires (OCT4, NANOG, SOX2, SSEA1 et SSEA3) dans la cancérogénèse mais peu de données concernent les LAM. Dans le but d’identifier le rôle fonctionnel des marqueurs embryonnaires dans la LAM, une évaluation de leur expression dans les compartiments CD34+ de cellules souches hématopoïétiques et leucémiques a été réalisée. Leur sur-expression et leur implication dans les propriétés des cellules leucémiques (notamment OCT4), nous laisse penser que ces antigènes embryonnaires peuvent être utilisés comme marqueurs discriminants de la maladie résiduelle mais aussi comme cible thérapeutique potentielle. Cependant, les mécanismes de leucémogénèse par lesquels les antigènes embryonnaires seraient impliqués restent encore à être élucidés / Acute Myeloid Leukemias (AMLs) represent a heterogeneous group of malignant haemopathies, characterized by an accumulation of undifferentiated myeloid progenitors. This accumulation comes from the presence of Leukemic Stem Cells (LSCs) responsible for the resistance to treatment and relapse of the disease. LSCs behave as embryonic stem cells, which express embryonic markers giving them proliferation, self-renewal and lack of differentiation. Several studies have demonstrated the role of embryonic markers (OCT4, NANOG, SOX2, SSEA1 and SSEA3) in carcinogenesis, but there is few data in AML. In order to identify the functional role of the embryonic markers in AML, an evaluation of their expression in haematopoietic and leukemic stem cells CD34+ compartments was carried out. Their overexpression and involvement in the properties of leukemic cells (especially OCT4), suggest that these embryonic antigens can be used as discriminating markers of residual disease as well as a potential therapeutic target. However, the mechanisms of leukemogenesis by which embryonic antigens are involved remain to be elucidated

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

Les leucémies aigues myéloïdes (LAM) dérivent de progéniteurs hématopoïétiques dans lesquels se sont accumulés des événements génétiques conduisant à leur transformation. En établissant la hiérarchie clonale de multiples lésions récurrentes, nous démontrons que les événements impliquant les régulateurs de l'épigénétique sont les premiers événements dans le clone. A l'inverse, les mutations régulant la prolifération se produisent tardivement. Les événements précoces sont quasi constamment détectables en rémission complète. Les clones qui persistent servent de réservoir pour les rechutes, avec une variation qui augmente avec la durée de la rémission. Après xénogreffe, les échantillons de patients porteurs de lésions épigénétiques sont capables de repopulation hématopoïétique, ce qui est la signature fonctionnelle des événements pré-leucémiques. Cette hiérarchie est observée chez la majorité des patients. Cependant dans 1/3 des cas, il n'est pas retrouvé d'événement épigénétique, et on observe notamment des prédispositions germinales aux LAM, ou des mutations acquises de TP53. Chez 3 patients avec des LAM de novo, les mutations de TP53 sont associées à des mutations de DNMT3A dans un même clone. Cela suggère que les mutations de DNMT3A et de TP53 sont complémentaires pour obtenir une dominance clonale pré leucémique. En conclusion, dans la majorité des LAM, des hiérarchie clonales récurrentes, initiées par des lésions pré-leucémiques variées vont promouvoir l'expansion ou la variation clonale, jusqu'à l'émergence de la maladie. Ces données sont essentielles pour le développement de nouvelles stratégies personnalisées de suivi de la maladie résiduelle. / Acute myeloid leukaemia (AML) emerge from haematopoietic stem/progenitor cells that acquiregenomic or chromosomal aberrations, some being considered as pre-leukemic lesions. Here, byestablishing the chronological hierarchy of multiple driver lesions in AML, we show that most eventsaffecting epigenetic regulators - DNMT3A, TET2, ASXL1 mutations, as well as MLL and chromosome20q rearrangements - are the first lesions in the clone. In contrast to late mutations involving signallingpathways such as FLT3 or RAS, these early lesions are frequently detectable in complete remissionsample. By studying late relapses, we show that persistent clones behave as long-term relapsereservoirs, and variegate increasingly with delay to relapse. Cells from patients with early epigeneticdefects can repopulate bone marrow of xenotransplanted NOD/SCID/IL-2Rgc-null (NSG) mice withleukemic or non leukemic engraftment, a functional signature of pre-leukemic events. This genetichierarchy is observed in most patients but in one third of them lesions in epigenetic regulators are notthe first events. Some of these patients have genetic predisposition, or somatic mutations in TP53. Inthree de novo AMLs, but not in three secondary or therapy-related AMLs, these TP53 mutations wereaccompanied by DNMT3A mutations in a unique clone. This suggests that DNMT3A mutations maycomplement TP53 mutations to generate a dominant pre-leukemic clone. We conclude that in mostAMLs recurrent genetic hierarchies, initiated by distinct pre-leukemic lesions, promote progressiveclonal expansion or variegation, leading to the development of a full blown disease. These data areessential for the development of new personalised strategies for MRD evaluation.

