Nouvelles approches thérapeutiques au cours des mastocytoses systémiques avancées KIT D816V+ résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinases

par Siham Bibi

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Michel Arock.

Soutenue le 13-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé (Villejuif, Val-de-Marne) , en partenariat avec Laboratoire de biologie et pharmacologie appliquée (Cachan, Val de Marne) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Éric Solary.

Le jury était composé de Michel Arock, Éric Solary, Stéphane Barete, Marc Benhamou, Fawzia Louache.

Les rapporteurs étaient Stéphane Barete, Marc Benhamou.


  • Résumé

    Les mastocytoses systémiques (SM) constituent un groupe hétérogène de maladies rares, caractérisées par l’accumulation anormale de mastocytes malins dans la moelle osseuse et dans d’autres organes extra-cutanés. La majorité des patients avec SM ont une mutation activatrice du gène KIT, le plus souvent la mutation KIT D816V, retrouvée chez plus de 90% de tous les patients. Cette mutation induit l’activation constitutive du récepteur KIT en déclenchant de façon aberrante une cascade de voies de signalisation, dont la voie PI3K/AKT et JAK/STAT5, aboutissant à l’inhibition de l’apoptose et à l’augmentation de la prolifération et de la survie des mastocytes malins. Cependant, l’efficacité des inhibiteurs de tyrosines kinases (ITKs) sur cette mutation est limitée à cause de la résistance et/ou de toxicité liée à un manque de spécificité. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles approches thérapeutiques afin de contourner cette résistance au cours des SM KIT D816V+ avancées. Nous avons utilisé une approche consistant à cibler de façon combinée des molécules activées en aval de KIT D816V, comme AKT et STAT5, par des inhibiteurs pharmacologiques. Ceci nous a permis d’identifier une combinaison synergique entre un inhibiteur d’AKT (GSK690693) et un inhibiteur de STAT5 (BP-1-102). Ces composés sont capables d’inhiber la prolifération des cellules KIT D816V+ seuls ou en combinaison, mais à de très fortes concentrations, malheureusement non utilisables en thérapeutique. Néanmoins, ces premiers résultats ont permis de valider AKT et STAT5 comme cibles potentielles dans le traitement des SM avancées. La seconde approche employée a été de cibler directement le récepteur KIT D816V par des inhibiteurs pharmacologiques. A l’issu d’un criblage, nous avons identifié trois composés - BLU2317, BLU2718 et DCC-2618 - capables d’inhiber sélectivement la phosphorylation de KIT D816V. Ces composés inhibent la prolifération des cellules ROSAKIT D816V et HMC-1.2, et induisent l’apoptose des cellules de façon dose-dépendante. Bien que les effets de ces trois composés soient similaires, DCC-2618 agit à des concentrations plus faibles par rapport aux composés BLU2317 et BLU2718. Afin d’apprécier l’efficacité in vivo de DCC-2618, nous avons d’abord établi un nouveau modèle de SM basé sur l’injection intraveineuse des cellules ROSAKIT D816V-Gluc exprimant la Gaussia luciferase (Gluc) dans des souris NSG. La présence de la Gluc sécrétée par les cellules ROSAKIT D816V-Gluc facilite la mise en évidence de prise de greffe et permet un contrôle précis de la progression de la maladie. Ce modèle reproduit, au bout de 4 semaines, chez toutes les souris greffées, une SM avancée similaire à celle retrouvée chez l’homme, avec atteinte de la moelle osseuse, du sang, de la rate et du foie, tandis que la dégradation de l’état général des souris n’est observée qu’à partir de 12 semaines. Ce nouveau modèle offre suffisamment de temps pour explorer la cinétique de la progression de la maladie et surtout pour effectuer des études pharmacologiques précliniques. L’évaluation de l’effet de DCC-2618 in vivo a été réalisée sur ce modèle. Etonnamment, DCC-2618 n’a pas été capable d’inhiber la progression de la maladie chez les souris traitées, bien qu’atteignant des concentrations élevées dans la moelle osseuse et le plasma des souris traitées. Néanmoins, DCC-2618 s’est montré capable d’inhiber la phosphorylation de KIT dans les cellules issues de la moelle osseuse des souris traitées. En revanche, contrairement aux effets observés in vitro, DCC-2618 a induit une surexpression de phospho-ERK1/2 dans les cellules malignes des souris greffées. Ceci suggère qu’ERK1/2 joue un rôle important dans la résistance au composé DCC-2618 et éventuellement à d’autres ITKs, indépendamment du récepteur KIT. ERK1/2 pourrait donc être une nouvelle cible thérapeutique d’intérêt dans le traitement des SM résistantes aux ITKs

