La leucémie myélomonocytaire juvénile, une pathologie du développement hématopoïétique ?

Juvenile myelomonocytic leukaemia, a disease of the hematopoietic development ?

• Auteur / Autrice : Marion Strullu
• Direction : Hélène Cavé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Hématologie
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Maladies neurodéveloppementales et neurovasculaires (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Mercher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Cavé, Thomas Mercher, Armelle Yart, Nathalie Droin, Franck Bourdeaut, Frédéric Rieux-Laucat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Armelle Yart, Nathalie Droin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transplantation hétérologue

Système de signalisation des MAP kinases

Leucémie myélomonocytaire juvénile

Syndrome myélodysplasique

Syndrome myéloprolifératif

Mots clés libres

LMMJ

Résumé

La LMMJ est un syndrome myéloprolifératif et myélodysplasique rare du jeune enfant, secondaire à une hyperactivation de la voie RAS/MAPK suite à la mutation de RAS (NRAS, KRAS) ou de ses régulateurs (PTPN11, NF1 ou CBL). La LMMJ est une hémopathie sévère dont le seul traitement est l’allogreffe de moelle osseuse. Cependant, sa présentation et son évolution sont particulièrement hétérogènes puisqu’un tiers des patients présentent une transformation en leucémie aiguë quand d’autres présentent des formes plus indolentes, voire des rémissions spontanées. Les LMMJ ont par ailleurs la particularité de se développer chez les très jeunes enfants et de présenter des caractéristiques que l’on rencontre au cours du développement hématopoïétique physiologique ou dans certains cancers de l’enfant avec initiation anténatale. Malgré les progrès réalisés dans la compréhension des bases génétiques de la LMMJ ces dernières années, ceux-ci n’expliquent qu’en partie l’hétérogénéité phénotypique des patients. Le stade auquel apparait la cellule initiatrice de LMMJ au sein de la pyramide hématopoïétique mais aussi au cours du développement ontogénique pourrait apporter des réponses à ces questions et faire émerger des nouvelles pistes thérapeutiques. Une collaboration avec l’équipe de D. Bonnet (Crick Institute) nous a permis d’établir un modèle murin de xénotransplantation dans des souris immunodéficientes de type NSG ou NSG-S et de montrer que la capacité de propagation de la leucémie est bien portée par la fraction souche, mais s’étend aussi chez certains patients à des fractions plus différenciées. L’architecture clonale des LMMJ est dans la majorité des cas compatible avec une acquisition linéaire des altérations, mais une architecture complexe est parfois observée, avec coexistence de clones distincts, dont les plus faiblement représentés sont susceptibles de devenir dominants lors de la rechute. Le séquençage de sous-populations isolées et des colonies obtenues par culture des progéniteurs en méthylcellulose a montré que l’ensemble des mutations (initiatrice et additionnelles) est présent dès les fractions les plus immatures et qu’elles coexistent dans les mêmes cellules, sans qu’il soit possible de hiérarchiser leur ordre de survenue, témoignant d’un avantage sélectif majeur de leur association dès la cellule souche. Nous avons poursuivi l’analyse phénotypique et transcriptionnelle (RNAseq) des sous fractions hématopoïétiques triées de LMMJ et les avons comparées à leurs contreparties saines à différents stades de l'ontogénie (foie fœtal, moelle osseuse fœtale, et moelle osseuse d'enfants appariés en âge). Le profil d'expression des progéniteurs hématopoïétiques divise les LMMJ en deux groupes dont l’un présente des similitudes transcriptionnelles avec les échantillons embryo-fœtaux en lien avec l’expression accrue de gènes spécifiques des cellules monocytaires et dendritiques et des composants de l'inflammasome. L’autre groupe de LMMJ présente une signature transcriptionnelle distincte des prélèvements sains mais surexprime 2 facteurs de transcription onco-fœtaux: Lin28b et Wt1. Au total, nos résultats montrent que si la cellule initiatrice de la LMMJ est la CSH quel que soit le groupe génétique, les capacités de propagation de la maladie sont également présentes dans les progéniteurs plus engagés. Ceux-ci mettent en place des processus oncogéniques hétérogènes qui s’appuient cependant tous sur des mécanismes utilisés au cours du développement anté-natal.

JMML is a rare myeloproliferative and myelodysplastic syndrome of early childhood, consecutive to the hyperactivation of the RAS/MAPK pathway following the mutation of RAS (NRAS, KRAS) or its regulators (PTPN11, NF1 or CBL). JMML is a severe malignancy for which the only treatment is bone marrow transplant. However, its presentation and evolution are particularly heterogeneous since a third of patients present a transformation into acute leukaemia while others harbour more indolent forms, and even spontaneous remissions. Moreover, JMML have the particularity to arise in very young children and to present characteristics that are encountered during physiological haematopoietic development or in certain childhood cancers with antenatal initiation. Despite the progress made in understanding the genetic basis of JMML in recent years, this only partly explains the phenotypic heterogeneity of patients. The stage at which the JMML initiating cell appears within the haematopoietic pyramid but also during ontogenic development could provide answers to these questions and lead to the emergence of new therapeutic approaches. A collaboration with D. Bonnet's team (Crick Institute) has enabled us to establish a mouse model of xenotransplantation in immunodeficient mice of the NSG or NSG-S type and to show that the capacity for spreading leukaemia is well carried by the stem cell fraction, but also extends in certain patients to more differentiated hematopoietic fractions. The clonal architecture of JMML is in the majority of cases compatible with a linear acquisition of alterations, but a complex architecture is sometimes observed, with the coexistence of distinct clones, the weakest of which are likely to become dominant during relapse. Sequencing of isolated sub-populations and colonies obtained by culture of methylcellulose progenitors has shown that all the mutations (initiating and additional) are present from the most immature fractions and that they coexist in the same cells, without it being possible to prioritise their order of occurrence, demonstrating a major selective advantage of their association from the stem cell onwards. We continued the phenotypic and transcriptional analysis (RNAseq) of the sorted hematopoietic sub-fractions of JMML and compared them to their healthy counterparts at different stages of ontogeny (fetal liver, fetal bone marrow, and bone marrow of age-matched children). The expression profile of hematopoietic progenitors divided the JMML into two groups, one of which had transcriptional similarities with embryo-fetal samples in relation to increased expression of monocyte and dendritic cell-specific genes and inflammasome components. The other group of JMML has a transcriptional signature distinct from healthy samples but overexpresses 2 onco-fetal transcription factors: Lin28b and Wt1. In all, our results show that if the initiating cell of JMML is HSC regardless of the genetic group, the capacity to spread the disease is also present in the more committed progenitors. These set up heterogeneous oncogenic processes that, however, all rely on mechanisms used during antenatal development.