Title: Leucmognse
1Leucémogénèse
- MASTER 1
- IMMUNO-HEMATO FONDAMENTALE et PATHOLOGIQUE
- 12 octobre 2006
2Plan
- I-définition
- II- rappels physiopathologiques
- III- leucémogénèse concepts généraux
- A- approche générale
- B- translocations chromosomiques
- C- anomalies géniques sans altération
chromosomique - D- classification
- E- leucémogénèse multi-étapes
- IV-leucémie myéloïde chronique. T(922)
- V- leucémies aiguës à CBF. Exemple de T(821)
- VI- FLT3 et leucémie
- VII- leucémie aiguë à promyélocytes. T(1517)
3I-Définition
- Leucémogénèse ensemble des mécanismes
responsables de la transformation dune cellule
normale en cellule leucémique. - Importance de la cellule dorigine cf cellule
souche leucémique - Importance des événements oncogéniques nont pas
tous la même valeur et chacun a des effets
propres
4II- rappels physiopathologiques hématopoïèse
CSH
Progéniteur lymphoïde CFU-L
Progéniteur myéloïde CFU-GEMM
BFU-E
CFU-Mega
CFU-Eo
CFU-B
CFU-GM
Thymus
CFU-E
Méga-caryocyte
GR
PNE
PNB
PNN
Lymphocytes B et T
Monocyte
Plaquettes
5Hémopathies malignes MYELOIDES
CSH
Hémopathies myéloïdes
Progéniteur lymphoïde CFU-L
Progéniteur myéloïde CFU-GEMM
BFU-E
CFU-Mega
CFU-Eo
CFU-B
CFU-GM
Thymus
CFU-E
Méga-caryocyte
GR
PNE
PNB
PNN
Lymphocytes B et T
Monocyte
Plaquettes
6Hémopathies myéloïdes
CSH
Hémopathies myéloïdes
Progéniteur lymphoïde CFU-L
Progéniteur myéloïde CFU-GEMM
BFU-E
CFU-Mega
CFU-Eo
CFU-B
CFU-GM
Thymus
Matures Sd myéloprolifératifs
CFU-E
Méga-caryocyte
GR
PNE
PNB
PNN
TE
SHE
Lymphocytes B et T
LMC
Monocyte
Splénomégalie myéloïde
Plaquettes
Vaquez
7Hémopathies myéloïdes
- Leucémie myéloïde chronique (LMC)
- Sd myéloprolifératif
- prolifération anormale de cellules de la lignée
myéloïde - maintien dune différenciation normale
- diagnostic biologique hyperleucocytose à PNN
basophiles éosinophiles. Myélémie sans hiatus de
maturation. Thrombocytose. - chromosome Philadelphie t(922). Bcr-Abl p210
- évolution en 3 phases chronique? accélérée ?
blastique (LAM) - Leucémies aiguës myéloblastiques (LAM1 à 7)
- prolifération de cellules myéloïdes immatures
(blastes), caractérisée par un blocage de la
différenciation, variable en fonction du sous
type de LAM - diagnostic gt20 de myéloblastes ds la MO
- - importance analyse cytologique, phénotype, CG
et moléculaire
8Hémopathies malignes LYMPHOIDES
CSH
Hémopathies lymphoïdes
Progéniteur lymphoïde CFU-L
Progéniteur myéloïde CFU-GEMM
BFU-E
CFU-Mega
CFU-Eo
CFU-B
CFU-GM
Thymus
CFU-E
Méga-caryocyte
GR
PNE
PNB
PNN
Lymphocytes B et T
Monocyte
Plaquettes
9Hémopathies lymphoïdes
Hémopathies lymphoïdes
Progéniteur lymphoïde CFU-L
- Leucémies aiguës lymphoblastiques
- - prolifération de cellules lymphoïdes immatures
(blastes) - - diagnostic gt20 de myéloblastes ds la MO
- Lymphomes.Leucémies matures
- - Anomalies du tissu lymphoïde mature
- - hétérogénéité clinique et biologique
Immatures LAL
Thymus
Matures LLC Lymphomes
Lymphocytes B et T
10III- Leucémogénèse concepts généraux
- Leucémies pathologies acquises, clonales
- oncogénèse oncogènes/ gènes suppresseurs de
tumeurs - sporadiques (très peu de cas familiaux)
- ? nécessité caractérisation CG et moléculaire
des différentes leucémies - gt100 mutations différentes ou réarrangements de
gènes ds LAM - CG - translocations
- - mutations ponctuelles et réarrangement de
gènes infrachromosomiques
11c-MYC ABL
c-MYC sous promoteur IgH BCR-ABL
T(814) LNH Burkitt T(922) LMC
12B- Translocations réciproques et leucémogénèse (1)
Points de cassure
b.
