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.

Étude de l’interaction Ikaros/voie de signalisation Notch au cours de l'érythropoïèse

Tout au long de la vie d’un individu, il existe un nombre optimal de cellules à produire et de progéniteurs à conserver en réserve. On parle de maintien de l’homéostasie tissulaire. De façon générale, l’organisme a cinq possibilités pour réguler l’homéostasie : l’autorenouvellement et la quiescence, souvent utilisés pour maintenir un ‘pool’ fonctionnel de progéniteurs, la différenciation qui permet de produire des cellules effectrices, l’apoptose et la sénescence, qui permettent de limiter la production de cellules ou encore d’en faire diminuer le nombre quand elles sont en excès. La régulation de ces quatre mécanismes peut se faire de façon extrinsèque en passant par différentes voies de signalisation combinées à l’action intrinsèque de facteurs de transcription comme Ikaros et GATA1. Le facteur de transcription Ikaros joue un rôle critique dans le devenir des cellules progénitrices et la différenciation des lignages hématopoïétiques. Cependant, il demeure surtout connu pour son influence sur la voie Notch dans les cellules lymphoïdes, notamment les lymphocytes T. Les cellules érythroïdes sont hautement sensibles à l’environnement et donc, particulièrement adaptées à l’étude des régulations de l’homéostasie. Les résultats de différentes études ont permis de démontrer qu’Ikaros et la voie Notch influencent l’érythropoïèse. Cependant le détail de leurs actions demeure en grande partie inconnu à ce jour. Au cours de notre étude nous avons voulu déterminer l’action d’Ikaros dans le maintien de l’homéostasie des cellules érythroïdes et si son rôle passe par un dialogue avec la voie Notch. Nous avons voulu décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par Ikaros et par Notch au cours de l’érythropoïèse et leurs effets. Notre étude montre qu’Ikaros réprime à l’aide de GATA1 le gène Hes1, une cible importante de la voie Notch, en recrutant un complexe de la famille Polycomb, le PRC2 ii (Polycomb Repressive Complex 2). Cette répression permet la promotion de la différenciation des cellules érythroïdes. Au niveau du maintien de l’homéostasie par régulation de l’apoptose, Ikaros est connu pour cibler l’anti-apoptotique Bcl2l1 dans les lymphocytes. Puisque Gata-1, partenaire préférentiel d’Ikaros cible Bcl2l1 dans les cellules érythroïdes, nous avons caractérisé leur effet sur l’expression de Bcl2l1. Nous avons découvert qu’Ikaros active de façon directe Bcl2l1 et qu’il recrute sur le gène deux complexes partenaires d’élongation : un de la famille SET1/MLL, et le complexe P-TEFb-NuRD. En l’absence d’Ikaros, le fragment intracellulaire de Notch (NICD) et son cofacteur RBP-J remplacent Ikaros et favorisent l’hyper-activation de l’expression de Bcl2l1. Ceci est associé à la modification du complexe d’élongation recruté, ainsi qu’à la mise en place de modifications épigénétiques distinctes de celles observées avec Ikaros ce qui modifie l’élongation transcriptionnelle du gène. Ikaros et Notch sont fréquemment mutés ou présentent des fonctions altérées dans les leucémies. Notre étude montre un dialogue Ikaros/Notch influençant aussi bien la différenciation que l’apoptose et met en évidence l’existence d’un circuit génétique dont le dérèglement pourrait favoriser l’apparition d’une hématopoïèse maligne.