Notre groupe a montré que l’hypoxie sévère (0.1% O2) induit un arrêt du cycle cellulaire en G0 des cellules humaines CD34+ et des cellules murines FDCP mix. Peu d’études ont exploré l’existence de Cellules Initiatrices de Leucémie (CIL) dans les LAL et leur rôle dans les rechutes. Notre projet s’est focalisé sur l’effet de l’hypoxie sévère sur la quiescence des CIL dans les LAL, qui pourrait être responsable d’un pourcentage de rechutes. En effet dans la niche hématopoïétique, ou sont localisées les Cellules souches hématopoïétiques et probablement les CIL, la concentration d’oxygène avoisinerait 0,1%.Nous avons utilisé la lignée de LAL NALM6 pour explorer les effets de l’hypoxie sévère sur leur survie, leur cycle cellulaire et leur chimiorésistance. Nos résultats ont mis en évidence qu’une culture à 0.1% O2 durant 7 jours de la lignée NALM6: - inhibe leur prolifération sans surmortalité, - révèle une population restreinte de CIL quiescentes et chimiorésistantes capables d’induire une leucémie dans des souris. Nous avons recherché les relations entre l’hypoxie sévère et quelques caractéristiques des cellules primaires de patients atteints de LAL : existence et rôle de CIL résistantes à l’hypoxie et aux agents thérapeutiques conventionnels des LAL ; localisation de ces cellules résiduelles dans la moelle osseuse des souris xénogreffées. Nos résultats suggèrent que certaines rechutes de LAL pourraient être dues à la persistance à long terme de « quiescent/dormant » CIL dans les niches hypoxiques de la moelle osseuse. Ce modèle est intéressant pour explorer les mécanismes in vitro et in vivo de chimiorésistance dans les LAL et le rôle de l’environnement dans ce phénomène. / Our group showed that severe hypoxia (0.1% O2) induces G0 cell-cycle-arrest of human CD34+ cells and of murine FDCP-mix Cells. Few studies explored the existence of quiescent Leukemia Initiating Cells (LIC) in ALL and their role in primary chemoresistance and relapses. Our project is focused on the effect of very low O2 concentrations in the maintenance of quiescent LIC in ALL, that could be responsible of a percentage of relapses. Indeed in bone marrow niches, where hematopoietic stem cells and probably LIC are located, the O2 concentrations are below 0.1%.In the present study we used the NALM-6 ALL cell line to explore the effects of culture at 0.1% O2 on their survival, cell cycle and chemoresistance. Our results evidence that a 7 days culture of NALM-6 cells at 0.1% O2: - inhibits their proliferation without major cell death; - reveals a restricted LIC population of quiescent and chemoresistant LIC; - maintains quiescent chemoresistant LIC that induce leukemia when injected in immunodeficient mice. We investigated the relationships between severe hypoxia and some characteristics of ALL primary cells obtained from patients: existence and role of quiescent chemoresistant LICs in ALL relapses; location of these residual cells inside the bone marrow of engrafted mice. Our results suggest that some ALL relapses could be due to the long term persistence of “quiescent / dormant” LIC in hypoxic bone marrow niches. This model is of interest for exploring the in vitro and in vivo (xenograft) mechanisms of chemoresistance in ALL and the role of the bone marrow environment in this phenomenon.