Les mécanismes de dérégulation de TAL1 dans la Leucémie Aiguë Lymphoblastique (LAL-T)

Molecular mechanisms of TAL1 dysregulation in T-cell Acute Lymphoblastic Leukaemia (T-ALL)

• Auteur / Autrice : Charlotte Smith
• Direction : Vahid Asnafi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hématologie
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Soler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Soler, Dominique Payet-Bornet, Emmanuelle Clappier, Jacques Ghysdael
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Soler, Dominique Payet-Bornet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthylation de l'ADN

génétique

Protéine-1 de la lleucémie lymphoïde aiguë à cellules T

Épigénétique

Leucémie aigüe lymphoblastique

Mots clés libres

LAL-T

TAL1

Oncogène

Épigénétique

Méthylation de l'ADN

Neoenhancer

Thérapie ciblée

Médecine de précision

T-ALL

TAL1

Oncogene

Epigenetics

DNA methylation

Neoenhancer

Targeted therapy

Precision medicine

Résumé

L'oncogène TAL1 est fréquemment dérégulé dans la LAL-T avec plusieurs altérations in-cis conduisent à son expression ectopique. Pourtant, la majorité des patients surexprimant TAL1 (TAL1+) a des mécanismes de dérégulation non résolus pouvant conduire à son expression monoallélique et biallélique. À la lumière d'études épigénétiques récentes, le travail présenté se concentre sur l'étude des mécanismes de dérégulation épi/génétique engendrant l'expression ectopique de TAL1, sur une meilleure définition des LAL-T TAL1+ et sur la mise en lumière d'une potentielle piste thérapeutique ciblant un mécanisme de dérégulation épigénétique de TAL1. L'analyse de la méthylation globale chez 143 LAL-T adultes et sous-populations thymiques par EPIC array a permis d'identifier cinq sous-groupes de LAL-T avec des méthylomes distincts associés à des oncogènes spécifiques et des stades d'arrêt de la maturation thymique particuliers. Le cluster C2 est caractérisé par un profil d'hypométhylation et par la dérégulation de TAL1 quel que soit le mécanisme de dérégulation sous-jacent. Comme précédemment décrit, les LAL-T hypométhylées ont un mauvais pronostic. Cependant, nous avons aussi découvert un sous-groupe de LAL-T hyperméthylées associé à un mauvais pronostic. De façon importante, nous avons identifié la 5-Azacytidine (agent hypométhylant de l'ADN) comme traitement potentiel pour les patients hyperméthylés. Chez les patients TAL1 dérégulés, l'unique methylome observé nous a conduit à émettre l'hypothèse selon laquelle la méthylation de l'ADN au niveau du locus TAL1 pourrait faciliter l'identification de sa dérégulation. Dans une seconde étude, j'ai mis au point une méthode de MS-MLPA (Methylation-Specific Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification) afin d'étudier la méthylation différentielle du promoteur TAL1 de façon ciblée. L'hypométhylation du promoteur TAL1 a permis d'identifier de manière robuste les patients TAL1+ et de les distinguer des LAL-T avec une « fausse » surexpression de TAL1 identifiées par RQ-PCR dans des prélèvements diagnostiques, contaminés par des cellules hématopoïétiques résiduelles exprimant de manière physiologique de hauts niveaux de TAL1. L'hypométhylation du promoteur de TAL1 est associée à un pronostic plus mauvais avec un risque de rechute plus élevé suggérant son utilisation comme indicateur de rechute. Lors d'une troisième étude, nous avons cherché à élucider le mécanisme de dérégulation en jeu chez des LAL-T TAL1+ monoalléliques « non résolues ». L'étude de marques épigénétiques H3K27ac et H3K4me3, combinée au séquençage du génome entier, nous a permis d'identifier chez un patient, un néoenhancer oncogénique consistant en une microinsertion intergénique en aval de TAL1 et dépendant de la fixation de novo du facteur de transcription MYB. Bien que rare, cette mutation est récurrente car un deuxième patient TAL1+ avec une microinsertion similaire a été découvert. L'impact pronostique respectif des multiples mécanismes de dérégulation de TAL1 n'a pas été étudié. Dans une étude finale, nous démontrons que les patients 5'-SE (5'-superenhancer dépendant de MYB) ont un pronostic significativement plus mauvais que les patients SIL-TAL1 positifs et d'autres patients (ni 5-SE, ni SIL-TAL1), soulignant des différences biologiques distinctes induites par le mécanisme sous-jacent de dérégulation oncogénique. Nous avons ciblé TAL1 des patients 5'-SE en induisant la dégradation du MYB avec le Mébendazole, un agent anti-helminthique d'usage courant, et montré un effet anti-leucémique in vitro et in vivo. On fournit ainsi la preuve de concept que le mécanisme de dérégulation de l'oncogène plus que l'oncogène lui-même peut avoir des implications cliniques importantes et fournir de nouvelles cibles thérapeutiques. Ainsi, l'étude de la dérégulation épigénétique peut améliorer notre compréhension de la dérégulation oncogénique et fournir de potentielles nouvelles cibles thérapeutiques.

