Impact des inhibiteurs à tyrosine kinase et BMPs sur la dormance des cellules souches leucémiques persistantes chez les patients LMC en rémission

Impact of tyrosine kinase inhibitors and bone morphogenetic proteins on persistent leukemic stem cell dormancy in Chronic Myeloid Leukemia patients at remission

• Auteur / Autrice : Kawtar Arizkane
• Direction : Sylvain Lefort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 13/09/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Agnès Bernet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Lefort, Bastien Gerby, Véronique Maguer-Satta, Jean-François Peyron, Catherine Sawai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bastien Gerby

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches leucémiques

Quiescence cellulaire

Inhibiteurs des tyrosine kinases

Thérapeutique

Leucémie myéloïde chronique

Mots clés libres

LMC

CSL

Dormance

Persistance

ITK

BMP

Rémission

Niche

CML

LSC

Dormancy

Persistence

TKI

BMP

Remission

Niche

Résumé

Malgré le progrès thérapeutique que la Leucémie Myéloïde Chronique (LMC) a connu grâce aux Inhibiteurs à Tyrosine Kinase (ITKs) qui ciblent spécifiquement BCR-ABL, ce traitement n’est toujours pas curatif dans la mesure où les patients LMC gardent une fraction de Cellules Souches Leucémiques (CSL) ainsi que des progéniteurs indifférenciés dans leur Moelle Osseuse (MO) à l’arrêt de traitement. La MO humaine représente un microenvironnement aussi dynamique que complexe qui assure des signaux essentiels pour les cellules résidentes. Un séquençage d’ARN d’une cellule unique fait sur des cellules persistantes BCR-ABL+ a montré un enrichissement de la signalisation BMP, quiescence et de signatures du caractère « souche » de ces cellules. En plus, en ciblant l’ensemble de BMPR1B et JAK2/STAT3 on a démontré une stimulation de différenciation de ces CSL persistantes et dormantes au sein de la MO. Comme on a souligné l’induction de la dormance des CSL après un traitement à l’imatinib, la compréhension des mécanismes moléculaires contribuant à la dormance des CSL au sein de l’écosystème de la MO est probablement susceptible de communiquer de nouvelles informations sur l'échappement au traitement qui a lieu lors de la rémission. Pour décoder ce mécanisme pathologique qui a lieu post traitement, nous avons développé un modèle de système 3D de coculture standardisé pour élucider les mécanismes physiopathologiques qui contrôlent la cellule souche et prennent place au cours des pathologies hématologiques et non hématologiques. Pour ceci, nous avons construit un échafaudage de billes calcium triphosphate utilisant des lignées humaines et cellules souches mésenchymateuses en plus de cellules endothéliales afin de reproduire la niche médullaire. En suivant des étapes clés, nous obtenons une structure similaire à l’os, bien structurée avec des fibres de collagène et de l’os trabéculaire où les cellules humaines peuvent être observées in situ par imagerie. Par ailleurs, nous avons démontré que les cellules viables peuvent être récupérées du système après une culture 3D afin d’effectuer des analyses variables ou des tests fonctionnels. En utilisant le système 3D on suit comment les traitements LMC contribuent au remodelage de la niche leucémique et comment ils contrôlent la quiescence des CSL. Pour cet objectif, on utilise un modèle de CSL, des lignées CD34+CD38- exprimant le système FUCCI permettant une analyse dynamique de toutes les fractions du cycle cellulaire (G0, G1, S précoce et G2/M) qui varie en fonction du traitement LMC administré.

Despite the therapeutic progress of Chronic Myeloid Leukemia (CML) due to the Tyrosine Kinase Inhibitors (TKIs) that targets specifically BCR-ABL kinase, TKI treatment is not yet curative since many CML patients still retain leukemic stem cells (LSCs) and undifferentiated progenitors in their bone marrow (BM) when treatments stop. The human BM is a complex and dynamic microenvironment that provides essential cues to resident cells. A single cell RNA-Seq analysis of BCR-ABL+ persistent cells have shown a co-enrichment of BMP signalling, quiescence as well as HSC signatures. In addition, by targeting both BMPR1B and JAK2/STAT3 we showed an efficient differenciation fostering effect on persistent and dormant LSCs hidden in their bone marrow (BM) microenvironment. As we highlighted a LSC dormancy induction after imatinib treatment, understanding the molecular mechanisms contributing to LSC dormancy in the human BM dynamic ecosystem after CML treatment is likely to give new insights on treatment escape that takes place at remission. To decipher this post treatment pathological mechanistic, we have developed a standardized three-dimensional (3D) co-culture model to elucidate pathophysiological mechanisms that control stem cells and take place during hematological and no hematological pathologies. For that, we constructed a biphasic calcium phosphate-based scaffold using human cell lines of mesenchymal stem cells (MSCs) and endothelial cells, thus ensuring a high reproducibility of the medullar niche. By following key steps, we obtained a well-organized bone marrow-like structure with collagen fibres and trabecular bone in which each human cell type could be observed by in situ imaging. Furthermore, we demonstrated that viable cells could be retrieved at the end of the 3D culture in order to perform any requested analytical or functional assays. Using this 3D system, we follow how CML treatments contributes to leukemic niche remodelling and monitors LSC quiescence. For this latter purpose, we use a CD34+CD38- LSC model expressing FUCCI system, allowing a dynamic analysis of all cell cycles fractions (G0, G1, early S and G2/M) in response to CML treatment. Using this strategy, we will decipher the key elements that support LSC dormancy upon CML treatment and define new avenues enabling CML patients’ relapse prevention.