Les leucémies, syndromes myéloprolifératifs et myelodysplasiques sont la première cause de cancer chez l’enfant de moins de 15 ans. Les facteurs de transcription STAT5 ont un rôle indispensable dans la genèse et le maintien des leucémies. L’inhibition de STAT5 contribuerait à diminuer la survie, l’auto-renouvellement et la quiescence des cellules leucémiques ainsi que leur résistance potentielle aux agents anti-cancéreux. Suite à un précédent criblage de notre chimiothèque, un dérivé comprenant un noyau 4,4-diméthyl-1,2,3,4-tétrahydroquinoléine lié à un indole par une chaine éthoxy, a été identifié comme inhibiteur de la phosphorylation de STAT5. Dans ce contexte, nous avons optimisé la synthèse du bicycle et réalisé une étude de pharmacomodulation donnant ainsi 31 nouveaux inhibiteurs potentiels. Un des composés obtenus réduit la viabilité de lignées modèles de leucémie myéloïde chronique et aigüe avec des CE50 de 3 à 9 µM. Ce « lead » inhibe sélectivement la phosphorylation de STAT5. / Leukemias, myeloproliferative and myelodysplastic syndromes are the leading cause of cancer in children under 15 years. STAT5 transcription factors have a key role in the genesis and maintenance of leukemia. The inhibition of STAT5 could decrease survival, self-renewal and quiescence of leukemic cells and their potential resistance to anti-cancer agents. After a previous screening of our chemical library, a derivative comprising a 4,4-dimethyl-1,2,3,4-tetrahydroquinoline core linked to an indole by an ethoxy chain, was identified as an inhibitor of STAT5 phosphorylation. In this context, we have optimized the synthesis of the biheterocyclic scaffold and carried out pharmacomodulation studies yielding 31 new potential inhibitors. One of these new compounds reduced viability of chronic and acute myeloid leukemia cell lines with EC50 from 3 to 9 µM. This new lead selectively inhibits STAT5 phosphorylation.