b.
a et b anormaux
Points de cassure
a.
a.
13Translocations réciproques et leucémogénèse (2)
- Surexpression dun oncogène (de structure
normale) - gène sous dépendance dun promoteur fort
- essentiellement dans les lymphopathies et les LAL
- réarrangement Ig et TCR au cours de lymphopoïèse
- cassure dADN ? favorise recombinaison
anormale - T(X14) gène sous dépendance promoteur fort
IgH - ? surexpression dun oncogène c-Myc, Cycline
D1, Bcl2 - Protéine de fusion
- propriétés différentes de chacun des protéines
partenaires par ?mécanismes - - modification du niveau dexpression
- - modification de la localisation
intracellulaire - - modification de lactivité de la protéine
- Protéines de fusion fréquemment retrouvées ds
LMC, LAM et LAL B et biphéno de lenfant
14Translocations réciproques et leucémogénèse (3)
- Protéines impliquées par translocations ds
leucémies - Protéines jouant un rôle ds hématopoïèse
(différenciation) - RAR?, tjs impliqué ds LAM3 (promyélocyte)
- AML1 impliqué ds LAL-B de lenfant t(1221)
TEL-AML1 - LAM de ladulte T(821) ETO-AML1
- Protéines de fusion impliquant une protéine à
activité TK - En général ? activité TK constitutive
- Soit R à acté TK PDGF-R, ALK, FGFR1
- Soit prot à acté TK intra cellulaire ABL, ARG,
JAK2 - Nature de séquence en amont peut modifier
fonction de protéine de fusion (cf BCR-ABL p190
et p210)
15C- Altérations génétiques sans anomalies CG
- mutations ponctuelles
- microdélétions ? activation
doncogènes - Essentiellement,
- Mutations de gènes impliqués ds transduction du
signal (N-RAS, K-RAS) - Mutations de R à activité TK FLT3, c-KIT
- Mutations de FT impliqués ds lhématopoïèse
c/EBP?, mutations AML1
16D- anomalies géniques responsables de
leucémogénèse
- Classification selon type danomalie génétique
- Classification selon conséquence fonctionnelle
- aN activant cascade de transduction du signal/
aN aboutissant à une dérégulation
transcriptionnelle
translocations
mutations ponctuelles
dérégulation transcritionnelle de gènes impliqués
ds différenciation
aN de la cascade de transduction du signal
avantage prolifératif
aN de la différenciation
17E- Leucémogénèse processus multi étapes(1)
- 1- généralités
- anomalies récurrentes, associées à un type de
leucémie. Mécanisme causal? - souvent insuffisantes à elles seules pour donner
leucémie, en tous cas, LA. Ds LMC BCR-ABL
suffisant - Arguments
- Jumeaux syngéniques TEL-AML1 in utéro. Latence
et variabilité de survenue dune LAL-B - Analyse sang de cordons ETO-AML1 100x fréquent
que incidence de LAM - Existence de prédispositions génétiques à LAM
FPD mutations de AML1, latence avant LAM - Exemple de évolution LMC
- T(14 18) présente chez des sujets sains???
- En général, pas dassociations transloc entre
elles ni mutations de TK ou transduction du signal
182- modèle en 2 étapes (Gilliland)
Leucémogénèse processus multi étapes(2)
avantage prolifératif (aN transduction signal et
TK)
blocage de différenciation (aN FT impliqués ds
hématopoïèse)
CBF RARa Réarr MLL Co activateurs C/EBP?
bcr-abl TEL-PDGFRß RAS FLT3 autres TK activées
19Leucémogénèse processus multi étapes(3)
3- réalité complexe
blocage de différenciation
avantage prolifératif
CBF RARa Réarr MLL Co activateurs C/EBP?
bcr-abl TEL-PDGFRß RAS FLT3 autres TK activées
LEUCEMIE AIGUE
auto-renouvellement
autres
WNT Notch Bmi-1 Hox
apoptose? ?
