Rôle du microenvironnement dans le maintien et la résistance des cellules souches leucémiques de la Leucémie Myéloïde Chronique. voie BMP et contraintes mécaniques

Role of the microenvironment in maintenance and resistance of leukemic stem cells in Chronic Myelogenous Leukemia. BMP pathway and mechanical forces

• Auteur / Autrice : Bastien Laperrousaz
• Direction : Françoise Argoul, Véronique Maguer-Satta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 30/03/2015
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Charles Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Argoul, Charles Dumontet, Patrick Auberger, Emmanuel Farge, François Amblard, Franck Nicolini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Auberger, Emmanuel Farge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines morphogénétiques osseuses

Inhibiteurs des tyrosine kinases

Leucémie myéloïde chronique

Mots clés libres

Leucémie Myéloïde Chronique

Inhibiteurs de Tyrosine Kinase

Cellules Souches Leucémiques

Bone Morphogenetic Proteins

Résistance

Stress mécanique

Rigidité cellulaire

Chronic Myelogenous Leukemia

Tyrosine Kinase Inhibitors

Leukemic Stem Cells

Bone Morphogenetic Proteins

Resistance

Mechanical stress

Cell stiffness

Résumé

Une des principales causes d’échec dans le traitement des cancers est le développement de résistances aux drogues par les cellules tumorales. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont suspectées d’être responsables de ces rechutes, conduisant à la récurrence de la maladie et bien souvent au décès des patients. En clinique, il est donc nécessaire de développer des stratégies thérapeutiques capables de cibler ces CSC résistantes et aboutir à la guérison des patients. Les CSC sont régulées par un ensemble de signaux aussi bien biologiques que physiques au sein de la niche tumorale. Mon projet a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie de signalisation BMP et contraintes mécaniques) dans le maintien et la résistance des cellules souches leucémiques (CSLs) de la leucémie myéloïde chronique (LMC). Pour cela, nous avons combiné tests fonctionnels et moléculaires ainsi que l’analyse de la niche tumorale sur plus de 200 échantillons de patients atteints de LMC. Nous avons ainsi démontré que l’altération de la voie BMP intrinsèque aux cellules immatures de la LMC corrompt et amplifie la réponse à BMP2 et BMP4, présents en quantités anormalement abondantes au sein de la niche tumorale. Ces résultats récemment publiés dans Blood nous ont amenés à évaluer le rôle de la voie BMP dans le maintien des CSLs sous traitement par les ITK. La microscopie à force atomique nous a permis de démontrer que l’expression de BCR-ABL est suffisante pour induire une augmentation de la rigidité des cellules immatures de LMC par rapport à des cellules saines. Enfin, l’utilisation d’un système de confinement cellulaire nous a permis de démontrer que le stress mécanique contrôle la prolifération des cellules leucémiques immatures en régulant l’expression de gènes mécano-sensibles comme Twist-1. Ces résultats pourraient expliquer comment des CSLs tirent profit des contraintes mécaniques issues de leur microenvironnement afin d’acquérir un avantage prolifératif par rapport aux cellules saines. Ultimement, nous espérons que cette approche transdisciplinaire permettra d’identifier les molécules clés de la transduction de signaux mécaniques potentiellement impliqués dans le maintien et la résistance des CSC et ainsi proposer de nouvelles cibles pour contrer ces effets.

One of the main causes of treatment failure in cancers is the development of drug resistance by cancer cells. The persistence of cancer stem cells (CSCs) might explain cancer relapses as they could allow reactivation of cancer cells proliferation following therapy, leading to disease persistence and ultimately to patients’ death. Clinically, it is crucial to develop therapeutic strategies able to target resistant CSCs in order to cure the patients. CSCs are controlled by a variety of biochemical and biomechanical signals from the leukemic niche. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP signaling pathway and mechanical stress) in the maintenance and resistance of Leukemic Stem Cells (LSCs) in Chronic Myelogenous Leukemia (CML). For this, we combined functional and molecular assays to the analysis of tumor microenvironment on more than 200 CML patients’ samples. We demonstrated that alterations of intracellular BMP signaling pathway in CP-CML primary samples corrupt and amplify the response to exogenous BMP2 and BMP4, which are abnormally abundant in the tumor microenvironment. These results, recently published in Blood led us to evaluate the role of the BMP pathway in LSC maintenance under TKI treatment. Atomic force microscopy allowed us to demonstrate that BCR-ABL expression alone is sufficient to increases the rigidity of immature CML cells compared to healthy ones. Finally, using a unique cell confining system, we were able to demonstrate that mechanical stress controls the proliferation of immature leukemic cells by regulating the expression of mechano-sensitive genes such as Twist-1. These results could explain how LSCs can benefit from a mechanical stress exerted by their microenvironment to acquire a proliferative advantage over normal cells. Ultimately, we hope that this transdisciplinary approach will help to identify key molecules in the transduction of mechanical signals potentially involved in maintenance and resistance of CSCs and thus offer new targets to counter these effects.