Study of the consequences of hypoxic environment on T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) development and chemoresistance

La leucémie aiguë lymphoblastique T (LAL-T) est une hémopathie maligne caractérisée par une prolifération exacerbée de précurseurs lymphocytaires T incapables d’achever leur maturation. Le traitement des LAL-T est efficace dans 90% des cas chez l’enfant. Cependant, les enfants présentant une rechute ont un pronostic très défavorable. La résistance à la chimiothérapie constitue donc un défi thérapeutique majeur dans le traitement des LAL-T ; résistance qui peut être au moins en partie liée aux interactions entre les cellules leucémiques et le microenvironnement qui favorisent la survie des cellules leucémiques. La moelle osseuse, site crucial de maintien et de propagation de la leucémie, est hypoxique avec des taux d’oxygène variant de 0.1% à 5%. Sachant que les cancers solides hypoxiques sont plus résistants à la chimiothérapie et à la radiothérapie, le but de mon projet a été de déterminer les effets d’un environnement hypoxique sur le développement et la chimiorésistance des LAL-T et de comprendre les mécanismes à l’origine des effets observés.Méthodes : Des LAL-T murines et de patients ont été cultivées en hypoxie (3.5% et 1% d’O2) et en normoxie (21% d’O2). Croissance, apoptose, cycle cellulaire, métabolisme et chimiorésistance ont été mesurés ainsi que développement leucémique in vivo en souris immunodéficientes afin de déterminer l’impact de faibles taux d’oxygène sur les LAL-T.Résultats : Les résultats ont montré que l’hypoxie inhibe la croissance des LAL-T en inhibant la progression dans le cycle cellulaire et le métabolisme, les rendant moins sensibles aux traitements chimiothérapeutiques et préservant leur capacité à induire la leucémie in vivo. La perte d’expression de HIF1α par knockdown (KD) a modifié les effets de l’hypoxie observés sur les LAL-T et a restauré leur chimiosensibilité. De manière intéressante, l’activation de la voie mTOR est diminuée dans les LAL-T en hypoxie et le KD de HIF1α en hypoxie a restauré son activation. De plus, l’inhibition de mTOR dans les cellules HIF1α KD a amélioré leur chimiorésistance, montrant une relation fonctionnelle entre ces deux voies.Conclusion : Ce travail a montré que des niches hypoxiques peuvent jouer un rôle protecteur pendant le traitement chimiothérapeutique des LAL-T à travers HIF1α et mTOR. L’inhibition de HIF1α et/ou l’activation de mTOR pourraient améliorer la chimiosensibilité des LAL-T en hypoxie.Background: T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is a malignant hematological disorder characterized by an increased proliferation of T lymphocyte precursors that are unable to complete their maturation. Treatments are effective in 90% of children T-ALL cases. However, children with relapse have a very poor prognosis. Resistance to chemotherapy is thus a major therapeutic challenge in the treatment of T-ALL that can be driven by interactions between leukemic cells and the microenvironment. Bone marrow microenvironment, a crucial site of propagation and maintenance of leukemia, is hypoxic with oxygen levels varying from 0.1 to 5%. As hypoxic solid tumors are more resistant to radiotherapy and chemotherapy, the aims of the study were to investigate to which extent oxygen levels impact on leukemia development and chemoresistance and to characterize the implicated molecular mechanisms. Methods: Mouse models and patients derived samples of T-ALL were cultured in low (1% and 3.5%) and high (21%) oxygen levels. Growth, apoptosis, cell cycle, metabolism and chemoresistance were measured as well as in vivo leukemia propagation using immune deficient mice as ways to define the impact of oxygen levels on T-ALL.Results: Results show that hypoxia inhibits the growth of T-ALL by slowing down cell cycle progression and decreasing metabolism, making them less sensitive to anti-leukemic drugs and preserving their ability to initiate leukemia in vivo after treatment. Knocking down (KD) HIF1α counteracted the effects observed in hypoxic T-ALL and restored their chemosensitivity. Interestingly activation of mTOR was diminished in hypoxic leukemic cells and HIF-1α KD restored mTOR activation in these low O2 conditions. Moreover, inhibiting mTOR in HIF1aKD T-ALL enhanced their chemoresistance, indicating a functional relationship between these two pathways.Conclusion: This work shows that hypoxic niches can play a protective role during the treatment of T-ALL through a HIF1α/mTOR molecular loop. Inhibition of HIF1α and/or activation of the mTOR pathway may help suppress the chemoresistance of T-ALL in hypoxic niche