Thèse soutenue

Les mutations d'IDH2 dans la leucémie aigue myéloïde confèrent une sensibilité spécifique à l'inhibition du métabolisme des acides aminés branchés (BCAA)
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Auteur / Autrice : Maël Heiblig
Direction : Virginie Penard-Lacronique
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
Date : Soutenance le 22/03/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique moléculaire de la transformation hématopoïétique (Villejuif, Val-de-Marne ; 2020-....)
référent : Faculté de médecine
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Jérôme Tamburini-Bonnefoy
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Emmanuel Sarry, Véronique Maguer-Satta, Melania Tesio
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Emmanuel Sarry, Véronique Maguer-Satta

Résumé

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La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une maladie complexe et hétérogène sur le plan moléculaire qui se caractérise par l'accumulation de progéniteurs myéloïdes immatures. Les mutations somatiques affectant les gènes Isocitrate Déshydrogénase (IDH) 1 et 2 sont présentes dans ~20-25% des cas. Les gènes IDH codent pour une même fonction du cycle de Krebs, i.e., l’oxydation de l’isocitrate en alpha-cétoglutarate (aKG). Sous leur forme mutées, les enzymes IDH induisent l'accumulation d'un métabolite, le stéréoisomère D du 2-hydroxyglutarate (D-2HG) responsable de dérégulations énergétiques et de l’inhibition fonctionnelle de dioxygénases cellulaires dépendantes de l’aKG parmi lesquelles des acteurs majeurs de l’épigenèse. La réversion du blocage de différenciation des blastes leucémiques est un paradigme thérapeutique important de la LAM. L’enasidenib et l’ivosidenib (inhibiteurs des enzymes IDH mutées) représentent aujourd’hui une stratégie de traitement innovante pour les patients atteints de LAM IDHmut. De nombreuses réactions enzymatiques utilisent l’aKG comme co-substrat, notamment les réactions de dégradation des acides aminés (AA) par transamination. Nos études par spectrométrie de masse (LC-MS) ont identifié une activité anormale de la voie métabolique des AA branchés (ou branched-chain amino acid, BCAA), plus particulièrement la leucine, dans des blastes leucémiques de patients atteints de LAM IDHmut. Notre projet vise à caractériser les modalités de cette reprogrammation métabolique et à étudier si cette altération métabolique est exploitable sur le plan thérapeutique.MéthodesAu cours de ce travail, nous avons :- étudié la production de leucine et de l’alpha-kétoisocaproate (aKIC) issu de la transamination de la leucine, sur une cohorte indépendante d’échantillons primaires de patient LAM IDH2mut et en modèle cellulaire.- analysé le métabolisme de la leucine, de l’aKIC et d’autres métabolites, par des méthodes d'étude de flux métaboliques basées sur l'analyse de radio-isotopes marqués sur des blastes primaires de patients et en lignée cellulaire IDH2mut.- étudié la régulation transcriptionnelle du gène BCAT1 (branched chain amino-transaminase 1) dont l’activité contrôle le métabolisme de la leucine et de l'aKIC, sur des blastes primaires de patients et en modèle cellulaire (RT-qPCR, CHIP-qPCR).- étudié les conséquences sur la leucémogénèse d’une inhibition pharmacologique et génétique de BCAT1, en lignées cellulaires et dans des modèles murins PDX (patient-derived xenograft).- mis en évidence un lien direct entre l’activité catabolique de la voie des BCAA, la production de leucine et la régulation de la voie mTOR.RésultatsNous avons confirmé un sens anabolique de la voie des BCAA (habituellement catabolique dans les cellules cancéreuses) ainsi que l’accumulation de leucine de façon spécifique au sein des blastes primaires IDH2mut et différents modèles cellulaires. Dans ces cellules, nous avons observé une surexpression du gène BCAT1 par le biais d’une utilisation privilégiée d’un promoteur alternatif, favorisée par le contexte génotypique IDHmut. L’inhibition pharmacologique (gabapentine, BCATc inhibitor 2) et génomique (shRNA) de BCAT1 induisait un excès d’apoptose dans différents modèles cellulaires, blastes primaires et modèle murins PDX IDH2mut comparativement au contexte IDHwt. L’inhibition de BCAT1 était également associée à un engagement de la différentiation myéloïde, privilégiée dans les cellules portant une anomalie IDH. Nous avons également montré que la mutation d'IDH2 par le biais du D-2HG et des niveaux d’aKIC, induisait une augmentation de l'activité de mTORC2, par la phosphorylation d'AKT.ConclusionNotre travail révèle une vulnérabilité métabolique spécifique des cellules leucémiques portant une anomalie IDH, liée à une réversion du sens habituelle de la voie BCAA. L’inhibition de cette voie métabolique pourrait représenter une approche thérapeutique dans les LAM IDHmut.