20IV modèle de la leucémie myéloïde chronique
A- rappel physiopathologie
- Sd myéloprolifératif
- Stimulation lignées myéloïdes, essentiellement
granuleux - chromosome Philadelphie T(922) ? BCR-ABL
- Modèle de leucémogénèse
- Évolution en 3 étapes chronique/ accélérée/
blastique ( LAM) - Chaque étape agressivité supplémentaire,
acquisition aN CG et perte de différenciation
21B- anomalie cytogénétique récurrente t(922)
22C- conséquences moléculaires de t(922)
1- structure et fonction des protéines partenaires
- Protéine Abl normale
- TK non R
- fonction complexe
- Intègre signaux extra et intra C et
influence réponse cellulaire cycle cellulaire,
apoptose..
- Protéine bcr normale
- sérine-thréonine K
- fonction mal connue
232- transcrits de fusion BCR-ABL
p190
p210
p230
Fraction ABL? constante fraction BCR variable
24D- mécanismes de transformation t(922)
- Dérégulation de lactivité TK de Abl activation
constitutive - Altération de la fonction auto-inhibitrice de SH3
par fusion avec BCR, - Conséquences fonctionnelles
- 1- activation constitutive de signaux mitogènes
- ? activation voie RAS-MAP kinases
- ? activation voie JAK-STAT
- ? activation PI3Kinase
- ? activation voie Myc
- 2- altération de ladhésion aux C stromales et
MEC - Stroma régule négativement prolifération
cellulaire. IFN? réverse aN dadhésion. Rôle
intégrines - 3- réduction de lapoptose
- - via Bcl2
- - phosphorylation de Bad (proapoptotique)
Effets PROLIFERATIFS et ANTI-APOPTOTIQUES
25E- biologie de la crise blastique de LMC
- Évolution inéluctable de toute LMC (délai médian
5 ans) - Augmentation prolifération et survie des cellules
arrêt de différenciation - anomalies cytogénétiques supplémentaires
fréquentes - coopération entre Bcr-Abl et anomalies génétiques
surajoutées - Bcr-Abl favorise instabilité génomique dc
anomalies 2daires - anomalies de p53 ou Rb
- anomalies de gènes de différenciation C/EBP
26F- LMC aspects thérapeutiques
- autrefois AraC-IFN
- allogreffe de CSH seul Ttt curateur
- développement dun inhibiteur de TK STI 571
(Glivec) - - compétition ave ATP pour fixation poche à ATP?
pas de Pylation - rémissions CG et moléculaires complètes sous
Glivec seul - apoptose cellules LMC Bcr-Abl
- efficacité surtout en phase chronique, moins ds
phases avancées - rechute à larrêt du traitement
- pas deffet sur cellules souches leucémiques
- apparition de résistances par mutations ds
domaine kinase
27V modèle des leucémies aiguës à CBF
- A- Core Binding Factors définition
- Régulateurs transcriptionnels,
hétérodimériques. - -rôle ds lhématopoïèse normale.
- -cible fréquente de remaniements géniques au
cours de la leucémogénèse. - 2 sous-unités
- - CBFa, se liant à lADN
- - CBFß, ne se liant pas à lADN, mais
augmentant laffinité de la liaison CBF -ADN
28B- Structure des Core Binding Factors Sous-unité
?
-Forte homologie avec la protéine RUNT de la
drosophile -Caractéristique fixation à lADN
( Core-site ) -3 sous-unités distinctes chez
les mammifères -CBFa1 (AML3 RUNX )
OSTEOGENESE -CBFa2 (AML1 RUNX1)
HEMATOPOIESE -CBFa3 (AML2) rôles multiples
T(821) T(1621)
T(321)
T(1221)
51
453
Runt domain
N-term
C-term
DNA-binding CBFß-binding
AML1 Gène sur chro 21q22
Transactivation, interactions protéiques
29B- Structure des Core Binding Factors Sous-unité
?
