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MAPK dans la leucémogenèse T humaine
Annales de pathologie (2008) 28S, S28—S29 Disponible en ligne sur www.sciencedirect.com
SYMPOSIUM / Cellules souches et cancer
Mise en évidence des cellules souches leucémiques dans les LAL-T humaines et étude de l’implication des voies NOTCH, TAL1 et ERK/MAPK dans la leucémogenèse T humaine夽 Bastien Gerby , Florence Armstrong , Philippe Brunet de la Grange , Julien Calvo , Paula Ballerini , Franc ¸oise Pflumio ∗ Laboratoire des cellules souches hématopoïétiques et leucémiques, institut de radiobiologie moléculaire et cellulaire, CEA, 18, route de Panorama, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses, France Disponible sur Internet le 17 octobre 2008
Les leucémies aiguës lymphoblastiques T (LAL-T) sont des hémopathies malignes qui se développent à partir de la transformation maligne de thymocytes. Elles constituent environ 10 à 15 % des LAL diagnostiquées chez les enfants de moins de 16 ans et présentent souvent des critères cliniques péjoratifs. En effet, le pronostic de la maladie, bien que amélioré au cours des dernières années par des traitements plus agressifs, demeure néanmoins insatisfaisant 60 à 70 %, de guérisons à cinq ans, et le risque de rechute reste bien plus élevé que dans les LAL-B. L’hétérogénéité clinique se traduit sur le plan biologique par une grande hétérogénéité des caractères immunophénotypiques et des lésions oncogénétiques associées. L’analyse combinée du phénotype immunologique et des profils d’expression génique des différentes LAL-T révèle que cette hétérogénéité reflète en partie l’arrêt des blastes malins aux différentes étapes de maturation des thymocytes normaux. Cette observation souligne le fait que les cellules leucémiques T combinent des caractéristiques de progéniteurs thymiques normaux et des capacités de prolifération incontrôlée. Depuis plusieurs années, un nouveau niveau d’hétérogénéité a été décrit à l’intérieur des populations de blastes leucémiques. En effet, et en analogie avec le système hématopoïétique dans lequel toutes les cellules matures dérivent de la prolifération et différenciation d’un petit contingent de cellules souches (CSH), la leucémie serait maintenue et renouvelée à partir d’un contingent de cellules rares, appelées les cellules souches leucémiques (CSL). Ce concept a émergé des travaux du laboratoire de John Dick sur les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM) dans les années 1990. Ces travaux ont montré que les LAM sont constituées de cellules hétérogènes, n’ayant pas toutes la même capacité à régénérer la leucémie dans le modèle des souris NOD/SCID. D’après ce modèle, les
夽 Symposium présenté le lundi 17 novembre 2008, de 9 h 30 à 11 h dans le Grand Amphithéâtre, sous l’égide de E. Charafe-Jauffret et T. Molina. ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : francoise.pfl[email protected] (F. Pflumio).
