Patterns of hematopoietic chimerism following bone marrow transplantation for childhood acute lymphoblastic leukemia from volunteer unrelated donors

Hematopoietic chimerism was analyzed in serial bone marrow samples taken from 28 children following T-cell depleted unrelated donor bone marrow transplants (UD BMT) for acute lymphoblastic leukemia (ALL). Chimeric status was determined by polymerase chain reaction (PCR) of simple tandem repeat (STR) sequences (maximal sensitivity, 0.1%). At least two serial samples were examined in 23 patients. Of these, two had evidence of complete donor engraftment at all times and eight showed stable low level mixed chimerism (MC) (<1% recipient hematopoiesis). All 10 of these patients remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. By contrast, 13 patients demonstrated a progressive return of recipient hematopoiesis. Five of these relapsed (4 to 9 months post BMT), one died of cytomegalovirus pneumonitis and seven remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. Five children were excluded from serial analysis as two serial samples were not collected before either relapse (3) or graft rejection (2). We conclude that as with sibling transplants, ex vivo T depleted UD BMT in children with ALL is associated with a high incidence of MC. Stable donor engraftment and low level MC always correlated with continued remission. However, detection of a progressive return of recipient cells did not universally correlate with relapse, but highlighted those patients at greatest risk. Serial chimerism analysis by PCR of STRs provides a rapid and simple screening technique for the detection of relapse and the identification of patients with progressive MC who might benefit from detailed molecular analysis for minimal residual disease following matched volunteer UD BMT for childhood ALL.

The role of lymphotoxin-B receptor signaling in t-cell acute lymphoblastic leukemia development

Dissertação de mest., Ciências Biomédicas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Multimeric complexes of the PML-retinoic acid receptor alpha fusion protein in acute promyelocytic leukemia cells and interference with retinoid and peroxisome-proliferator signaling pathways.

The t(15;17) chromosomal translocation, specific for acute promyelocytic leukemia (APL), fuses the PML gene to the retinoic acid receptor alpha (RAR alpha) gene, resulting in expression of a PML-RAR alpha hybrid protein. In this report, we analyzed the nature of PML-RAR alpha-containing complexes in nuclear protein extracts of t(15;17)-positive cells. We show that endogenous PML-RAR alpha can bind to DNA as a homodimer, in contrast to RAR alpha that requires the retinoid X receptor (RXR) dimerization partner. In addition, these cells contain oligomeric complexes of PML-RAR alpha and endogenous RXR. Treatment with retinoic acid results in a decrease of PML-RAR alpha protein levels and, as a consequence, of DNA binding by the different complexes. Using responsive elements from various hormone signaling pathways, we show that PML-RAR alpha homodimers have altered DNA-binding characteristics when compared to RAR alpha-RXR alpha heterodimers. In transfected Drosophila SL-3 cells that are devoid of endogenous retinoid receptors PML-RAR alpha inhibits transactivation by RAR alpha-RXR alpha heterodimers in a dominant fashion. In addition, we show that both normal retinoid receptors and the PML-RAR alpha hybrid bind and activate the peroxisome proliferator-activated receptor responsive element from the Acyl-CoA oxidase gene, indicating that retinoids and peroxisome proliferator receptors may share common target genes. These properties of PML-RAR alpha may contribute to the transformed phenotype of APL cells.

Polysomy 8 defines a clinico-cytogenetic entity representing a subset of myeloid hematologic malignancies associated with a poor prognosis: report on a cohort of 12 patients and review of 105 published cases.

Tetrasomy, pentasomy, and hexasomy 8 (polysomy 8) are relatively rare compared to trisomy 8. Here we report on a series of 12 patients with acute myeloid leukemia (AML), myelodysplastic syndrome (MDS), or myeloproliferative disorder (MPD) associated with polysomy 8 as detected by conventional cytogenetics and fluorescence in situ hybridization (FISH). In an attempt to better characterize the clinical and hematological profile of this cytogenetic entity, our data were combined with those of 105 published patients. Tetrasomy 8 was the most common presentation of polysomy 8. In 60.7% of patients, polysomy 8 occurred as part of complex changes (16.2% with 11q23 rearrangements). No cryptic MLL rearrangements were found in cases in which polysomy 8 was the only karyotypic change. Our study demonstrates the existence of a polysomy 8 syndrome, which represents a subtype of AML, MDS, and MPD characterized by a high incidence of secondary diseases, myelomonocytic or monocytic involvement in AML and poor overall survival (6 months). Age significantly reduced median survival, but associated cytogenetic abnormalities did not modify it. Cytogenetic results further demonstrate an in vitro preferential growth of the cells with a high level of aneuploidy suggesting a selective advantage for polysomy 8 cells.

