CELLULES SOUCHES LEUCEMIQUES Professeur A.TURHAN SERVICE d’HEMATOLOGIE ET d’ONCOLOGIE BIOLOGIQUES CHU DE POITIERS INSERM U935, UNIVERSITÉ DE POITIERS

UNE HISTOIRE DES CELLULES SOUCHES OVOCYTE 2 cellules 4 cellules Fécondation SPERMATOZOIDE Muscle Foie Moelle osseuse Cerveau.. (4-6 semaines) Début de la Spécialisation Masse interne

QUE FAIT UNE CELLULE SOUCHE ? CS ELLE DONNE NAISSANCE A DES CELLULES IDENTIQUES A ELLE-MEME (Autorenouvellement) ELLE DE DIFFERENCIE POUR ASSURER LA PRODUCTION DES CELLULES FONCTIONNELLES DANS UN ORGANE

CELLULES SOUCHES ADULTES SPECIFIQUES DES TISSUS Cerveau: CS NEURALES FOIE MUSCLE PRODUCTION DU SANG (MOELLE OSSEUSE)

Cellule souches hématopoietiques: Spécificités QUIESCENCE « Dormance » ( x Années) MIGRATION (Homing vs Mobilization) G0 Autorenouvellement Différenciation OU Progéniteurs Cellules matures

NICHES HÉMATOPOÏÉTIQUES INTRAMÉDULLAIRES Spindle N Cadherin+ CD45- Osteoblast Mobilization / Homing Prolifération / Différenciation Ang1 / Tie2 HSC HSC TPO / Mpl Osteoblast HSC SDF1 / CXCR4 Niche vasculaire OPN / Integrines HSC Niche Ostéoblastique O2 CS Quiescentes

DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES DU SANG (HEMATOPOIESE) CELLULES SOUCHES DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES DU SANG (HEMATOPOIESE) Cellules souches Globules blancs Globules rouges Plaquettes

DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES DU SANG CELLULES SOUCHES DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES DU SANG

HEMATOPOIETIQUES :QUELQUES CHIFFRES CELLULES SOUCHES HEMATOPOIETIQUES :QUELQUES CHIFFRES Poids moyen adulte: 70 kg Nombre de Globules Rouges produits chez l’adulte (70kg) 210 Milliards de cellules /jour ~ 8 Milliards de cellules / heure 140 gr / jour Nombre de cellules / 70 kg: ~1014

Equilibre Production-Destruction CELLULES SOUCHES DE LA MOELLE OSSEUSE: Equilibre Production-Destruction Production Destruction Fonctionnement Insuffisant Ex: Anémies Fonctionnement Augmenté Ex: Polyglobulies Fonctionnement normal Maladies de la moelle osseuse

COMMENT SAIT-ON QUE LES CSH EXISTENT ? Les cellules « spécialisées ont une durée de vie limitée GB: 24 hrs Plaquettes : 6-7 Jours Globules rouges: 120 jours. Un Renouvellement constant est nécessaire > 75-80 ans SOUCHE CELLULES DIFF.

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULE SOUCHE DE MOELLE OSSEUSE ? C. SOUCHE NON-IDENTIFIABLE PAR TECHNIQUES MICROSCOPIQUES Globules rouges ASPECT MORPHOLOGIQUE CONNU Globules blancs Plaquettes

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULE SOUCHE DE MOELLE OSSEUSE EN L’ABSENCE DE METHODES DIRECTES Culture 2-5 semaines CS deviennent reconnaissables Par différenciation Methode 2: Injection de Cellules aux souris immunodéficientes

QU’EST-CE QU’UNE LEUCEMIE ? PROLIFERATION NON CONTROLEE D’UNE SEULE CELLULE SOUCHE (ORIGINE CLONALE)