0242-6498/$ — see front matter © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. doi:10.1016/j.annpat.2008.09.004
Mise en évidence des cellules souches leucémiques dans les LAL-T humaines et étude de l’implication des voies LAM seraient organisées en une hiérarchie de cellules dont la majorité dépendrait pour sa production continue de la prolifération des CSL. Les CSL sont expérimentalement les seules cellules à pouvoir recréer une leucémie identique à la leucémie d’origine. De fac ¸on analogue aux CSH, les CSL sont relativement quiescentes et de ce fait moins facilement ciblées par les traitements cytotoxiques actuels qui visent surtout la fraction cellulaire plus proliférante. La résistance des CSL aux traitements conventionnels peut expliquer la raison de l’inefficacité de ces thérapies dans de nombreux cas : quoique capables de détruire une grande partie de la population blastique, elles ne peuvent pas empêcher les CSL survivantes de régénérer de nouveau la leucémie. Des cellules souches cancéreuses sont décrites à présent et étudiées dans des pathologies diverses telles que le cancer du sein, du colon et du cerveau. Une question très importante est de reconnaître l’origine pathologique de la formation des CSL : à savoir si les CSL dérivent de la transformation de la CSH ou de progéniteurs engagés, dans lesquels les programmes d’autorenouvellement seraient réactivés. Des travaux récents ont montré que la réponse à cette question dépend de la nature de l’événement oncogénétique primaire. Dans le cas du réarrangement BCR-ABL dans les LMC, il a été clairement démontré que la transformation initiée par cet oncogène touche la CSH car la transduction de BCR-ABL dans les cellules plus engagées ne confère pas de propriétés d’auto-renouvellement. Dans le cas de plusieurs oncogènes résultant de la fusion de MLL avec les gènes ENL ou AF9 ou de la fusion des gènes MOZ-TIF2, la transformation de progéniteurs hématopoïétiques aboutit à la réactivation des propriétés de la CSH. Il est, par ailleurs, probable que le processus de transformation ne cible qu’une partie des programmes génétiques spécifiques de la CSH, générant ainsi une cellule maligne « hybride » possédant certaines caractéristiques des cellules souches ainsi que certaines caractéristiques des cellules déjà engagées, mais qui demeure différente des deux. Cela semble, en effet, être le cas, au moins dans les modèles expérimentaux plus haut mentionnés. Le fait que les CSL possèdent un « phénotype/programme d’expression génique » propre, non nécessairement identique à celui de leur contrepartie normale CSH, et utilisent un programme d’auto-renouvellement plus restreint dans un contexte de cellules déjà engagées, a des retombées importantes pour la compréhension de la leucémogenèse et pour le développement de nouvelles thérapeutiques plus efficaces, visant l’éradication des CSL.
S29
Notre laboratoire s’intéresse en particulier au développement des LAL-T et à l’implication de certaines voies moléculaires dans cette pathologie. Afin d’effectuer nos études sur des prélèvements humains, nous avons développé des systèmes expérimentaux originaux qui permettent de maintenir et d’expandre les LAL-T humaines. Nous avons montré que la voie NOTCH est cruciale pour la prolifération de ces cellules et pour l’activité des CSL-T. Plus récemment, nous avons entrepris d’isoler les CSL-T sur des critères d’expression de marqueurs de surface et nous montrons que les LAL-T sont hétérogènes dans leur capacité à initier des leucémies in vivo dans des souris immunodéficientes, en accord avec la notion de CSL-T et in vitro dans leur capacité proliférative en réponse à une activation de la voie NOTCH. Enfin, des résultats préliminaires indiquent que la voie ERK serait un régulateur négatif de la leucémogénèse T humaine.
Pour en savoir plus [1] Armstrong F, Brunet de la Grange P, Gerby B, Rouyez M-C, Fontenay M et al. ‘‘NOTCH is key regulator of human T-cell acute leukemia initiating cell activity’’. 2008, Blood, revision. [2] Amylon MD, Shuster J, Pullen J, et al. Intensive high-dose asparaginase consolidation improves survival for pediatric patients with T cell acute lymphoblastic leukemia and advanced stage lymphoblastic lymphoma: a Pediatric Oncology Group study. Leukemia 1999;13:335—42. [3] Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med 1997;3:730—7. [4] Cho RW, Clarke MF. Recent advances in cancer stem cells. Curr Opin Genet Dev 2008. [5] Ferrando AA, Neuberg DS, Staunton J, et al. Gene expression signatures define novel oncogenic pathways in T cell acute lymphoblastic leukaemia. Cancer Cell 2002;1:75—87. [6] Huntly BJ, Shigematsu H, Deguchi K, et al. MOZ-TIF2, but not BCR-ABL, confers properties of leukemic stem cells to committed murine hematopoietic progenitors. Cancer Cell 2004;6:587—96. [7] Krivtsov AV, Twomey D, Feng Z, et al. Transformation from committed progenitor to leukaemia stem cell initiated by MLL-AF9. Nature 2006;442:818—22. [8] Scadden DT. The stem-cell niche as an entity of action. Nature 2006;441:1075—9. [9] Soulier J, Clappier E, Cayuela JM, et al. HOXA genes are included in genetic and biologic networks defining human acute T-cell leukemia (T-ALL). Blood 2005;106:274—86. [10] Stubbs MC, Armstrong SA. Therapeutic implications of leukemia stem cell development. Clin Cancer Res 2007;15(13):3439—42.