Alternative strategies for deciphering the genetic architecture of childhood Pre-B acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant.

Cell lines and animal model in the analysis of pharmacogenomics markers in childhood acute lymphoblastic leukemia

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Elle est la cause principale de mortalité liée au cancer chez les enfants due à un groupe de patient ne répondant pas au traitement. Les patients peuvent aussi souffrir de plusieurs toxicités associées à un traitement intensif de chimiothérapie. Les études en pharmacogénétique de notre groupe ont montré une corrélation tant individuelle que combinée entre les variants génétiques particuliers d’enzymes dépendantes du folate, particulièrement la dihydrofolate réductase (DHFR) ainsi que la thymidylate synthase (TS), principales cibles du méthotrexate (MTX) et le risque élevé de rechute chez les patients atteints de la LAL. En outre, des variations dans le gène ATF5 impliqué dans la régulation de l’asparagine synthetase (ASNS) sont associées à un risque plus élevé de rechute ou à une toxicité ASNase dépendante chez les patients ayant reçu de l’asparaginase d’E.coli (ASNase). Le but principal de mon projet de thèse est de comprendre davantage d’un point de vue fonctionnel, le rôle de variations génétiques dans la réponse thérapeutique chez les patients atteints de la LAL, en se concentrant sur deux composants majeurs du traitement de la LAL soit le MTX ainsi que l’ASNase. Mon objectif spécifique était d’analyser une association trouvée dans des paramètres cliniques par le biais d’essais de prolifération cellulaire de lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs, n=93) et d’un modèle murin de xénogreffe de la LAL. Une variation génétique dans le polymorphisme TS (homozygosité de l’allèle de la répétition triple 3R) ainsi que l’haplotype *1b de DHFR (défini par une combinaison particulière d’allèle dérivé de six sites polymorphiques dans le promoteur majeur et mineur de DHFR) et de leurs effets sur la sensibilité au MTX ont été évalués par le biais d’essais de prolifération cellulaire. Des essais in vitro similaires sur la réponse à l’ASNase de E. Coli ont permis d’évaluer l’effet de la variation T1562C de la région 5’UTR de ATF5 ainsi que des haplotypes particuliers du gène ASNS (définis par deux variations génétiques et arbitrairement appelés haplotype *1). Le modèle murin de xénogreffe ont été utilisé pour évaluer l’effet du génotype 3R3R du gène TS. L’analyse de polymorphismes additionnels dans le gène ASNS a révélé une diversification de l’haplotype *1 en 5 sous-types définis par deux polymorphismes (rs10486009 et rs6971012,) et corrélé avec la sensibilité in vitro à l’ASNase et l’un d’eux (rs10486009) semble particulièrement important dans la réduction de la sensibilité in vitro à l’ASNase, pouvant expliquer une sensibilité réduite de l’haplotype *1 dans des paramètres cliniques. Aucune association entre ATF5 T1562C et des essais de prolifération cellulaire en réponse à ASNase de E.Coli n’a été détectée. Nous n’avons pas détecté une association liée au génotype lors d’analyse in vitro de sensibilité au MTX. Par contre, des résultats in vivo issus de modèle murin de xénogreffe ont montré une relation entre le génotype TS 3R/3R et la résistance de manière dose-dépendante au traitement par MTX. Les résultats obtenus ont permis de fournir une explication concernant un haut risque significatif de rechute rencontré chez les patients au génotype TS 3R/3R et suggèrent que ces patients pourraient recevoir une augmentation de leur dose de MTX. À travers ces expériences, nous avons aussi démontré que les modèles murins de xénogreffe peuvent servir comme outil préclinique afin d’explorer l’option d’un traitement individualisé. En conclusion, la connaissance acquise à travers mon projet de thèse a permis de confirmer et/ou d’identifier quelques variants dans la voix d’action du MTX et de l’ASNase qui pourraient faciliter la mise en place de stratégies d’individualisation de la dose, permettant la sélection d’un traitement optimum ou moduler la thérapie basé sur la génétique individuelle.