- 1 seule variété CBFß - pas de fixation à
lADN. - augmente laffinité de la liaison CBF
ADN. - protège CBFa de la protéolyse.
30C- Core Binding Factors Core Site séquence
consensus dADN
- Séquence dADN consensus,
- régions régulatrices de promoteurs de gènes dont
certains sont spécifiques de lhématopoïèse - Gènes cibles impliqués ds hématopoïèse
- -cytokines IL3,GM-CSF
- -MCSF-R
- -protéines spécif. Myéloïdes MPO, élastase
neutrophile, sérine protéase granzyme B - -Chaînes a et ß du TCR
- -inhibiteurs de kinase cycline-dépendantes
p21...
31D- CBF organisateur transcriptionnel (1)
GENES CIBLES ? HEMATOPOIESE IL3, GM-CSF,
protéines myéloides, chaines du TCR
RHD
CBFß
- CBS sites de fixation dautres facteurs de
transcription (cMYB, ETS,..) - Interaction de CBF avec dautres protéines
régulatrices - - LEF-1 lie lADN, modification
conformationnelle du brin dADN ?interactions
protéiques. Stabilisation par ALY - - interaction avec des co-activateurs
transcriptionnels p300/CBP, liant dautres prot. - ?activité histone-acétyl-transférase (HAT)
32D- CBF organisateur transcriptionnel (2)
LEF-1
ALY
AML1
C-Myb C/EBPa
RHD
CBFß
CBF? COMPLEXE TRANSCRIPTIONNEL ? ACETYLATION ?
ACTIVATION TRANSCRIPTION
33E- CBF rôle dans lhématopoïèse (1)
34E- CBF rôle dans lhématopoïèse (2)
- CBFa et CBFß indispensables à lhématopoïèse
définitive (émergence de CSH) - Pas de rôle dans lhématopoïèse primitive
- Modèles murins
- -inactivation homozygote de CBFa ou ß
- ? décès entre J11,5 et J13,5 dhémorragie du
SNC - ? absence totale dhématopoïèse définitive
- ? hématopoïèse Ive normale
- -hétérozygotes pour mutation dAML1
- ? développement normal
- ? progéniteurs Hp /2 niv foie foetal
-
35F- CBF et leucémogénèse (1)
- CBFs cibles potentielles de
- - translocations
- - mutations ponctuelles (germinales (FPD), ou
sporadiques) - Au moins 12 translocations décrites, impliquant
CBFa ou ß. - (25 LAM adulte. 25 LAL enfant)
- Fusion de gène codant pr AML1 ou CBFß
- - gène partenaire ? ptés oncogéniques
- Protéines de fusion oncoprotéines
- ? modification des propriétés de CBF par un
effet dominant négatif
36F- CBF et leucémogénèse (2)
- T(821)(q22q22)
- ? ETO-AML1
- 12LAM (M2)
- Inv(16) ? CBFß-MYH11
- 6LAM (M4Eo)
- T(1221)(p13q22)
- ?TEL-AML1
- 25LAL B enfant
- T(321)(q26q22)
- ?AML1-MDS1
- AML1-EVI1
37F- CBF et leucémogénèse (3) Modèle de
T(821)(q22q22) ETO-AML1
1
177
RHD
- AML1 (RHD) ? -liaison à lADN
- - hétérodimérisation avec CBFß
- - perte du
domaine de transactivation AML1 - ETO ? - homo-hétérodimérisation avec autres
MTG - - interaction avec complexe co-répresseur
nucléaire
38F- CBF et leucémogénèse (4) Modèle de T(821)
oncoprotéine ETO-AML1
HDAC
N-coR
ETO AML1
Sin3a
RHD
CBFß
- ETO-AML1?? recrutement de COREPRESSEURS
- Activité HISTONE DEACETYLASE
- REPRESSION TRANSCRIPTIONNELLE
39F- CBF et leucémogénèse (5) Autres translocations
- T(1221)(p13q22) ?TEL-AML1
- TEL - motif doligomérisation
- - domaine central de répression
- AML1 RHD TAD ? balance activation/répression
- Inv(16) ?CBFß-MYH11
- - séquestration de CBFa ds complexes non
fonctionnels. - - domaine de répression
