New roles of STAT5 factors in chronic myeloid leukemia cell maintenance

par Luana Casetti

Thèse de doctorat en Hématologie et oncologie

Sous la direction de Isabelle Dusanter-Fourt.

Soutenue le 28-11-2013

à Paris 5 , dans le cadre de École doctorale Biologie et biotechnologie (1997-2014 ; Paris) .

  • Titre traduit

    Nouveaux rôles des facteurs STAT5 dans le maintien des cellules de leucémie myéloïde chronique


  • Résumé

    La leucémie myéloïde chronique (LMC) est une pathologie de la cellule souche hématopoïétique caractérisée par la présence de la translocation chromosomique t(9 :22) conduisant à l’expression de la kinase BCR-ABL responsable de la maladie. Un inhibiteur de l’activité de BCR-ABL a été identifié, l’Imatinib (IM). L’IM a révolutionné la prise en charge de la LMC en bloquant sélectivement la croissance des cellules tumorales, conduisant à la rémission des patients. Cependant, une majorité d’entre eux subissent des récidives en cas d’arrêt du traitement, et environ 15% développent des résistances à l’inhibiteur. BCR-ABL active de multiples voies de signalisation parmi lesquelles figurent les facteurs de signalisation STAT5. Nous avons analysé les rôles respectives des deux facteurs STAT5, STAT5A et STAT5B, dans les cellules souches hématopoïétiques normales et de LMC, par une approche d’ARN interférence. Nos observations indiquent que l’activité des deux facteurs STAT5 permet la survie et le maintien à long terme des cellules souches de patients LMC au diagnostic. Nous avons de plus montré qu’indépendamment de son activité transcriptionnelle, STAT5A aide les cellules normales et leucémiques à limiter leur stress oxydatif. Nous avons aussi pu observer que les cellules de patients présentant des résistances secondaires à l’IM, sans mutations ni surexpression de BCR-ABL, manifestent une dépendance caractéristique vis-à-vis de l’activité STAT5A. Pour mieux comprendre les mécanismes d’action des facteurs STAT5, nous avons recherché les gènes cibles de STAT5 par une approche transcriptomique et avons identifié le récepteur tyrosine kinase Axl dont l’expression est augmentée par STAT5A. L’inhibition d’Axl dans les cellules LMC sensibles à l’IM n’a aucun effet sur leur survie, alors qu’elle diminue fortement la survie des cellules LMC résistantes à l’IM. De plus, Axl contrôle le niveau des réactifs oxygénés dans les cellules de patients LMC. Nous avons analysé l’expression d’un des activateurs d’Axl, le ligand Gas6, et avons observé que son expression diminue fortement dans les cellules primaires de LMC par rapport aux contrôles sains. Ces résultats suggèrent que le tandem Gas6/Axl pourrait participer au processus leucémique de la LMC à différents niveaux. De manière globale, nos travaux montrent que les facteurs STAT5 favorisent le maintien des cellules souches de LMC, leur résistance au stress oxydatif et aux traitements thérapeutiques Ces deux dernières activités sont au moins en partie liées à l’activité d’une nouvelle cible de STAT5, le récepteur Axl, par ailleurs déjà impliqué dans la résistance aux traitements thérapeutiques. Les facteurs STAT5 représentent donc des nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dans l’éradication de la maladie résiduelle.


  • Résumé

    The Chronic Myeloid Leukemia (CML) is a clonal hematopoietic stem cell disorder characterized by the t(9:22) genetic translocation and expression of the oncogenic tyrosine kinase BCR-ABL . A first BCR-ABL Tyrosine Kinase Inhibitor (TKI), Imatinib (IM), was identified that inhibits proliferation of BCR-ABL expressing hematopoietic cells and leads to disease remission. However, BCR-ABL mRNA remains detectable in the most immature HSCs and discontinuation of IM results in clinical relapse. STAT5 factors play a crucial role in the CML pathogenesis of human primary CML cells. However, the contribution of the two related STAT5 genes, STAT5A and STAT5B, was unknown. We used an RNAinterference based strategy to analyze STAT5A or STAT5B roles in normal and CML cells. We showed that STAT5A/5B double knock-down (KD) triggers normal and CML cell apoptosis and suppressed long-term clonogenic potential of immature hematopoietic stem and progenitor cells known to be resistant to TKI treatment and responsible for residual disease. STAT5A loss alone was ineffective at impairing growth of both normal and CML cells under standard conditions. In contrast, STAT5A loss was sufficient to enhance Reactive Oxygen Species (ROS) which correlated with enhanced DNA damages in both normal and leukemic cells. We reported that STAT5A regulates oxidative stress through unconventional mechanisms, in a non-transcriptional-dependent manner. We further showed that, in contrast to primary cells at diagnosis, IM-resistant cells exhibited enhanced STAT5A dependence, by being sensitive to STAT5A single KD. To investigate the molecular basis of STAT5A activity in TKI-resistance and oxidative stress, we performed a transcriptomic analysis of STAT5 regulated genes. We identified Axl, which encodes a receptor tyrosine kinase, recently shown to be crucial in TKI-resistant CML cells. Specifically, Axl expression is enhanced by STAT5A. We investigated the role of Axl and we found that Axl KD did not affect survival of IM-sensitive CML cells. However, Axl KD decreased survival of IM-resistant cells, miming the activity of STAT5A. Moreover, Axl loss increased ROS levels in CML cells, promoting STAT5A anti-oxidant activity. We further sought to determine the expression of the Axl ligand, Gas6. Gas6 expression is dramatically reduced in CML primary cells at diagnosis compared to healthy cells. The strong and consistent down-regulation of Gas6 in CML cells suggested a possible role in the pathophysiology. Collectively, our findings highlight the pro-survival, stress protection and drug resistance roles of STAT5 factors, providing new understanding for medical treatment of CML patients. We suggest that STAT5A acts in synergy with Axl to face exogenous insults and propose a new mechanism by which CML cells increase their proliferation and reduce their motility by down-regulating Gas6 expression.

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