Etude de la ferroptose dans les leucémies aiguës myéloïdes : nouvelles stratégies thérapeutiques

Study of ferroptosis in acute myeloid leukemia : new therapeutic strategies

• Auteur / Autrice : Rudy Birsen
• Direction : Didier Bouscary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine. Hématologie
• Date : Soutenance le 07/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Virginie Penard-Lacronique
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Bouscary, Virginie Penard-Lacronique, Catherine Pellat-Deceunynck, Bruno Quesnel, David Devos, Raphaël Rodriguez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Pellat-Deceunynck, Bruno Quesnel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mort cellulaire

Leucémie aigüe myéloïde

Cellules stromales mésenchymateuses

Mots clés libres

Ferroptose

APR-246

Ferroptosis

Acute myeloid leukemia

APR-246

Résumé

Les leucémies aiguës myéloïdes sont des hémopathies malignes hétérogènes caractérisées par une activation constante de signaux oncogéniques. Les années récentes ont vu l’avènement de nouvelles thérapeutiques, telles que la midostaurine, le venetoclax et les inhibiteurs des mutants IDH. Cependant, le pronostic pour la plupart des patients demeure péjoratif et de nouvelles stratégies thérapeutiques sont nécessaires. Notre hypothèse de travail initiale était qu’il existe une communication réciproque entre les cellules de leucémie aiguë myéloïde et le microenvironnement médullaire, plus particulièrement les cellules stromales mésenchymateuses. L’identification et la modulation de ces voies de communication peuvent ainsi permettre de définir de nouvelles stratégies thérapeutiques dans la leucémie aiguë myéloïde. Par une approche non biaisée basée sur un screen chimique sur les cellules en coculture (blastes et cellules stromales mésenchymateuses), nous avons mis en évidence que les cellules stromales mésenchymateuses étaient capables de protéger les blastes de la mort cellulaire induite par l’Erastine, un composé inducteur de ferroptose, un mécanisme de mort cellulaire faisant intervenir la peroxydation des lipides membranaires, le métabolisme du fer et de la cystéine. L’analyse transcriptomique des modifications d’expression des gènes dans les deux types cellulaires en coculture ou non montrait des modifications dans les voies de la ferroptose et de la biosynthèse des acides gras, particulièrement dans les cellules stromales mésenchymateuses. L’identification des mécanismes expliquant ces observations est encore en cours. Au-delà de son implication potentielle dans la communication entre blastes et cellules stromales mésenchymateuses, le processus de ferroptose a été pour le moment peu étudié dans les leucémies aiguës myéloïdes et nous nous sommes donc intéressés à la ferroptose de manière plus globale dans cette maladie. Cela nous a conduit à étudier les mécanismes de mort cellulaire induits par un traitement prometteur des leucémies aiguës myéloïdes et syndromes myélodysplasiques avec mutation de TP53, l’APR-246. Nous avons démontré que la mort cellulaire induite précocement après l’exposition à l’APR-246 était inhibée par des chélateurs du fer et des inhibiteurs de la peroxydation des lipides. Cette mort était concomitante de l’accumulation de lipides peroxydés. Ainsi, l’APR-246 entrainait une mort cellulaire précoce par ferroptose, pouvant en partie expliquer son effet anti-leucémique, y compris dans les lignées sans mutation de TP53. L’association de l’APR-246 à d’autres inducteurs de ferroptose était synergique sur la mort cellulaire, à la fois in vitro et in vivo. Enfin, nous avons dégagé des données préliminaires suggérant une modulation des voies de la ferroptose par la mutation FLT3-ITD, une mutation retrouvée dans près d’un tiers des leucémies aiguës myéloïdes. Ces données préliminaires réalisées pour le moment dans une seule lignée cellulaire, suggèrent que la forme mutante de FLT3 module les voies de biosynthèse du GSH, des lipides membranaires et le métabolisme du fer, conduisant à un contrôle des voies canoniques de la ferroptose. Des études supplémentaires dans d’autres modèles de lignées cellulaires et dans des cellules primaires sont prévues pour confirmer et détailler ces observations. En conclusion, nous avons initié un travail de description des mécanismes de la ferroptose dans les leucémies aiguës myéloïdes et mis en évidence de nouvelles perspectives thérapeutiques reposant sur cette voie de mort cellulaire.

Acute myeloid leukemia is a highly heterogenous hematologic malignancy with a constant activation of oncogenic signaling. Recent years have seen the advent of new therapeutics such as midostaurin, venetoclax and inhibitors of IDH mutants. However, the prognosis for most patients remains poor and new therapeutic strategies are needed. Our initial working hypothesis was that there is a reciprocal communication between acute myeloid leukemia cells and the medullary microenvironment, particularly mesenchymal stromal cells. The identification and modulation of these communication pathways may define new therapeutic strategies in acute myeloid leukemia. Using an unbiased approach based on a chemical screen on co-cultured cells (blasts and mesenchymal stromal cells), we demonstrated that mesenchymal stromal cells are able to protect blasts from cell death induced by Erastin, a compound that induces ferroptosis, a cell death mechanism involving membrane lipid peroxidation, iron and cysteine metabolism. Transcriptomic analysis of changes in gene expression in both co-cultured cells showed changes in the pathways of ferroptosis and fatty acid biosynthesis, particularly in mesenchymal stromal cells. The identification of the mechanisms explaining these observations is still in progress. Beyond its potential involvement in the communication between blasts and mesenchymal stromal cells, ferroptosis has been poorly studied in acute myeloid leukemia and we have therefore taken a more global interest in this process. This has led us to study the mechanisms of cell death induced by a promising treatment in acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes with TP53 mutation, APR-246. We demonstrated that cell death induced early after exposure to APR-246 was inhibited by iron chelators and lipid peroxidation inhibitors. This death was concomitant with the accumulation of lipids peroxides. Thus, APR-246 resulted in early cell death by ferroptosis, which partly explain its anti-leukemic effect, including in non-mutated TP53 cell lines. The association of APR-246 with other ferroptosis inducers was synergistic on cell death, both in vitro and in vivo. Finally, preliminary data suggest that the FLT3-ITD mutation modulates the pathways of ferroptosis, a mutation found in almost one-third of acute myeloid leukemias. These preliminary data, currently performed in a single cell line, suggest that the mutant form of FLT3 modulates the biosynthetic pathways of GSH, membrane lipids and iron metabolism, leading to a control of the canonical pathways of ferroptosis. Further studies in other cell lines and in primary cells are planned to confirm and detail these observations.In conclusion, we have initiated a work to describe the mechanisms of ferroptosis in acute myeloid leukemia and have identified new therapeutic perspectives based on this cell death pathway.