The CADM1 tumor suppressor gene is a major candidate gene in MDS with deletion of the long arm of chromosome 11.

Myelodysplastic syndromes (MDS) represent a heterogeneous group of clonal hematopoietic stem cell disorders characterized by ineffective hematopoiesis leading to peripheral cytopenias and in a substantial proportion of cases to acute myeloid leukemia. The deletion of the long arm of chromosome 11, del(11q), is a rare but recurrent clonal event in MDS. Here, we detail the largest series of 113 cases of MDS and myelodysplastic syndromes/myeloproliferative neoplasms (MDS/MPN) harboring a del(11q) analyzed at clinical, cytological, cytogenetic, and molecular levels. Female predominance, a survival prognosis similar to other MDS, a low monocyte count, and dysmegakaryopoiesis were the specific clinical and cytological features of del(11q) MDS. In most cases, del(11q) was isolated, primary and interstitial encompassing the 11q22-23 region containing ATM, KMT2A, and CBL genes. The common deleted region at 11q23.2 is centered on an intergenic region between CADM1 (also known as Tumor Suppressor in Lung Cancer 1) and NXPE2. CADM1 was expressed in all myeloid cells analyzed in contrast to NXPE2. At the functional level, the deletion of Cadm1 in murine Lineage-Sca1+Kit+ cells modifies the lymphoid-to-myeloid ratio in bone marrow, although not altering their multilineage hematopoietic reconstitution potential after syngenic transplantation. Together with the frequent simultaneous deletions of KMT2A, ATM, and CBL and mutations of ASXL1, SF3B1, and CBL, we show that CADM1 may be important in the physiopathology of the del(11q) MDS, extending its role as tumor-suppressor gene from solid tumors to hematopoietic malignancies

Study of cell quiescence and reprogramming in pre-leukemic stem cells induced by the PAX5-ELN oncogene