SYMPOSIUM / Cellules souches et cancer
Mise en évidence des cellules souches leucémiques dans les LAL-T humaines et étude de l’implication des voies NOTCH, TAL1 et ERK/MAPK dans la leucémogenèse T humaine夽 Bastien Gerby , Florence Armstrong , Philippe Brunet de la Grange , Julien Calvo , Paula Ballerini , Franc ¸oise Pflumio ∗ Laboratoire des cellules souches hématopoïétiques et leucémiques, institut de radiobiologie moléculaire et cellulaire, CEA, 18, route de Panorama, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses, France Disponible sur Internet le 17 octobre 2008
Les leucémies aiguës lymphoblastiques T (LAL-T) sont des hémopathies malignes qui se développent à partir de la transformation maligne de thymocytes. Elles constituent environ 10 à 15 % des LAL diagnostiquées chez les enfants de moins de 16 ans et présentent souvent des critères cliniques péjoratifs. En effet, le pronostic de la maladie, bien que amélioré au cours des dernières années par des traitements plus agressifs, demeure néanmoins insatisfaisant 60 à 70 %, de guérisons à cinq ans, et le risque de rechute reste bien plus élevé que dans les LAL-B. L’hétérogénéité clinique se traduit sur le plan biologique par une grande hétérogénéité des caractères immunophénotypiques et des lésions oncogénétiques associées. L’analyse combinée du phénotype immunologique et des profils d’expression génique des différentes LAL-T révèle que cette hétérogénéité reflète en partie l’arrêt des blastes malins aux différentes étapes de maturation des thymocytes normaux. Cette observation souligne le fait que les cellules leucémiques T combinent des caractéristiques de progéniteurs thymiques normaux et des capacités de prolifération incontrôlée. Depuis plusieurs années, un nouveau niveau d’hétérogénéité a été décrit à l’intérieur des populations de blastes leucémiques. En effet, et en analogie avec le système hématopoïétique dans lequel toutes les cellules matures dérivent de la prolifération et différenciation d’un petit contingent de cellules souches (CSH), la leucémie serait maintenue et renouvelée à partir d’un contingent de cellules rares, appelées les cellules souches leucémiques (CSL). Ce concept a émergé des travaux du laboratoire de John Dick sur les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM) dans les années 1990. Ces travaux ont montré que les LAM sont constituées de cellules hétérogènes, n’ayant pas toutes la même capacité à régénérer la leucémie dans le modèle des souris NOD/SCID. D’après ce modèle, les
夽 Symposium présenté le lundi 17 novembre 2008, de 9 h 30 à 11 h dans le Grand Amphithéâtre, sous l’égide de E. Charafe-Jauffret et T. Molina. ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : francoise.pfl[email protected] (F. Pflumio).
0242-6498/$ — see front matter © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. doi:10.1016/j.annpat.2008.09.004
Mise en évidence des cellules souches leucémiques dans les LAL-T humaines et étude de l’implication des voies LAM seraient organisées en une hiérarchie de cellules dont la majorité dépendrait pour sa production continue de la prolifération des CSL. Les CSL sont expérimentalement les seules cellules à pouvoir recréer une leucémie identique à la leucémie d’origine. De fac ¸on analogue aux CSH, les CSL sont relativement quiescentes et de ce fait moins facilement ciblées par les traitements cytotoxiques actuels qui visent surtout la fraction cellulaire plus proliférante. La résistance des CSL aux traitements conventionnels peut expliquer la raison de l’inefficacité de ces thérapies dans de nombreux cas : quoique capables de détruire une grande partie de la population blastique, elles ne peuvent pas empêcher les CSL survivantes de régénérer de nouveau la leucémie. Des cellules souches cancéreuses sont décrites à présent et étudiées dans des pathologies diverses telles que le cancer du sein, du colon et du cerveau. Une question très importante est de reconnaître l’origine pathologique de la formation des CSL : à savoir si les CSL dérivent de la transformation de la