Rôle des gènes HOX du paralogue 4 dans l'autorenouvellement des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques

La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un traitement couramment utilisé pour traiter plusieurs types de maladies hématologiques telles que les leucémies. Par contre, une limite importante de ce type de traitement est la quantité restreinte de CSH disponibles pour la transplantation. Il importe donc de trouver des moyens pour expandre efficacement ces cellules ex vivo tout en préservant leurs propriétés. Le gène HOXB4 est présentement un candidat très prometteur pour atteindre cet objectif. Il a en effet été montré que HOXB4 est capable d’expandre les CSH in vivo et in vitro sans mener au développement de leucémie. Le gène HOXC4, qui appartient au même paralogue est aussi en mesure d’expandre les cellules hématopoïétiques primitives suggérant un rôle commun pour les gènes HOX du paralogue 4 dans l’autorenouvellement des CSH. Le gène HOXA4 est dix fois plus exprimé que le gène HOXB4 dans des CSH du foie fœtal au moment de leur principale expansion. De plus, les CSH mutantes pour Hoxa4, contrairement aux CSH mutantes pour Hoxb4, sont incapables de reconstituer un receveur irradié lorsqu’elles sont transplantées en condition de compétition. HOXA4 pourrait donc jouer un rôle plus important que les autres gènes du paralogue 4 pour l’expansion des CSH au niveau physiologique. Nous avons donc posé l’hypothèse que HOXA4 est capable d’expandre des CSH de façon plus importante que HOXB4. Les résultats obtenues dans le cadre de ce projet de recherche ont montré que la surexpression de HOXA4 était capable d’expandre les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques primitifs dans le même ordre que ce qui est connu pour HOXB4. Des cultures et des essais de transplantation en situation de compétition ont confirmé la capacité égale des CSH surexprimant HOXA4 et HOXB4 de proliférer et de reconstituer les receveurs irradiés à long terme. Par contre, nous avons observé une meilleure reconstitution périphérique à court terme par les CSH HOXA4+ par rapport aux CSH HOXB4+, associée à une meilleure reconstitution lymphoïde. Nous avons aussi comparé les niveaux d’expression de gènes cibles potentiels dans des CSH surexprimant HOXA4 ou HOXB4 et observer que plusieurs gènes importants pour la fonction des CSH était régulé positivement suite à leur surexpression, notamment plusieurs gènes impliqués dans les voies de signalisation Notch et Wnt, tels que des récepteurs et ligands. Les gènes HOX du paralogue 4 pourraient donc réguler la communication entre les CSH et leur microenvironnement via ces voies de signalisation majeures et ainsi réguler leur autorenouvellement. La modulation de différents gènes codant pour des facteurs de transcription et des molécules impliquées dans la pluripotence suggère également que HOXA4 et HOXB4 utilisent des mécanismes intrinsèques et extrinsèques pour réguler leur potentiel d’autorenouvellement. Ces connaissances pourront ainsi être utilisées pour optimiser les protocoles d’expansion ex vivo des CSH dans un but thérapeutique.

Understanding the transcriptional control of EIF4E and its dysregulation in acute myeloid leukemia: role of NF-κB