TAF15 and the leukemia-associated fusion protein TAF15-CIZ/NMP4 are cleaved by caspases-3 and-7

Caspases are central players in proteolytic pathways that regulate cellular processes Such as apoptosis and differentiation. To accelerate the discovery of novel caspase substrates we developed a method combining in silico screening and in vitro validation. With this approach, we identified TAH15 as a novel caspase Substrate in a trial Study. We find that TAF15 was specifically cleaved by caspases-3 and -7. Site-directed mutagenesis revealed the consensus sequence (106)DQPD/Y(110) as the only site recognized by these caspases. Surprisingly, TAF15 was cleaved at more than one site in staurosporine-treated Jurkat cells. In addition, we generated two oncogenic TAF15-CIZ/NMP4-fused proteins which have been found in acute myeloid leukemia and demonstrate that caspases-3 and -7 cleave the fusion proteins at one single site. Broad application of this combination approach should expedite identification of novel caspase-interacting proteins and provide new insights into the regulation of caspase pathways leading to cell death in normal and cancer cells. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Somatostatin modulates G-CSF-induced but not interleukin-3-induced proliferative responses in myeloid 32D cells via activation of somatostatin receptor subtype 2

Somatostatin, originally identified as a peptide involved in neurotransmission, functions as an inhibitor of multiple cellular responses, including hormonal secretion and proliferation. Somatostatin acts through activation of G-protein-coupled receptors of which five subtypes have been identified. We have recently established that human CD34/c-kit expressing hematopoietic progenitors and acute myeloid leukemia (AML) cells exclusively express SSTR2. A major mechanism implicated in the antiproliferative action of somatostatin involves activation of the SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase SHP-1. While 0.1-1 x 10(-9) M of somatostatin, or its synthetic stable analog octreotide, can inhibit G-CSF-induced proliferation of AML cells, little or no effects are seen on GM-CSF- or IL-3-induced responses.
MATERIALS AND METHODS: To study the mechanisms underlying the antiproliferative responses of myeloblasts to somatostatin, clones of the IL-3-dependent murine cell line 32D that stably express SSTR2 and G-CSF receptors were generated. RESULTS: Similar to AML cells, octreotide inhibited G-CSF-induced but not IL-3-induced proliferative responses of 32D[G-CSF-R/SSTR2] cells. Somatostatin induced SHP-1 activity and inhibited G-CSF-induced, but not IL-3-induced, activation of the signal transducer and activator of transcription proteins STAT3 and STAT5.
CONCLUSION: Based on these data and previous results, we propose a model in which recruitment and activation of the tyrosine phosphatase SHP-1 by SSTR2 is involved in the selective negative action of somatostatin on G-CSF-R signaling.

A distinct DNA methylation signature defines pediatric pre-B cell acute lymphoblastic leukemia

Pre-B cell acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most prevalent childhood malignancy and remains one of the highest causes of childhood mortality. Despite this, the mechanisms leading to disease remain poorly understood. We asked if recurrent aberrant DNA methylation plays a role in childhood ALL and have defined a genome-scale DNA methylation profile associated with the ETV6-RUNX1 subtype of pediatric ALL. Archival bone marrow smears from 19 children collected at diagnosis and remission were used to derive a disease specific DNA methylation profile. The gene signature was confirmed in an independent cohort of 86 patients. A further 163 patients were analyzed for DNA methylation of a three gene signature. We found that the DNA methylation signature at diagnosis was unique from remission. Fifteen loci were sufficient to discriminate leukemia from disease-free samples and purified CD34+ cells. DNA methylation of these loci was recurrent irrespective of cytogenetic subtype of pre-B cell ALL. We show that recurrent aberrant genomic methylation is a common feature of pre-B ALL, suggesting a shared pathway for disease development. By revealing new DNA methylation markers associated with disease, this study has identified putative targets for development of novel epigenetic-based therapies.