PLUSIEURS TYPES DE LEUCEMIES LEUCEMIES LYMPHOIDES LEUCEMIES MYELOIDES

LEUCEMIES « CHRONIQUES » LEUCEMIES MYELOIDES LEUCEMIES « CHRONIQUES » LEUCEMIES « AIGUES » Debut brutal Debut progressif Prolifération avec Arrêt de la Différenciation: Diminution du nombre des cellules normales: Plaquettes (hémorragies) Leucocytes (infections) Globules Rouges (Anemie) Prolifération sans blocage de la Différenciation Augmentation des GB, plaquettes

LEUCEMIE AIGUES: PROLIFERATION CLONALE D’UNE CELLULE SOUCHE AVEC ARRET DE DIFFERENCIATION CS NORMALE CS LEUCEMIQUE Stem « Blastes » Progéniteurs Leucemie Aigue: Arret de la différenciation Cellules Différenciées (GB, GR, Plaquettes) Les cellules différenciées ne sont plus Fabriquées: Saignements, infection

LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE: DIFFERENCIATION NON PERTURBEE Ph Accéleration Crise Blastique Phase Chronique Ph1 ONCOGENE BCR-ABL ARRET DE LA DIFFERENCIATION Ph1+ Progenitors DIFFERENCIATION LEUCEMIE AIGUE

QUELLE EST LA CAUSE DES LEUCEMIES ? PORTEUSE DE LA MUTATION Apparition d’une Anomalie génétique (mutation/changement De localisation d’un chromosome) Acquise 80% des cas CS «LEUCEMIQUE » PORTEUSE DE LA MUTATION Moelle « envahie » Temps

BASES GENETIQUES DES LEUCEMIES Speck and Gilliland, Nat Rev Cancer LAM, LAL LMC 22q- Ph1 BCR-ABL TK+++ Speck and Gilliland, Nat Rev Cancer

MÉCANISMES GÉNÉRAUX CONDUISANT À LA TRANSFORMATION LEUCÉMIQUE Augmentation de la survie cellulaire Inhibition de la différenciation Augmentation de la prolifération Augmentation de l’auto-renouvellement CIBLES THERAPEUTIQUES POTENTIELLES

CELLULES SOUCHES LEUCEMIQUES: PERSISTANCE D’UNE HIERARCHIE CSL: Cellules Souches Initiatrices De Leucémies Autorenouvelllement « réservoir » Progéniteurs Leucémiques Prolifération et Différenciation limitée Peu ou pas de prolifération Blocage de la différenciation CD34-

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULE SOUCHE LEUCEMIQUE ? Injection des Cellules purifiées De patients Aux souris Immunodéficientes (pas de rejet) Greffe de cellules Humaines Analyse des marqueurs leucémiques Greffe secondaires À d’autres souris Si prise de greffe: Autorenouvellement « Leukemia Stem cell «  SCID-LC IC

ORIGINE DE LA LEUCEMOGENESE: NOUVEAUX CONCEPTS CELLULE SOUCHE INITIANT LA LEUCEMIE EST PRIMITIVE CELLULE SOUCHE INITIANT LA LEUCEMIE EST DIFFERENCIEE: Acquisition des caracteristiques « souche » par « plasticité » LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE LA PLUPART DES L. AIGUES AIGUE PHASE BLASTIQUE DE LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE CERTAINES L. AIGUES

ACQUISITION DES CARACTERISTIQUES « SOUCHES » PAR DES CELLULES DEJA DIFFERENCIEES ? CSL Evenement Génétique CSL Progéniteur Différencié Progéniteurs Implications thérapeutiques potentielles différentes ?