EIF4E, le facteur d’initiation de la traduction chez les eucaryotes est un oncogène puissant et qui se trouve induit dans plusieurs types de cancers, parmi lesquels les sous-types M4 et M5 de la leucémie aiguë myéloblastique (LAM). EIF4E est régulé à plusieurs niveaux cependant, la régulation transcriptionnelle de ce gène est peu connue. Mes résultats montrent que EIF4E est une cible transcriptionnelle directe du facteur nucléaire « kappa-light- chain- enhancer of activated B cells » (NF-κB).Dans les cellules hématopoïétiques primaires et les lignées cellulaires, les niveaux de EIF4E sont induits par des inducteurs de NF-κB. En effet, l’inactivation pharmaceutique ou génétique de NF-κB réprime l’activation de EIF4E. En effet, suite à l’activation de NF-κB chez l’humain, le promoteur endogène de EIF4E recrute p65 (RelA) et c-Rel aux sites évolutionnaires conservés κB in vitro et in vivo en même temps que p300 ainsi que la forme phosphorylée de Pol II. De plus, p65 est sélectivement associé au promoteur de EIF4E dans les sous-types LAM M4/M5 mais non pas dans les autres sous-types LAM ou dans les cellules hématopoïétiques primaires normales. Ceci indique que ce processus représente un facteur essentiel qui détermine l’expression différentielle de EIF4E dans la LAM. Les analyses de données d’expressions par séquençage de l’ARN provenant du « Cancer Genome Atlas » (TCGA) suggèrent que les niveaux d’ARNm de EIF4E et RELA se trouvent augmentés dans les cas LAM à pronostic intermédiaire ou faible mais non pas dans les groupes cytogénétiquement favorables. De plus, des niveaux élevés d’ARNm de EIF4E et RELA sont significativement associés avec un taux de survie relativement bas chez les patients. En effet, les sites uniques κB se trouvant dans le promoteur de EIF4E recrutent le régulateur de transcription NF-κB p65 dans 47 nouvelles cibles prévues. Finalement, 6 nouveaux facteurs de transcription potentiellement impliqués dans la régulation du gène EIF4E ont été prédits par des analyses de données ChIP-Seq provenant de l’encyclopédie des éléments d’ADN (ENCODE). Collectivement, ces résultats fournissent de nouveaux aperçus sur le control transcriptionnel de EIF4E et offrent une nouvelle base moléculaire pour sa dérégulation dans au moins un sous-groupe de spécimens de LAM. L’étude et la compréhension de ce niveau de régulation dans le contexte de spécimens de patients s’avère important pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant l’expression du gène EIF4E moyennant des inhibiteurs de NF-κB en combinaison avec la ribavirine.

“Development of lymphoid cell culture system from Penaeus monodon and molecular approaches for its transformation

Unveiling the molecular and regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation in shrimp remains elusive in the development of continuous cell lines, with an arduous history of over 25 years (Jayesh et al., 2012). Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. In addition, the regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation and carcinoma in shrimps might provide new leads for the development of anti-ageing and anti-cancer interventions in human (Vogt, 2011) and in higher vertebrates. This highlights the importance of developing shrimp cell lines, to bring out effective prophylactics against shrimp viruses and for understanding the mechanism that induce cancer and ageing in human.. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. With this backdrop, the research described in this thesis attempted to develop molecular tools for induced in vitro transformation in lymphoid cells from Penaeus monodon and for the development of continuous cell lines using conventional and novel technologies to address the problems at cellular and molecular level.

Lymphoid organ cell culture system from Penaeus monodon (Fabricius) as a platform for white spot syndrome virus and shrimp immune-related gene expression

Shrimp cell lines are yet to be reported and this restricts the prospects of investigating the associated viral pathogens, especially white spot syndrome virus (WSSV). In this context, development of primary cell cultures from lymphoid organs was standardized. Poly-l-lysine-coated culture vessels enhanced growth of lymphoid cells, while the application of vertebrate growth factors did not, except insulin-like growth factor-1 (IGF-1). Susceptibility of the lymphoid cells to WSSV was confirmed by immunofluoresence assay using monoclonal antibody against the 28 kDa envelope protein of WSSV. Expression of viral and immunerelated genes in WSSV-infected lymphoid cultures could be demonstrated by RT-PCR. This emphasizes the utility of lymphoid primary cell culture as a platform for research in virus–cell interaction, virus morphogenesis, up and downregulation of shrimp immune-related genes, and also for the discovery of novel drugs to combat WSSV in shrimp culture

Multifactorial interaction of growth factors on Penaeus monodon lymphoid cells and the impact of IGFs in DNA synthesis and metabolic activity in vitro

Development of continuous cell lines from shrimp is essential to investigate viral pathogens. Unfortunately, there is no valid cell line developed from crustaceans in general and shrimps in particular to address this issue. Lack of information on the requirements of cells in vitro limits the success of developing a cell line, where the microenvironment of a cell culture, provided by the growthmedium, is of prime importance. Screening and optimization of growth medium components based on statistical experimental designs have been widely used for improving the efficacy of cell culture media. Accordingly, we applied Plackett–Burman design and response surface methodology to study multifactorial interactions between the growth factors in shrimp cell culture medium and to identify the most important ones for growth of lymphoid cell culture from Penaeus monodon. The statistical screening and optimization indicated that insulin like growth factor-I (IGF-I) and insulin like growth factor-II (IGF-II) at concentrations of 100 and 150 ng ml-1, respectively, could significantly influence the metabolic activity and DNA synthesis of the lymphoid cells. An increase of 53 % metabolic activity and 24.8 % DNA synthesis could be obtained, which suggested that IGF-I and IGFII had critical roles in metabolic activity and DNA synthesis of shrimp lymphoid cells