Les mastocytes (MCs) sont issus des cellules hématopoïétiques multipotentes non engagées, CD34+, et jouent un rôle important dans l’initiation de la réponse immunitaire innée et adaptative, ainsi que dans les réactions allergiques IgE-dépendantes. Les mastocytoses sont des néoplasies myéloïdes caractérisées par une accumulation anormale et l'activation fréquente de mastocytes dans divers organes. Les organes généralement atteints sont la moelle osseuse, la peau, le foie et le tractus gastro-intestinal. Elles sont caractérisées dans l’immense majorité des cas par la présence de mutations acquises de la structure du récepteur KIT (plus particulièrement KIT D816V) qui induisent l’activation constitutive de ce récepteur à activité tyrosine kinase intrinsèque. Le traitement actuel de ces pathologies est décevant car la mutation KIT D816V résiste à la plupart des inhibiteurs de tyrosine kinases (ITKs).Dès le début de ma thèse, nous avons pu établir, à partir de cellules souches hématopoïétiques de sang de cordon humain normal cultivées à long terme en présence de stem cell factor (SCF), une nouvelle lignée mastocytaire humaine stable, dénommée ROSA KIT WT, restant strictement dépendante pour sa survie et sa prolifération du SCF, exprimant le récepteur de haute affinité aux IgE (FcεRI), et présentant un récepteur KIT de structure normale. Cette lignée, facile à cultiver en grandes quantités, permet d’envisager l’étude approfondie des évènements intracellulaires menant à l’activation mastocytaire IgE-dépendante et la mise au point de tests de criblage à haut débit dans le domaine de la thérapeutique anti-allergique et/ou anti-inflammatoire.Par ailleurs, afin de pouvoir étudier le rôle transformant des mutants de KIT retrouvés au cours des mastocytoses, nous avons transfecté les cellules ROSA KIT WT par des vecteurs lentiviraux apportant une construction codant pour le KIT muté en D816V ou le KIT muté Delta 417-419 insY. Nous avons ainsi obtenu deux nouvelles lignées mastocytaires humaines SCF-indépendantes, ROSA KIT D816V et ROSA KIT Delta 417-419 insY, pour lesquelles nous avons montré qu’il existe une activation constitutive de KIT, mais aussi de STAT5 et d’AKT. Ces deux lignées de pourront être utilisées soit pour étudier l’impact des mutations de KIT sur la signalisation intracellulaire, soit pour le criblage molécules à activité antiproliférative potentielle dirigées soit contre KIT muté, soit contre l'une ou l’autre des molécules intracellulaires impliquées dans la transduction du signal KIT muté / Mast cells are cells with ubiquitous tissue distribution, derived from CD34 + multipotent hematopoietic cells. These cells play a fundamental role in the initiation of innate and adaptive immune response and in IgE-dependent allergic reactions or in various inflammatory reactions.Mastocytosis is defined as a myeloproliferative neoplastic disorder, caused by an abnormal accumulation of mast cells in one or more organ systems. Mastocytosis presents in cutaneous and systemic forms. In patients with systemic mastocytosis, the most frequent point mutation is KIT D816V, whereas in pediatric patients, where the disease is usually restricted to the skin, different KIT defects have been detected, mostly in the extracellular portion of KIT.In a primary culture of mast cells made from precursors of one cord blood, we have successfully isolated a new human mast cell line called ROSA KIT WT with a phenotype and reactivity comparable to those of normal mast cells. This cell line is dependent on SCF for growth and expresses the KIT receptor wild. It is easy to grow in large quantities, to freeze and to activate by IgE-anti IgE couple or a couple of allergen and corresponding specific IgE. This cell line can be used to study pathophysiologic mechanisms of allergy and to develop and use high-throughput screening tests of molecules in search of anti-allergic properties.In addition, we transfected these cells by lentiviral vectors providing constructs encoding the mutated KIT D816V or the mutated KIT Delta 417-419 insY, two KIT abnormalities encountered in the course of mastocytosis. This allowed us to establish two new cell lines independent of SCF for proliferation, ROSA KIT D816V and ROSA KIT Delta417-419 insY, which are particularly easy to grow in large quantities, and whose phenotype is similar to that of abnormal mast cells during mastocytosis. These two cell lines can be used for pathophysiologic studies on mastocytosis and for high throughput screening of molecules in search of antiproliferative effects specifically directed against the mutated KIT or against one or other of the intracellular molecules involved in signal transduction induced by mutant KIT.

Thesis (Ph. D.)--University of Virginia, 2008. / Title from title page. Includes bibliographical references. Also available online through Digital Dissertations.