- ?REPRESSION TRANSCRIPTIONNELLE
- Mécanismes en partie similaires à PML-RARa (
N-coR)
Recrutement de N-coR
40F- CBF et leucémogénèse (6) Conclusions
- Translocations chromosomiques
- ? protéines chimériques oncoprotéines
- ? effet dominant négatif sur la fonction
normale de CBF - ? répression transcriptionnelle de gènes cibles
de CBF (? anomalies différenciation
hématopoiétique) - Répression médiée par recrutement aberrant de
complexes corépresseurs transcriptionnels,
activité histone déacétylase ( T(821),
t(1517),)
41F- CBF et leucémogénèse (7) Conclusions
- Nécessité de secondes mutations
- Concernent des protéines impliquées dans la
prolifération et la survie cellulaire - (récepteurs TK de progéniteurs myéloïdes précoces
FLT3, c-KIT,) - Données récentes
- Mutations de FLT3 30 à 35 des LAM (ITD ou
autres mutations) ? activation TK
42VI- mutations FLT3 ds les LAM
A- structure et fonction de FLT3
- - chromosome 13q12. 24 exons
- expression sur progéniteurs médullaires,
thymiques, ganglions - récepteur à activité TK type III
- structure
- fonction rôle ds hématopoïèse normale précoce
par fixation de FLT3 ligand et autres CK - interaction FLT3-FLT3-L
- dimérisation du R ? autoPylation s/ K
- Phosphorylation des substrats cytoplasmiques
- Voie de signalisation régulant prolifération
43B- mutations de FLT3 et leucémie (1)
- duplication interne en tandem (15-20 LAM)
- ARNm longs, niv domaine JM (exon 14, 15)
- duplication en tandem dune séquence, de taille
et de localisation variable ms tjs JM - cadre de lecture conservé
- conséquence
- dimérisation et Pylation indépendt de fixation
dun ligand - pylation de FLT-3 WT
- indépendance/ F croissance
- activation constitutive de mol de signalisation
sous jacentes (STAT5, MAPK, Akt) - mécanismes
- gain de zones de fixation SH2 ?
- bloque rôle inhibiteur de JM
Prolif accrue bloc différen
44B- mutations de FLT3 et leucémie (2)
- mutations domaine Kinase
- mutation AA 835 et 836 boucle dactivation
- boucles dactivation empêche accès ATP et
substrat au dom kinase. - fixation ligand ? pylation boucle activation
forme active - mutation gain de fonction
- ? Pylation constitutive FLT3
- ? indépendance / F croissance
45B- mutations de FLT3 et leucémie (3)
- mutations de FLT3 seules ne suffisent pas à LA
- transduction rétrovirale de FLT3-ITD
- ? Sd myéloprolifératif
- coopération particulière avec certaines aN CG
- -T(1517)
- - MLL
- - peu avec LAM CBF
46VII modèle de la LAM3leucémie aiguë
promyélocytaire
A- rappel physiopathologique
- blocage de différenciation au stade promyélocytes
- Caractéristiques cytologiques particulières MPO,
corps dAuer en fagots - Urgence hématologique risque de CIVD
- Caractéristique t(1517)
- autres t(X17) impliquant RAR?
- Pronostic transformé par utilisation ATRA et plus
récemment Arsenic (agents différenciants effets
proapoptotiques de AsO3)
47B- anomalies cytogénétiques de LAM3 (1)
T(1517)(q22q21) fusion PML-RAR?
- 4 translocations variantes
T(11,17)(q23q21) fusion PLZF - RAR?
(0,8) T5,17)(q35q21) fusion NPM- RAR?
(lt0,5) T(11,17)(q13q21) fusion NUMA-RAR?