The TAL1 oncogene is frequently dysregulated in T-ALL and has diverse in-cis dysregulation mechanisms engendering its ectopic expression. Yet, the majority of TAL1 overexpressing (TAL1+) patients have unresolved dysregulation mechanisms leading to both monoallelic and biallelic TAL1 expression. In light of the recent epigenetic studies, the work presented has focused on elucidating the epi/genetic dysregulation mechanisms underlying ectopic TAL1 expression, on improving the definition of TAL1+ T-ALLs, and on a potential therapy targeting an epigenetic TAL1 dysregulation mechanism. Analysis of the global methylation patterns in 143 adult T-ALLs and thymic subpopulations by EPIC-array uncovered five subgroups of T-ALL with distinct methylomes associated with specific oncogenes and particular stages of thymic maturation arrest. The C2 cluster was characterised by a hypomethylation profile and TAL1 dysregulation irrespective of its underlying dysregulation mechanism. In concordance with previous studies, hypomethylated T-ALLs were of poor prognosis. However, we also discovered a subgroup of hypermethylated T-ALLs associated with poor clinical outcome. Importantly, we identified 5-Azacytidine, (DNA hypomethylating agent) as a potential therapy for hypermethylated patients. The unique methylome observed in TAL1+ patients led us to hypothesise that focal DNA methylation patterns at the TAL1 locus could facilitate the identification of its dysregulation. In a second study, I developed a MS-MLPA (Methylation-Specific Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification) assay to investigate differential methylation of the TAL1 promoter. TAL1 promoter hypomethylation robustly identified TAL1+ patients and distinguished them from T-ALLs with a 'false' overexpression of TAL1 identified by RQ-PCR of diagnostic samples contaminated by residual haematopoietic cells physiologically expressing high levels of TAL1. Moreover, TAL1 promoter methylation could indicate risk of relapse as TAL1 promoter hypomethylation is associated with poorer prognosis and increased risk of relapse. In a third study we sought to elucidate the dysregulation mechanisms responsible for unresolved monoallelic TAL1+ expression in T-ALL patients. Using ChIPseq of H3K4me3 and H3K27ac epigenetic marks combined with Whole Genome Sequencing, we identified a patient with an oncogenic neoenhancer consisting of an intergenic microinsertion downstream of the TAL1 gene that is dependent on de novo binding of MYB transcription factor. Although rare, this mutation is recurrent as a second TAL1+ patient with a similar microinsertion was discovered. The respective prognostic impact of TAL1's multiple dysregulation mechanisms has not been studied. In a final study we demonstrate that 5'-SE patients (MYB-dependent 5'-superenhancer) have significantly poorer prognosis than SIL-TAL1 positive patients and other (neither 5-SE nor SIL-TAL1) patients, highlighting distinct biological differences induced by the mechanism of oncogene dysregulation. We were able to specifically target TAL1 in 5'-SE patients by inducing MYB degradation with Mebendazole, a commonly used anti-helminthic agent, and show its anti-leukemic activity in vitro and in vivo. This study provides proof-of-concept that the mechanism of oncogene dysregulation rather than the oncogene itself may have important clinical implications and provide new therapeutic targets. Thus, the study of epigenetic dysregulation can greatly improve our understanding of oncogene dysregulation and provide potential new therapeutic avenues.