L'impact des voies de mécanotransduction (BMP, YAP/TAZ) dans la chimiorésistance de la Leucémie Myéloïde Aiguë

Impact of mechanotransduction pathways (BMP, YAP/TAZ) in Acute Myeloid Leukemia (AML) chemoresistance

• Auteur / Autrice : Léa Barral
• Direction : Sylvain Lefort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 03/05/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Rieu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Picart, Sophie Tartare-Deckert, Meyling Cheok, Diana Passaro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Picart, Sophie Tartare-Deckert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux médicaments

Cellules cancéreuses

Transduction du signal cellulaire

Leucémie aigüe myéloïde

Mots clés libres

Leucémie Myéloïde Aiguë

Chimiorésistance

Mécanotransduction

TAZ/TEAD

BMP (Bone Morphogenetic Protein)

Acute Myeloid Leukemia

Chemoresistance

Mechanotransduction

TAZ/TEAD

BMP (Bone Morphogenetic Protein)

Résumé

La Leucémie Aiguë Myéloïde (LAM) est la leucémie la plus fréquente chez l’adulte. Le taux de mortalité reste élevé, avec seulement 25-30% des patients survivants après 5 ans de traitement. La persistance des cellules leucémiques chimiorésistantes dans l’environnement (niche) médullaire est responsable des rechutes et du taux élevé de mortalité. Cette niche est dérégulée lors du développement de la LAM : la Matrice ExtraCellulaire (MEC) se rigidifie, et la pression intramédullaire augmente. De plus, l’adhésion des cellules leucémiques à leur matrice les protège du traitement chimiothérapique. Notre équipe a précédemment démontré que la voie des BMPs (Bone Morphogenetic Proteins), régulatrices importantes de l’hématopoïèse normale, était dérégulée lors de la LAM (Voeltzel et al. 2018). Les BMPs sont aussi des facteurs de mécanotransduction, interagissant avec la voie de YAP/TAZ, protéines connues comme oncogènes dans les cacers épithéliaux, et celle des intégrines. Ainsi, nous nous sommes demandés quel impact ces voies de mécanotransduction avait dans la chimiorésistance de la LAM. Pour cette étude, nous avons utilisé des lignées cellulaires sensibles ou résistantes à la chimiothérapie (Ara-C), mais aussi des cellules primaires de patients après rechute. Nous avons caractérisé ces cellules au regard des voies BMP et YAP/TAZ, puis modulé ces voies afin de comprendre leur implication dans la chimiorésistance. Nous avons aussi étudié comment l’environnement physique pouvait réguler cette résistance. Reproduisant certaines propriétés mécaniques de la niche médullaire, nous avons utilisé des hydrogels de différentes rigidités, mais aussi un système de confinement (Prunet et al. 2020) ou un système 3D standardisé modélisant la moelle osseuse humaine (Voeltzel et al. 2022). L'analyse de datasets publiques a mis en évidence que les patients exprimant un fort taux de BMPR1B au diagnostic rechutaient plus rapidement que les autres. Aussi, BMPR1B et des éléments de la voie YAP/TAZ sont surexprimés chez des patients après leur rechute comparé à leur diagnostic. Nos lignées résistantes présentent aussi une surexpression de BMPR1B et TAZ/TEADs. Elles sont adhérentes à différents substrats, présentant plus d’intégrines β1, de FAK phosphorylé et d’actine que les cellules sensibles. De plus, la voie BMP dans les cellules résistantes répond aux stimuli physiques (rigidité, confinement). L’addition de BMP4, retrouvé en excès dans la moelle osseuse des patients LAM (Voeltzel et al. 2018), entraîne une augmentation de l’expression d’id1, gène-cible des BMPs mais aussi impliqué dans la chimiorésistance dans différents modèles. L’inhibition de la voie YAP/TAZ non seulement semble spécifiques aux cellules résistantes. De plus, il impacte la voie BMP, diminuant l’expression d’id1, ce qui suggère un dialogue entre les deux voies. En outre, l’inhibition de YAP/TAZ ou de BMPR1B/ERK en combinaison avec l’Ara-C réduit le nombre de cellules résistantes dans le système 3D comparé à l’Ara-C seul. Ainsi, les voies BMP et YAP/TAZ sont impliqués dans la chimiorésistance des cellules LAM et sont modulées par leur environnement physique. Ces deux voies pourraient alors être ciblées afin d’améliorer la survie des patients LAM.

In Acute Myeloid Leukemia (AML), only 30% of patients survive 5 years after chemotherapeutic treatment. Patients relapse due to the persistence of chemoresistant leukemic cells in the bone marrow (BM) microenvironment during treatment course. The AML physical BM microenvironment is dysregulated with an increased stiffness of the extracellular matrix (ECM), and an upregulation of the intramedullary pressure. Besides, leukemic cells adhere to different substrates or cell types, protecting themselves from the chemotherapy. Our team previously showed that the BMP family, important cytokines for hematopoiesis regulation, was dysregulated in AML (Voeltzel et al, 2018). It is also a mechanotransduction pathway known to interact with the integrins signaling, and with YAP/TAZ, known oncogene regulating adhesion/chemoresistance in epithelial cancers. Thus, we aimed to understand how these mechanotransduction pathways could regulate chemoresistance in AML cells, using different features of the BM environment. Hence, we used AML cell lines, sensitive or resistant to chemotherapy (Ara-C) but also primary AML samples from relapse patients. We first characterized BMP and YAP/TAZ pathways, then modulated chemically BMP and YAP/TAZ pathways to understand their implication in chemoresistance. We also investigated if resistant AML cells behavior would be sensitive to variations on physical environment, using different ECM stiffness or a cell confinement system as well as a standardized humanized 3D bone marrow like system. Analysis of publicly available AML datasets highlighted a quicker relapse in AML patients with a high expression of BMPR1B receptor at diagnosis. Interestingly, we also observed in paired AML samples that, BMPR1B, and some YAP/TAZ pathway elements were overexpressed after relapse compared to diagnosis. Our resistant AML cell lines also displayed activation of BMPR1B and TAZ/TEADs compared to sensitive counterparts. AML resistant cells adhered more to different substrates, displaying more β1 integrin, phosphorylated FAK and F-Actin. The BMP pathway was sensitive to modulation of the mechanical environment (substrate stiffness, confinement). Also, adding BMP4, found in excess in AML BM (Voeltzel et al. 2018), the resistant cell lines were more responsive, overexpressing id1, BMP target gene, also involved in chemoresistance in other models. Inhibiting YAP/TAZ pathway tend to re-sensitize cells to Ara-C but also reduced BMP pathway, including decreased expression of id1. This suggests a crosstalk between both pathways. Finally, we used a recently described 3D human BM like system (Voeltzel et al, 2022) in which we inhibited either BMPR1B/ERK or YAP/TAZ signalling to impair AML persistence. Their inhibition in combination with Ara-C reduced number of leukemic cells in the system compared to Ara-C alone. Leukemias have been described as YAP/TAZ-off cancers (Pearson et al, 2021), but we now show that BMP and TAZ/TEADs pathways are overexpressed after chemoresistance and modulated by their environmental context through adhesion. Future therapeutic avenues could thus involve TAZ/TEAD targeting in the context of AML refractory or relapse patients.