Identification and Characterization of New Therapeutic Targets in Acute Myeloid Leukemia

par Lina Benajiba

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Olivier Hermine et de Kimberly Stegmaier.

Soutenue le 28-06-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Institut Imagine. Hôpital Necker (Paris) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

  • Titre traduit

    Identification et caractérisation de nouvelles cibles thérapeutiques dans les LAM


  • Résumé

    La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une pathologie hématologique dont le pronostic reste très défavorable, malgré les progrès réalisés dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques sous-tendant son développement. Identifier de nouvelles stratégies anti-leucémiques représente donc une étape clé dans la concrétisation des avancées thérapeutiques. Grâce à la combinaison de plusieurs approches de criblage génétiques et pharmacologiques, l’objectif de ma thèse a été de définir et valider de nouvelles cibles thérapeutiques dans les LAM. La première partie de ma thèse a eu pour but de transposer en clinique l’inhibition de la Glycogen Synthase Kinase 3 (GSK3). La stabilisation de la β-caténine secondaire à l'inhibition concomitante des deux paralogues de GSK3, représente un obstacle à l’utilisation clinique de cette classe thérapeutique. Mettant à profit la présence d'un «switch» Asp133 à Glu196 dans les domaines de liaison ATP de GSK3, nous avons identifié un inhibiteur sélectif du paralogue GSK3α et mené des études précliniques validant le BRD0705 comme nouveau traitement pro-différenciant dans les LAM. De plus, une combinaison de profilage métabolomique et d'approches de criblage haut débit à l’aide d’une banque de shRNA a permis d'identifier un nouveau lien entre EVI-1, la voie de la créatine kinase et la voie de signalisation GSK3. La deuxième partie de ma thèse a porté sur l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques en utilisant une approche de criblage par banque de shRNA dans le modèle murin de LAM porteur de la translocation MLL-AF9. VCP, une AAA-ATPase, a ainsi été identifiée puis validée comme cible thérapeutique. Nous avons montré que VCP orchestre la génération d'une plateforme à ADN simple brin recouverte de RPA, ce qui entraîne l'activation de la kinase ATM et la HR. Dans leur ensemble, nos découvertes permettent une meilleure compréhension de la biologie des LAM et participeront ainsi à l’amélioration des traitements futurs de cette pathologie.


  • Résumé

    Despite the significant progress made in understanding Acute Myeloid Leukemia oncogenesis over the last decades, this disease remains devastating and the overall five-year survival does not exceed 17%. Developing new translational research strategies focused on the identification of druggable oncogenic targets is critical to continued progress in AML treatment. The goal of this work was to define and validate novel leukemia-specific dependencies using small-molecule inhibitors and RNA-interference-based high-throughput screening methods.The first part of my thesis work aimed at translating Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) inhibition into the clinic. Mechanism-based toxicities, driven in part by the inhibition of both GSK3 paralogs and subsequent β-catenin stabilization, were a concern in the clinical translation of this target candidate. Specific knock-down of GSK3α or GSK3β alone does not increase β-catenin, thereby offering a conceptual resolution to GSK3 targeting. The design of selective ATP-competitive inhibitors posed a drug discovery challenge due to the high homology in the GSK3α and GSK3β ATP binding domains. Taking advantage of an Asp133 ® Glu196 “switch” in the GSK3 paralog hinge binding domains, we identified a first-in-class GSK3α selective inhibitor and conducted preclinical studies validating BRD0705 as a promising new differentiation therapy in AML. In addition, a combination of a metabolomic profiling and a pooled shRNA screening method identified a new interplay between the oncogene EVI-1, the creatine kinase pathway and GSK3 signaling. The second part of my studies focused on identification of new therapeutic targets using an in vivo pooled shRNA screening approach in the MLL-AF9-driven AML mouse model. VCP, an AAA-ATPase, was thus identified and validated as a top target. We demonstrated that VCP orchestrates RPA-coated-single-stranded-DNA platform generation, resulting in ATM kinase activation and subsequent HR. Taken together, our discoveries increased our understanding of AML biology and may therefore contribute to novel and more efficacious treatments for this highly aggressive and lethal disease.


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