COMMENT TRAITE-T-ON LES LEUCEMIES ? LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE LEUCEMIES AIGUES LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE Chimiotherapies (Induction Et traitement entretien) Greffe de cellules Souches allogéniques (en fonction des facteurs de gravité) Agents de différenciation THERAPIES « CIBLEES » Visant seulement les cellules Leucémiques « Inhibiteurs » GLIVEC (IMATINIB)

LEUCÉMIE MYÉLOÏDE CHRONIQUE: DE LA « LEUCOCYTHEMIA » AUX MUTATIONS 1996 Imatinib (IM) 1999-2007 IRIS Mutations BCR-ABL Resistance IM Nouveaux ITK Dasatinib Nilotinib 1845 Description Initiale Bennett, Virchow 1974 t (9;22) J. Rowley 1960 Chromosome Ph Nowell & Hungerford 1984 BCR-ABL

PRINCIPES THE THERAPIES CIBLEES DE LA LMC Cellule Normale: Absence de la protéine BCR-ABL Cellule leucémique: Presence de la protéine BCR-ABL Survie= cellules normales Non atteintes Mort cellulaire Effets secondaires réduits INHIBITEURS BCR-ABL

MODELES MURINS: ETUDE DE L’EFFICACITE DES INHIBITEURS TK - Imatinib + Imatinib Wolf and Ilaria, Blood 2001

COMPARAISON IM VS IFN-ARA-C : ESSAI IRIS Groupe 1 IFN 5M UI/M2/J+ ARA-C 19 Mois RCM RCC FFP 34% 14% 91.5 LMC DIAGNOSTIC (1106 Pts) Groupe 2 Imatinib 400 mg 19 Mois 87% 76% 97.5 IM : TRAITEMENT DE PREMIERE LIGNE DE LA LMC N Engl J Med. 2003 Mar 13;348(11):994-1004.

IM EN PREMIERE LIGNE : ARRETS DU TRAITEMENT SUIVIS DE RECHUTES

survie sans rechute moléculaire n = 100 Etude STIM : survie sans rechute moléculaire n = 100 A M12, la probabilité d’être en RMC est de 43% (95% CI : 33-53%)

Etude STIM : survie sans rechute moléculaire en fonction du score de gravité n = 60  A M12, la probabilité de RMC est de : 58 % (39%-73%) pour les patients faible risque 36 % (17%-56%) pour les patients risque intermédiaire 29% (4%-61%) pour les patients haut risque p = 0.028 faible risque risque intermédiaire haut risque

PROBLEME ACTUEL: RESISTANCE DES CELLULES SOUCHES AUX THERAPIES CIBLEES % gene leucémique 1012 DIAGNOSTIC 100 ZONE DE SENSIBILITE AU TRAITEMENT Ph1+ 10 1 0.1 Ph1 / RT-PCR+ 0.01 0.001 0.0001 106 ZONE DE RESISTANCE RT-PCR - CS RESISTANTES 1 ?

LE DEFI DES CELLULES SOUCHES Ph1+: RESISTANCE ET PERSISTENCE 20% Mutations ABL-K+ Resistance Imatinib(IM) Dasatinib Nilotinib Bcr-abl+++ Bcr-abl+ Ph1 Genetic Instablity Mutation: Résistance Imatinib Bcr-abl Sensibilité Imatinib LMC Avec Mutations ABL exT315I T315I LMC Les CS les plus primitives persistent sous ITK: Caractérisation Développement de résistances aux ITK : Instabilité génétique

LMC EN REMISSION COMPLETE: QUESTIONS Developpement de nouveaux Persistance Des CSL Leucémiques ? Détection Et quantification ? Developpement de nouveaux Tests (U935) Potentiel Décisionnel Pour arret ?

DEFIS EN 2010: NOUVEAUX TESTS PREDICTIFS PREDICTION REPONSES / RESISTANCES PREDICTION RECHUTES -Tests basés sur les cellules souches -Tests moléculaires -Tests d’instabilité génétique

NOVEL TARGETS FOR ADAPTED THERAPY ? PEUT ON DEVELOPPER DES THEREAPIES CIBLEES DES LEUCEMIES EN FONCTION DE LA CELLULE SOUCHE « CIBLE » ? « HSC » LEUKEMIA « CMP » LEUKEMIA « GMP » LEUKEMIA MICROARRAY mIRNA Epigenetics Drug sensitivity NOVEL TARGETS FOR ADAPTED THERAPY ?