Utilisation d'un nouveau modèle murin afin d'étudier les cellules souches normales et leucémiques dans la leucémie myéloïde chronique

par Amal Nazaraliyev

Projet de thèse en Génétique

Sous la direction de Catherine Sawai.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Actions for oncogenesis understanding and Target identification on Oncology (laboratoire) et de Mammary and Leukemic Oncogenesis (MLO) (equipe de recherche) depuis le 13-09-2019 .


  • Résumé

    La leucémie myéloïde chronique (LMC) est un cancer du sang caractérisé par une translocation chromosomique générant l'oncogène de fusion BCR-ABL1. L'expression de BCR-ABL1 dans les cellules souches leucémiques conduit au développement de la maladie. La LMC comporte 3 phases. La phase chronique qui peut durer plusieurs années et qui est caractérisée par une prolifération accrue des cellules myéloïdes. La maladie évolue et ensuite une perte de l'hématopoïèse normale est observée. Les mécanismes conduisant à cette évolution ne sont pas connus et aucun modèle en dehors des xénogreffes ne permet de distinguer les cellules hématopoïétiques normales des cellules leucémiques. Non traitée, la maladie progresse vers une phase accélérée puis une crise blastique. La protéine BCR-ABL1 code une tyrosine kinase constitutive. Les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) ont prouvé leur efficacité thérapeutique dans la LMC. Le traitement par ITK doit en principe être pris toute la vie car l'arrêt du traitement par ITK entraine une rechute dans 50-60% des patients. La rechute est due à la présence de cellules souches leucémiques (CSLs) indépendantes de BCR-ABL1 et résistantes aux ITK. Définir le phénotype et la fonction de ces CSLs est essentiel pour déterminer les mécanismes conduisant à la rechute afin de déterminer chez quels patients il sera possible d'arrêter la thérapie de façon sure. Les modèles de LMC actuellement disponibles ne permettent pas d'étudier les CSLs. En effet, les modèles murins actuellement utilisés ne récapitulent pas les caractéristiques de la LMC en particulier la phase chronique. Ceci est du à l'expression de BCR-ABL1 qui est, dans ces modèles, observée dans de nombreuses cellules en dehors des CSHs. Les deux principaux buts de ce projet sont de (1) identifier et caractériser la nature des CSLs qui persistent sous traitement aux ITK et sont responsables de la rechute après l'arrêt de la thérapie (2) caractériser l'impact du développement de la leucémie sur la fonction des CSHs normales. Pour ce faire, nous avons récemment établit un nouveau modèle inductible de souris transgénique LMC. Dans ce modèle, nous pouvons induire l'expression de BCR-ABL1 mais également l'expression de reporters fluorescents spécifiques d'une petite fraction des CSHs. La différence d'expression des reporters fluorescents va nous permettre d'identifier et de distinguer les CSHs normales des CSLs exprimant BCR-ABL1. Notre premier objectif sera de caractériser à court et long terme l'effet de l'expression de BCR-ABL1 chez ces souris transgéniques. Ceci sera fait en évaluant la survie globale, en suivant la quantité de leucocytes dans le sang périphérique et en calculant le pourcentage de cellules exprimant BCR-ABL1 dans le sang et la moelle osseuse. Ce marquage par des reporters fluorescents va nous permettre également d'étudier la fonction des CSHs normales au cours de l'évolution de la maladie. Enfin après avoir traiter les souris transgéniques avec des ITK nous pourrons caractériser le phénotype et la fonction des CSLs qui persistent sous traitement. Pour réaliser ce projet, il sera nécessaire d'utiliser des techniques de biologie moléculaire comme la PCRq et le séquençage NGS ainsi que des techniques de biologie cellulaire comme la cytométrie en flux en fluorescence multicolore.

  • Titre traduit

    A novel model to study the normal and leukemic stem cells of chronic myeloid leukemia


  • Résumé

    Chronic myeloid leukemia (CML) is a cancer of the blood caused by a chromosomal translocation that generates the BCR-ABL1 fusion oncogene. Expression of BCR-ABL1 within hematopoietic stem cells (HSCs) is thought to be transforming and lead to the development of disease. CML passes through 3 different phases, beginning with a chronic phase that can last years and is characterized by the increased proliferation of myeloid cells. Over time, a loss of normal hematopoiesis is observed, but how this arises is poorly understood as no models can distinguish normal from leukemic cells without using transplantation. Left untreated, the disease progresses through an accelerated phase and into blast crisis. BCR-ABL1 encodes an activated tyrosine kinase, and the development of tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have proven to be an effective therapy for CML. TKIs must generally be taken for life as discontinuation of TKI therapy leads to relapse of CML in 50-60% patients. Relapse is attributed to the persistence of a leukemic stem cell (LSC) that is no longer dependent on BCR-ABL1 signaling. Defining both the phenotype and function of such LSCs is essential for determining the mechanisms underlying CML relapse and ultimately helping more people to safely stop TKI treatment. Nevertheless, LSCs cannot be studied using any current model of disease. Although transgenic animal models are widely used in CML studies, they do not recapitulate key features of the human CML, most notably the chronic phase of disease. We believe these differences are due to the manner in which BCR-ABL1 expression is regulated, as it is observed in many cell types besides HSCs. Our major goals are to 1) identify and define the nature of the LSCs that persist upon TKI treatment of CML and lead to relapse upon discontinuation of therapy and 2) define the impact of leukemia development on the function of normal HSCs. In order to do this, we recently established a novel inducible, transgenic CML mouse model. In this model, we can induce the expression of a BCR-ABL1 transgene and two different fluorescent reporters specifically within a small fraction of HSCs. The differential expression of fluorescent reporters enables identification of and distinction between normal HSCs and BCR-ABL-expressing LSCs. Our first objective will be to characterize short- and long-term outcomes of BCR-ABL1 expression in these animals including their overall survival, white blood cell counts from the peripheral blood, and the percentage of BCR-ABL1 expressing cells in the blood and bone marrow. Then we will use lineage tracing to study the function of normal HSCs during the development of disease. Finally, we will treat CML animals with TKIs and determine the phenotype and function of the LSCs that persist. These studies will be performed using molecular and cellular biology techniques including multi-color flow cytometry, qPCR, and next-generation sequencing.