(très rare) del(17) fusion STAT5b RAR? (très
rare)
- ? RAR? tjs impliqué rôle central ds
transformation - autre partenaire protéine nucléaire. domaine de
dimérisation - point commun prot nucléaire capables de former
homodimères X-RAR? - PML probablement rôle propre de cette protéine
48C-structure et fonction des protéines partenaires
1- RAR? (17q21)
- récepteur nucléaire de lacide rétinoïque
- liaison à lADN (RARE) après hétérodimérisation
avec un autre récepteur nucléaire RXR - FT, régulateur tanscriptionnel
hormone-inductible - régulation de gènes cibles en présence dAR
- rôle ds la maturation myéloïde
activation transcriptionnelle AF-1
inconnu
Coiled-coil domain
A
B
C
D
E
F
Liaison ADN
Fixation ligand Hétérodimérisation Activation
transcriptionnelle AF-2 Liaison co-Act, co-R
49Fonction physiologique de RAR? (en absence
dacide rétinoïque)
50Fonction physiologique de RAR? (en présence
dacide rétinoïque)
DIFFERENCIATION MYELOIDE
512- PML (15q22)
- fonctions mal connues
- effets antiprolifératifs et pro-apoptotiques
- gt contrôle de la prolifération et de la survie
cellulaire - localisation nucléoplasmique et corps nucléaires
( association à dautres protéines CBP, Daxx,
..) - CBP favorise acétylation des histones? activ
transcription linteraction CBP-PML peut
expliquer les effets modulateurs de PML sur la
transcription - - Daxx voie apoptotique
- - PML-/- aN de la différenciation
- domaine de dimérisation
52D- Protéine de fusion X-RAR?
PML (15q22) Pomyelocytic Leukemia
RAR? (17q21)
PLZF (11q23) Promyelocytic Leukemia Zinc Finger
NMP (5q35) Nucleophosmin
N/RAR?
NuMA (11q13) Nuclear Matrix Associated
fig. 3
53Protéine de fusion PML-RAR?
1- structure
Maintien des domaines importants de chacun des
partenaires - PML motif RBCC (homodimérisation
et interaction protéine-protéine) - RAR?
fixation ADN, activation transcription en
présence ligand, hétérodimérisation RXR
RAR?
PML
bcr 1 (L type)
3 4 5 6
3
bcr 2 (V type)
3
3 4 5 6
bcr 3 (S type)
3
3
3 transcripts majeurs PML/RAR?
54Protéine de fusion PML-RAR?
2- conséquences fonctionnelles modification
fonction RAR?
- PML-RAR? formation hétérodimères RXR
formation homodimères PML-RAR ?- PML-RAR ? -
RAR? affinité pour les corépresseurs gt RXR, ?
liaison plus forte avec N-coR et SMRT ?
recrutement HDAC ? effet dominant négatif
? répression de transcription aux doses
physiologiques dAR
HDAC
55Protéine de fusion PML-RAR?
3- impact thérapeutique effet de doses
pharmacologiques dAR
- - affinité coR gt pour X-RAR?
- - déplacement courbe dactivation gènes cibles
par lAR vers des C fortes - doses pharmacologiques dAR (ATRA) détachement
coR et HDAC ? recrutement HAT ? reprise de
la différenciation
HAT
REPRISE de la DIFFERENCIATION MYELOÏDE
56Protéine de fusion PML-RAR?
4- conséquences fonctionnelles modification
fonction PML
- PML-RAR? effet dominant négatif sur fonction
de PML ? - 4 membres de la même famille impliqués ds
protéines de fusion oncogène ? rôle propre de PML
ds leucémogénèse ? - PML rôle antiprolifératif et pro-apoptotique
- PML-RAR? délocalisation de PML et de ses
protéines partenaires (CBP et Daxx) en DH des
corps nucléaires. - délocalisation? dysfonctionnement ?
- - blocage effet antiprolifératif et apoptose ?
prolifération cellulaire? -
57Autres protéines de fusion X-RAR?
- mécanisme daction commun
- effet dominant négatif de la protéine
chimérique. - blocage de la différenciation myéloïde
- effet thérapeutique dépendant de la nature du
produit de fusion - AR efficace sur NPM-RAR? et sur NuMA-RAR?
- aucun effet sur PLZF-RAR?
(PLZF domaine
suppl dintéraction avec co-R, insensible à
action AR) - AsO3 semble avoir un effet propre sur PML
(relocalisation ds CN)
58VIII leucémogénèse vers des thérapeutiques
ciblées ?