Les leucémies aiguës lymphoblastiques B (LAL-B) représentent les cancers pédiatriques les plus fréquents et sont caractérisées par l'accumulation dans la moelle osseuse de progéniteurs B immatures d'origine clonale. Leurs développements multi-étapes est caractérisé par l'accumulation successive d'altérations oncogéniques. Les LAL-B sont classées selon différents sous-groupes oncogéniques caractérisés par l'identité de l'oncogène primaire porté par les cellules leucémiques telles que les translocations ETV6-RUNX1, TCF3-PBX1, BCR-ABL1, ou bien certaines altérations de PAX5 (sous-groupe "Pax5-alt" incluant transcrit de fusions et mutations gain de fonction). Des analyses pangénomiques ont été utilisées afin de décrire le paysage génomique et le profil d'expression des patients atteints de LAL-B. Ces études ont permis de stratifier les patients et de découvrir de nouvelles opportunités thérapeutiques. Bien que les traitements par chimiothérapies des LAL-B pédiatriques soient efficaces pour induire une rémission à long terme, ils ne préviennent pas la rechute de la maladie chez 15 à 20 % des patients. Aussi, la non-spécificité et la lourdeur de ces traitements provoquent un certain nombre d'effets indésirables et n'excluent pas la rechute de la maladie. Dans l'hématopoïèse normale, la fonction d'auto-renouvellement est une caractéristique distincte des cellules souches hématopoïétiques (CSHs). Les progéniteurs plus avancés dans la différenciation, incluant les progéniteurs lymphoïdes, en sont dépourvus. Dans les leucémies aiguës, plusieurs évidences suggèrent que l'acquisition d'un premier évènement oncogénique peut reprogrammer un progéniteur engagé en cellule souche pré-leucémique (pré-CSL). Ce processus établit ainsi un état pré-leucémique, où les propriétés souches reprogrammées par l'oncogène primaire permettent à terme la transformation leucémique par l'acquisition d'altérations génétiques additionnelles. Au stade leucémique, les pré-CSLs hautement diluées dans la masse tumorale peuvent servir de réservoir à la rechute de la maladie. En effet, ces cellules sont résistantes aux traitements conventionnels de chimiothérapie. L'identification et la caractérisation des pré-CSLs représentent donc un défi de premier ordre pour le développement de nouvelles thérapies ciblées. L'utilisation de modèles de souris transgéniques dans lesquels sont activés des oncogènes primaires, aide donc à la compréhension des différentes étapes du développement leucémique et permet un accès privilégié à la phase pré-leucémique. C'est pourquoi j'ai utilisé pendant ma thèse un modèle transgénique de souris qui récapitule le développement multi-étapes de la leucémogenèse par l'expression de la translocation PAX5-ELN. Mon travail indique qu'il existe un lien causal entre le blocage de la différenciation, l'auto-renouvellement et l'émergence des pré-CSLs. Par l'utilisation d'un immunophénotypage multiparamétriques, j'ai montré que PAX5-ELN perturbe la différenciation des cellules pré-leucémiques en renforçant la voie de signalisation IL7r/JAK-STAT. Cette perturbation est associée à l'induction de pré-CSLs rares et quiescentes qui soutiennent l'activité initiatrice de la leucémie. L'intégration des données transcriptomiques et d'accessibilité à la chromatine des pré-CSLs quiescentes m'a permis de démontrer qu'elles perdaient partiellement leur identité de cellules B et réactivaient un programme moléculaire plus immature. La construction de leur réseau de régulation transcriptionnelle (TNR) m'a permis d'incriminer le facteur de transcription Egr1 dans le contrôle de la quiescence/résistance des pré-CSLs PAX5-ELN, ainsi qu'au sein de cellules blastiques humaines. Dans l'ensemble mon travail souligne l'importance de l'étude des caractéristiques fonctionnelles telles que la quiescence et la plasticité cellulaire dans les mécanismes de résistance et d'initiation leucémique.B-acute lymphoblastic leukemias (B-ALL) represent the most frequent pediatric cancer and are characterized by the accumulation of immature B progenitors in the bone marrow. Their multi-step development is characterized by the successive accumulation of oncogenic alterations. The first event initiates the cell towards a leukemic fate that will be specific to it. Among them are different chromosomal translocations such as ETV6-RUNX1, BCR-ABL1 or TCF3-PBX1(...) and the more recently defined subgroup that includes all PAX5 translocations and its gain-of-function mutations (Pax5-Alt). Genome-wide analyses were used to map the genomic landscape and expression profile of patients with ALL. These studies have allowed the stratification of patients and the discovery of new therapeutic opportunities. Although chemotherapies of pediatric B-ALL are effective in inducing long-term remission, they do not prevent disease relapse in 15 to 20% of patients. In addition, the non-specificity and intensity of these treatments cause a number of adverse effects as well as not excluding disease relapse. In normal hematopoiesis, self-renewal function is a distinct feature of hematopoietic stem cells (HSCs). Progenitors more advanced in differentiation, including lymphoid progenitors, lack it. In acute leukemia, several evidences suggest that the acquisition of a first oncogenic event can reprogram a committed progenitor into a pre-leukemic stem cell (pre-LSC). The pre-LSCs establish a pre-leukemic state, where stem cell-like properties induced by a primary oncogene permit eventual leukemic transformation through the acquisition of additional genetic alterations. At the leukemic stage, pre-CSLs are highly diluted in the tumor mass and can serve as a reservoir for disease relapse. Indeed, these cells are resistant to conventional chemotherapies. Thus, the characterization of pre-CSLs is a major challenge for the development of new targeted therapies. The use of transgenic mouse models in which primary oncogenes are activated, helps to understand the different stages of leukemic development and allows for the access to the pre-leukemic phase. Therefore, during my thesis, I used a transgenic mouse model that recapitulates the multi-step development of leukemogenesis through the expression of the PAX5-ELN translocation. My work indicates that there is a causal link between the blockage of differentiation, the self-renewal and the emergence of pre-LSCs. Using multiparametric immunophenotyping, I showed that PAX5-ELN disrupts pre-leukemic cell differentiation by enhancing the IL7r/JAK-STAT signaling pathway. This disruption is associated with the induction of rare and quiescent pre-CSLs that support leukemia initiating activity. Integration of transcriptomic and chromatin accessibility data of quiescent pre-CSLs allowed me to demonstrate that they lost their B cell identity and reactivate a more immature molecular program. The construction of their transcriptional regulatory network (TNR) incriminates the transcription factor Egr1 in the control of the quiescence/resistance of PAX5-ELN pre-LSCs, but also directly of human blasts. Overall, my work highlights the importance of studying functional features such as quiescence and cellular plasticity in the mechanisms of leukemic resistance and initiation

Étude de la quiescence cellulaire et des mécanismes de reprogrammation des cellules souches pré-leucémiques induites par l'oncogène PAX5-ELN