La duplication interne en tandem au sein du gène du Fms-like tyrosine kinase 3 (FLT3) est l’une des mutations les plus fréquemment observées dans les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM). Elle est corrélée à un mauvais pronostic. Des inhibiteurs de tyrosine kinase anti-FLT3 (FLT3-ITK) sont en cours de développement mais les premiers essais cliniques ont été décevants. Les rémissions sont de courte durée, et si une clairance leucémique sanguine est observée, la LAM persiste au sein de la moelle osseuse. Dans ce travail, nous avons démontré que les cytokines activatrices de STAT5, telles que l’interleukine-3 et la thrombopoïétine, et les basses pressions en oxygène, telles que celles observées au sein de la niche hématopoïétique augmentent l’expression et l’activité du récepteur tyrosine kinase AXL qui protège les cellules de LAM FLT3-ITD de l’apoptose induite par le FLT3-ITK quizartinib (AC220). Nous avons démontré dans un modèle murin que les cellules de LAM FLT3-ITD « knock-down » pour AXL sont plus sensibles au quizartinib, et que cette différence se révèle spécifiquement dans un modèle de prise de greffe hématopoïétique. La combinaison de stratégies inhibitrices du FLT3-ITD et d’AXL permettra d’améliorer l’efficacité des FLT3-ITK en atteignant la fraction de cellules responsable des rechutes, nichée dans son microenvironnement. A l’issue, nous avons démontré que le gilteritinib (ASP2215), double FLT3/AXL-ITK est plus efficace que le quizartinib pour atteindre ces cellules leucémiques médullaires. Enfin, nous avons démontré que la combinaison d’un anticorps monoclonal anti-AXL avec un FLT3-ITK ou de la cytarabine était une stratégie thérapeutique prometteuse dans les LAM FLT3-ITD ou sauvage. / Internal tandem duplication in Fms-like tyrosine kinase 3 gene (FLT3-ITD) is the most frequent mutation observed in acute myeloid leukemia (AML), and correlates with poor prognosis. FLT3 tyrosine kinase inhibitors (FLT3-TKI) have been promising for therapeutic strategies but clinical trials have revealed rarely long-lasting remission with persistent leukemic cells present in the bone marrow. In this work, we show that the hematopoietic niche microenvironment protects FLT3-ITD AML cells from FLT3-TKI quizartinib (AC220) through convergent up-regulation of AXL expression and activity. Cytokine-dependent activation of STAT5 enhances AXL gene transcription and expression, while low O2 concentration up-regulates AXL protein levels. Moreover, cytokines such as thrombopoietin or interleukin-3 directly activate AXL. RNA interference-based inhibition of AXL expression in FLT3-ITD AML cells allowed a selective purge of leukemic cells within their microenvironment when combined with FLT3-TKI in immuno-compromised mice. Altogether, our data support a strategy combining FLT3-TKI and anti-AXL therapy to eradicate FLT3-ITD AML cells, including those protected by the hematopoietic niche. In such a setting, we performed a study to test the efficacy of gilteritinib (ASP2215) and we showed in vitro and in vivo that this dual FLT3/AXL-TKI is more efficient to eradicate leukemic cells in their microenvironment than quizartinib which is a more specific FLT3-TKI. Finally, we also studied an anti-AXL monoclonal antibody on primary AML cells and showed that its efficacy could be interesting with FLT3-TKI and cytarabine in both FLT3-wild type and FLT3-ITD AML.

Thesis (Ph. D.)--University of Virginia, 2008. / [a] in title is the Greek letter alpha. Includes bibliographical references. Also available online through Digital Dissertations.

STAT5 est une protéine de la signalisation cellulaire normale, qui peut jouer un rôle important dans la transformation, la survie et à la résistance aux inhibiteurs de tyrosine kinase des cellules tumorales. Son activation constitutive par phosphorylation est liée à la présence de protéines oncogéniques comme la protéine de fusion BCR/ABL1 (leucémie myéloïde chronique) ou de formes mutées de KIT (mastocytoses), par exemple. L’inhibition pharmacologique de STAT5 constitue donc un enjeu thérapeutique majeur pour plusieurs pathologies malignes. Nous avons réalisé la première modélisation et les simulations de dynamique moléculaire des principales formes de STAT5 : la forme monomérique cytoplasmique phosphorylée ou non, et la forme dimérique phosphorylée et liée à l’ADN. Nous avons caractérisé les propriétés dynamiques et le réseau allostérique intramoléculaire des monomères de STAT5. Les résultats générés montrent des variations structurales et dynamiques liées à la différence de séquence primaire des isoformes de STAT5 et/ou à la présence du groupement phosphate. Deux poches à la surface des protéines ont également été caractérisées. Leur localisation à proximité de voies de communication allostériques suggère que ces poches pourraient constituer des sites de modulation des fonctions de STAT5. Nous avons également caractérisé les liaisons hydrogènes entre les monomères constituant les dimères de STAT5 et leur reconnaissance de l’ADN. En outre, nous avons identifié des résidus clés aux interfaces entre les entités moléculaires, nous permettant de mieux comprendre les effets de mutations de STAT5 observées en clinique dans certaines pathologies malignes. / STAT5 is a protein involved in normal cell signalling that is crucial for transformation, survival and resistance to tyrosine kinase inhibitors of tumour cells. The constitutive phosphorylation activates STAT5 and is related to oncogenic proteins like the hybrid protein BCR/ABL1 (chronic myeloid leukaemia) or mutated KIT receptor (mastocytosis). The pharmacologic inhibition of STAT5 is thus a major therapeutic concern in several malignant pathologies. We performed the first modelling and molecular dynamics simulations of the main cellular species of STAT5: the cytoplasmic phosphorylated or unphosphorylated monomer, and the phosphorylated dimer bound to DNA. We characterized the dynamical properties and the intramolecular allosteric network of the monomers. The generated results show structural and dynamic variations linked to the primary sequence changes between the two STAT5 isoforms and/or to the phosphate group. Two pockets were characterized at the surface of STAT5. Their location at close proximity of allosteric communication pathways suggests new putative inhibition sites to modulate STAT5 functions. We also described the hydrogen bonds network between the monomers of the dimeric species and the recognition of the DNA. We identified key residues at the interfaces, allowing us to better understand the effects of clinically relevant STAT5 mutations observed in malignancies.