  • Titre traduit

    New therapeutic approaches for KIT D816V+ advanced systemic mastocytosis resistant to tyrosine kinase inhibitors


  • Résumé

    Systemic mastocytosis (SM) is a heterogeneous group of rare diseases characterized by abnormal accumulation of malignant mast cells (MCs) in the bone marrow (BM) and other extra-cutaneous organs. The majority of SM patients have an activating mutation in the KIT gene, usually the D816V point mutation, which is found in more than 90% of all patients. This mutation induces constitutive activation of the KIT receptor by triggering a cascade of signaling pathways, including the PI3K/AKT and the JAK/STAT5 pathways, resulting in the inhibition of apoptosis and increased survival and proliferation of malignant mast cells. However, the efficacy of the tyrosine kinase inhibitors (TKIs) on this mutation is limited due to resistance and/or toxicity associated with a lack of specificity. It is therefore critical to find new therapeutic approaches to overcome this resistance to TKIs, particularly for advanced KIT D816V+ SM. In the present thesis, we have used an approach consisting in targeting molecules activated downstream of KIT D816V, such as AKT and STAT5, using pharmacological inhibitors in combination. This allowed us to identify a synergistic combination of an AKT inhibitor (GSK690693) and an inhibitor of STAT5 (BP-1-102). These compounds are able to inhibit proliferation of KIT D816V+ cells, alone or in combination, but at very high concentrations, unfortunately not useful therapeutically. Nevertheless, these initial results have validated STAT5 and AKT as potential targets for the treatment of advanced SM. The second approach used was to target directly the KIT D816V receptor by pharmacological inhibitors. After a large screening, we identified three compounds - BLU2317, BLU2718 and DCC-2618 - which selectively inhibit the phosphorylation of KIT D816V. These compounds inhibit the proliferation of ROSAKIT D816V and HMC-1.2 cells, and induce apoptosis of these cells in a dose-dependent manner. Although the effects of these three compounds are similar, the DCC-2618 compound acts at lower concentrations relative to BLU2317 and BLU2718 compounds. In order to assess the in vivo efficacy of DCC-2618, we first established a new model of SM based on intravenous injection of cells expressing Gaussia luciferase (Gluc), ROSAKIT D816V-Gluc cells, in NSG mice. The presence of the secreted Gluc in ROSAKIT D816V-Gluc cells facilitates the detection of engraftment and allows precise monitoring of disease progression. This model reproduced within four weeks, in all grafted mice, an advanced SM similar to the one found in humans, with neoplastic MCs infiltration in BM, blood, spleen and liver, while the terminal deterioration of the clinical condition of the mice was observed after 12 weeks. Thus, this new in vivo model allows modulating the aggressiveness of the disease by varying the number of injected cells. It provides sufficient time to explore the kinetics of disease progression and especially to conduct preclinical pharmacological studies. We then evaluated the effect of DCC-2618 compound in vivo on this model. Surprisingly, DCC-2618 was not able to inhibit disease progression in treated mice, although it reached high concentrations in the BM and the plasma of treated mice. Nevertheless, we showed that the compound was able to inhibit the phosphorylation of the KIT receptor in cells derived from the BM of treated mice. In addition, contrasting to the effects observed in vitro, DCC-2618 induced an over-expression of phospho-ERK1/2 in the malignant cells of transplanted mice. This suggests that ERK1/2 may play a critical role in the resistance to DCC-2618, and possibly to other TKIs, independently of the KIT receptor. ERK1/2 could thus be a new interesting therapeutic target in the treatment of advanced SM resistant to TKIs



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