Survival of European patients diagnosed with lymphoid neoplasms in 2000-2002: results of the HAEMACARE project

The European Cancer Registry-based project on hematologic malignancies (HAEMACARE), set up to improve the availability and standardization of data on hematologic malignancies in Europe, used the European Cancer Registry-based project on survival and care of cancer patients (EUROCARE-4) database to produce a new grouping of hematologic neoplasma(defined by the International Classification of Diseases for Oncology, Third Edition and the 2001/2008 World Health Organization classifications) for epidemiological and public health purposes. We analyzed survival for lymphoid neoplasms in Europe by disease group, comparing survival between different European regions by age and sex. Design and Methods Incident neoplasms recorded between 1995 to 2002 in 48 population-based cancer registries in 20 countries participating in EUROCARE-4 were analyzed. The period approach was used to estimate 5-year relative survival rates for patients diagnosed in 2000-2002, who did not have 5 years of follow up. Results: The 5-year relative survival rate was 57% overall but varied markedly between the defined groups. Variation in survival within the groups was relatively limited across European regions and less than in previous years. Survival differences between men and women were small. The relative survival for patients with all lymphoid neoplasms decreased substantially after the age of 50. The proportion of ‘not otherwise specified’ diagnoses increased with advancing age.Conclusions: This is the first study to analyze survival of patients with lymphoid neoplasms, divided into groups characterized by similar epidemiological and clinical characteristics, providing a benchmark for more detailed analyses. This Europe-wide study suggests that previously noted differences in survival between regions have tended to decrease. The survival of patients with all neoplasms decreased markedly with age, while the proportion of ‘not otherwise specified’ diagnoses increased with advancing age. Thus the quality of diagnostic work-up and care decreased with age, suggesting that older patients may not be receiving optimal treatment

Dietary supplementation with Bifidobacterium lactis NCC2818 from weaning reduces local immunoglobulin production in lymphoid-associated tissues but increases systemic antibodies in healthy neonates

Weaning is associated with a major shift in the microbial community of the intestine, and this instability may make it more acquiescent than the adult microbiota to long-term changes. Modulation achieved through dietary interventions may have potentially beneficial effects on the developing immune system, which is driven primarily by the microbiota. The specific aim of the present study was to determine whether immune development could be modified by dietary supplementation with the human probiotic Bifidobacterium lactis NCC2818 in a tractable model of weaning in infants. Piglets were reared by their mothers before being weaned onto a solid diet supplemented with B. lactis NCC2818, while sibling controls did not receive supplementation. Probiotic supplementation resulted in a reduction in IgA (P,0·0005) and IgM (P,0·009) production by mucosal tissues but had no effect on IgG production (P.0·05). Probiotic- supplemented pigs had more mast cells than unsupplemented littermates (P,0·0001), although numbers in both groups were low. In addition, the supplemented piglets made stronger serum IgG responses to fed and injected antigens (P,0·05). The present findings are consistent with B. lactis NCC2818 reducing intestinal permeability induced by weaning, and suggest that the piglet is a valuable intermediate between rodent models and human infants. The results also strongly suggest that measures of the effect of probiotic supplementation on the immune system need to be interpreted carefully as proxy measures of health benefit. However, they are useful in developing an understanding of the mechanism of action of probiotic strains, an important factor in predicting favourable health outcomes of nutritional intervention.