CSH ou de progéniteurs engagés, dans lesquels les programmes d’autorenouvellement seraient réactivés. Des travaux récents ont montré que la réponse à cette question dépend de la nature de l’événement oncogénétique primaire. Dans le cas du réarrangement BCR-ABL dans les LMC, il a été clairement démontré que la transformation initiée par cet oncogène touche la CSH car la transduction de BCR-ABL dans les cellules plus engagées ne confère pas de propriétés d’auto-renouvellement. Dans le cas de plusieurs oncogènes résultant de la fusion de MLL avec les gènes ENL ou AF9 ou de la fusion des gènes MOZ-TIF2, la transformation de progéniteurs hématopoïétiques aboutit à la réactivation des propriétés de la CSH. Il est, par ailleurs, probable que le processus de transformation ne cible qu’une partie des programmes génétiques spécifiques de la CSH, générant ainsi une cellule maligne « hybride » possédant certaines caractéristiques des cellules souches ainsi que certaines caractéristiques des cellules déjà engagées, mais qui demeure différente des deux. Cela semble, en effet, être le cas, au moins dans les modèles expérimentaux plus haut mentionnés. Le fait que les CSL possèdent un « phénotype/programme d’expression génique » propre, non nécessairement identique à celui de leur contrepartie normale CSH, et utilisent un programme d’auto-renouvellement plus restreint dans un contexte de cellules déjà engagées, a des retombées importantes pour la compréhension de la leucémogenèse et pour le développement de nouvelles thérapeutiques plus efficaces, visant l’éradication des CSL.
S29
Notre laboratoire s’intéresse en particulier au développement des LAL-T et à l’implication de certaines voies moléculaires dans cette pathologie. Afin d’effectuer nos études sur des prélèvements humains, nous avons développé des systèmes expérimentaux originaux qui permettent de maintenir et d’expandre les LAL-T humaines. Nous avons montré que la voie NOTCH est cruciale pour la prolifération de ces cellules et pour l’activité des CSL-T. Plus récemment, nous avons entrepris d’isoler les CSL-T sur des critères d’expression de marqueurs de surface et nous montrons que les LAL-T sont hétérogènes dans leur capacité à initier des leucémies in vivo dans des souris immunodéficientes, en accord avec la notion de CSL-T et in vitro dans leur capacité proliférative en réponse à une activation de la voie NOTCH. Enfin, des résultats préliminaires indiquent que la voie ERK serait un régulateur négatif de la leucémogénèse T humaine.
Pour en savoir plus [1] Armstrong F, Brunet de la Grange P, Gerby B, Rouyez M-C, Fontenay M et al. ‘‘NOTCH is key regulator of human T-cell acute leukemia initiating cell activity’’. 2008, Blood, revision. [2] Amylon MD, Shuster J, Pullen J, et al. Intensive high-dose asparaginase consolidation improves survival for pediatric patients with T cell acute lymphoblastic leukemia and advanced stage lymphoblastic lymphoma: a Pediatric Oncology Group study. Leukemia 1999;13:335—42. [3] Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med 1997;3:730—7. [4] Cho RW, Clarke MF. Recent advances in cancer stem cells. Curr Opin Genet Dev 2008. [5] Ferrando AA, Neuberg DS, Staunton J, et al. Gene expression signatures define novel oncogenic pathways in T cell acute lymphoblastic leukaemia. Cancer Cell 2002;1:75—87. [6] Huntly BJ, Shigematsu H, Deguchi K, et al. MOZ-TIF2, but not BCR-ABL, confers properties of leukemic stem cells to committed murine hematopoietic progenitors. Cancer Cell 2004;6:587—96. [7] Krivtsov AV, Twomey D, Feng Z, et al. Transformation from committed progenitor to leukaemia stem cell initiated by MLL-AF9. Nature 2006;442:818—22. [8] Scadden DT. The stem-cell niche as an entity of action. Nature 2006;441:1075—9. [9] Soulier J, Clappier E, Cayuela JM, et al. HOXA genes are included in genetic and biologic networks defining human acute T-cell leukemia (T-ALL). Blood 2005;106:274—86. [10] Stubbs MC, Armstrong SA. Therapeutic implications of leukemia stem cell development. Clin Cancer Res 2007;15(13):3439—42.