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

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13356号 / 論医博第2202号 / 新制||医||1044(附属図書館) / (主査)教授 生田 宏一, 教授 濵﨑 洋子, 教授 竹内 理 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

This work demonstrates how the nutrient and physico-chemical environment can indeed affect the self-renewal versus differentiation of haematopoietic progenitor cells in vitro, consistent with the proposed existence of metabolic niches in vivo that contribute to the organization and control of haematopoiesis. The identification of Nme2 as a key link between metabolic and signaling activities should enable more detailed analysis of these relationships in the future.

Transcription factors activated by exogenous or endogenous stimuli alter gene expression with major effects on chromatin accessibility and the epigenome. This thesis investigates that impact of environmental chemical and hormonal exposure on liver chromatin accessibility in a mouse liver model. Exposure to the constitutive androstane receptor (CAR)-specific agonist ligand 1,4-bis-[2-(3,5-dichloropyridyloxy)]benzene (TCPOBOP) induces localized changes in chromatin accessibility at several thousand DNase hypersensitive sites (DHS). Activating histone marks, associated with enhancers and promoters, were induced by TCPOBOP and were highly enriched at opening DHS. Opening DHS were highly enriched for CAR binding sites and nuclear receptor direct repeat-4 motifs. These DHS were also enriched for the CAR heterodimeric partner RXRA, binding by CEBPA and CEBPB, and motifs for other liver-specific factors. Thus, TCPOBOP alters the enhancer landscape through changes in histone marks and by mechanisms linked to induced CAR binding. In other studies, the impact of pituitary growth hormone (GH) secretion patterns on chromatin accessibility changes associated with sex-biased liver gene expression was examined. In adult male liver, the transcription factor STAT5 is directly activated by each successive plasma GH pulse. In female liver, STAT5 is persistently activated by the near-continuous stimulation by plasma GH. A majority of the ~4,000 GH-regulated, sex-biased DHS have chromatin marks characteristic of enhancers and were enriched for proximity to sex-biased gene promoters. Chromatin accessibility is thus a key feature of sex-differential gene expression. Two major classes of male-biased DHS were identified: dynamic male-biased DHS, almost all bound by STAT5, which undergo repeated cycles of chromatin opening and closing induced by each GH pulse; and static male-biased DHS, whose accessibility is unaffected GH/STAT5 pulses and whose sex bias results from these chromatin sites being more closed in female liver. Sites with STAT5 binding showed greater chromatin opening, many of which also contain the STAT5 motif. Finally, the effect of a single GH pulse on hypophysectomized male mouse liver was investigated to identify DHS responsive to the male, pulsatile-GH, secretion pattern. These studies demonstrate that widespread epigenetic changes associated with target gene expression are induced by xenobiotics and hormones regulating liver gene expression. / 2022-01-31T00:00:00Z