Parents' experiences of their children's presence in discussions with physicians about leukemia

OBJECTIVE: We aimed to examine parents' views regarding their preadolescent child's presence during discussions about serious illnesses. METHODS: In-depth qualitative interviews with parents of children receiving treatment for acute lymphoblastic leukemia were conducted. Parents were sampled from 6 UK treatment centers. Analysis was informed by the constant comparative method and content analysis. RESULTS: We report on interviews with 53 parents (33 mothers, 20 fathers). Parents acknowledged the benefits of communicating openly with children, but few thought that their child's presence in discussions was straightforwardly desirable. They described how their child's presence restricted their own communication with physicians, made concentrating difficult, and interfered with their efforts to care for their child emotionally. Children's presence was particularly difficult when significant issues were being discussed, including prognoses, adverse results, and certain medical procedures. Parents felt that such discussions posed a potential threat to their child, particularly when they had not first had an opportunity to discuss information with the physician separately from the child. In contrast, separate meetings enabled parents to absorb information and to convey it to their child at an appropriate time and in a reassuring way. Some parents experienced difficulties in accessing separate meetings with physicians. CONCLUSIONS: The difficulties parents described could potentially be addressed by extending, beyond the diagnosis period, the practice of sequencing significant information so that it is communicated to parents in separate meetings before being communicated to the child and by periodically exploring with parents what information would be in each child's interests.

Faith and protection: the construction of hope by parents of children with leukemia and their oncologists

Background. Oncologists are criticized for fostering unrealistic hope in patients and families, but criticisms reflect a perspective that is oversimplified and “expert” guidance that is ambiguous or impractical. Our aim was to understand how pediatric oncologists manage parents' hope in practice and to evaluate how they address parents' needs. Methods. Participants were 53 parents and 12 oncologists whom they consulted across six U.K. centers. We audio recorded consultations approximately 1–2, 6, and 12 months after diagnosis. Parents were interviewed after each consultation to elicit their perspectives on the consultation and clinical relationship. Transcripts of consultations and interviews were analyzed qualitatively. Results. Parents needed hope in order to function effectively in the face of despair, and all wanted the oncologists to help them be hopeful. Most parents focused hope on the short term. They therefore needed oncologists to be authoritative in taking responsibility for the child's long-term survival while cushioning parents from information about longer-term uncertainties and being positive in providing information about short-term progress. A few parents who could not fully trust their oncologist were unable to hope. Conclusion. Oncologists' pivotal role in sustaining hope was one that parents gave them. Most parents' “faith” in the oncologist allowed them to set aside, rather than deny, their fears about survival while investing their hopes in short-term milestones. Oncologists' behavior generally matched parents' needs, contradicting common criticisms of oncologists. Nevertheless, oncologists need to identify and address the difficulty that some parents have in fully trusting the oncologist and, consequently, being hopeful.

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.

The effect of sixteen medicinal plants used in the Brazilian pharmacopoeia on the expression and activity of glutathione S-transferase in hepatocytes and leukemia cells

Glutathione S-transferase (GST) is a family of enzymes involved in the detoxification of electrophilic compounds. Different classes of GST are expressed in various organs, such as liver, lungs, stomach and others. Expression of GST can be modulated by diet components and plant-derived compounds. The importance of controlling GST expression is twofold: increasing levels of GST are beneficial to prevent deleterious effects of toxic and carcinogenic compounds, while inhibition of GST in tumor cells may help overcoming tumor resistance to chemotherapy. A screening of 16 plants used in the Brazilian pharmacopoeia tested their effects on GST expression in hepatocytes and Jurkat (leukemia) T-cells. The methanol extracts of five plants inhibited GST expression in hepatocytes. Three plants significantly inhibited and four others induced GST expression in Jurkat cells. Among these, the extracts of Bauhinia forficata Link. (Leguminosae) and Cecropia pachystachya Trec. (Urticaceae) inhibited GST expression at relatively low concentrations. With the exception of B. forficata, all plants were cytotoxic when administered to Jurkat cells at high doses (1 mg/mL) and some extracts were considerably cytotoxic even at lower concentrations.