B-acute lymphoblastic leukemias (B-ALL) represent the most frequent pediatric cancer and are characterized by the accumulation of immature B progenitors in the bone marrow. Their multi-step development is characterized by the successive accumulation of oncogenic alterations. The first event initiates the cell towards a leukemic fate that will be specific to it. Among them are different chromosomal translocations such as ETV6-RUNX1, BCR-ABL1 or TCF3-PBX1(...) and the more recently defined subgroup that includes all PAX5 translocations and its gain-of-function mutations (Pax5-Alt). Genome-wide analyses were used to map the genomic landscape and expression profile of patients with ALL. These studies have allowed the stratification of patients and the discovery of new therapeutic opportunities. Although chemotherapies of pediatric B-ALL are effective in inducing long-term remission, they do not prevent disease relapse in 15 to 20% of patients. In addition, the non-specificity and intensity of these treatments cause a number of adverse effects as well as not excluding disease relapse. In normal hematopoiesis, self-renewal function is a distinct feature of hematopoietic stem cells (HSCs). Progenitors more advanced in differentiation, including lymphoid progenitors, lack it. In acute leukemia, several evidences suggest that the acquisition of a first oncogenic event can reprogram a committed progenitor into a pre-leukemic stem cell (pre-LSC). The pre-LSCs establish a pre-leukemic state, where stem cell-like properties induced by a primary oncogene permit eventual leukemic transformation through the acquisition of additional genetic alterations. At the leukemic stage, pre-CSLs are highly diluted in the tumor mass and can serve as a reservoir for disease relapse. Indeed, these cells are resistant to conventional chemotherapies. Thus, the characterization of pre-CSLs is a major challenge for the development of new targeted therapies. The use of transgenic mouse models in which primary oncogenes are activated, helps to understand the different stages of leukemic development and allows for the access to the pre-leukemic phase. Therefore, during my thesis, I used a transgenic mouse model that recapitulates the multi-step development of leukemogenesis through the expression of the PAX5-ELN translocation. My work indicates that there is a causal link between the blockage of differentiation, the self-renewal and the emergence of pre-LSCs. Using multiparametric immunophenotyping, I showed that PAX5-ELN disrupts pre-leukemic cell differentiation by enhancing the IL7r/JAK-STAT signaling pathway. This disruption is associated with the induction of rare and quiescent pre-CSLs that support leukemia initiating activity. Integration of transcriptomic and chromatin accessibility data of quiescent pre-CSLs allowed me to demonstrate that they lost their B cell identity and reactivate a more immature molecular program. The construction of their transcriptional regulatory network (TNR) incriminates the transcription factor Egr1 in the control of the quiescence/resistance of PAX5-ELN pre-LSCs, but also directly of human blasts. Overall, my work highlights the importance of studying functional features such as quiescence and cellular plasticity in the mechanisms of leukemic resistance and initiation.Les leucémies aiguës lymphoblastiques B (LAL-B) représentent les cancers pédiatriques les plus fréquents et sont caractérisées par l'accumulation dans la moelle osseuse de progéniteurs B immatures d'origine clonale. Leurs développements multi-étapes est caractérisé par l'accumulation successive d'altérations oncogéniques. Les LAL-B sont classées selon différents sous-groupes oncogéniques caractérisés par l'identité de l'oncogène primaire porté par les cellules leucémiques telles que les translocations ETV6-RUNX1, TCF3-PBX1, BCR-ABL1, ou bien certaines altérations de PAX5 (sous-groupe "Pax5-alt" incluant transcrit de fusions et mutations gain de fonction). Des analyses pangénomiques ont été utilisées afin de décrire le paysage génomique et le profil d'expression des patients atteints de LAL-B. Ces études ont permis de stratifier les patients et de découvrir de nouvelles opportunités thérapeutiques. Bien que les traitements par chimiothérapies des LAL-B pédiatriques soient efficaces pour induire une rémission à long terme, ils ne préviennent pas la rechute de la maladie chez 15 à 20 % des patients. Aussi, la non-spécificité et la lourdeur de ces traitements provoquent un certain nombre d'effets indésirables et n'excluent pas la rechute de la maladie. Dans l'hématopoïèse normale, la fonction d'auto-renouvellement est une caractéristique distincte des cellules souches hématopoïétiques (CSHs). Les progéniteurs plus avancés dans la différenciation, incluant les progéniteurs lymphoïdes, en sont dépourvus. Dans les leucémies aiguës, plusieurs évidences suggèrent que l'acquisition d'un premier évènement oncogénique peut reprogrammer un progéniteur engagé en cellule souche pré-leucémique (pré-CSL). Ce processus établit ainsi un état pré-leucémique, où les propriétés souches reprogrammées par l'oncogène primaire permettent à terme la transformation leucémique par l'acquisition d'altérations génétiques additionnelles. Au stade leucémique, les pré-CSLs hautement diluées dans la masse tumorale peuvent servir de réservoir à la rechute de la maladie. En effet, ces cellules sont résistantes aux traitements conventionnels de chimiothérapie. L'identification et la caractérisation des pré-CSLs représentent donc un défi de premier ordre pour le développement de nouvelles thérapies ciblées. L'utilisation de modèles de souris transgéniques dans lesquels sont activés des oncogènes primaires, aide donc à la compréhension des différentes étapes du développement leucémique et permet un accès privilégié à la phase pré-leucémique. C'est pourquoi j'ai utilisé pendant ma thèse un modèle transgénique de souris qui récapitule le développement multi-étapes de la leucémogenèse par l'expression de la translocation PAX5-ELN. Mon travail indique qu'il existe un lien causal entre le blocage de la différenciation, l'auto-renouvellement et l'émergence des pré-CSLs. Par l'utilisation d'un immunophénotypage multiparamétriques, j'ai montré que PAX5-ELN perturbe la différenciation des cellules pré-leucémiques en renforçant la voie de signalisation IL7r/JAK-STAT. Cette perturbation est associée à l'induction de pré-CSLs rares et quiescentes qui soutiennent l'activité initiatrice de la leucémie. L'intégration des données transcriptomiques et d'accessibilité à la chromatine des pré-CSLs quiescentes m'a permis de démontrer qu'elles perdaient partiellement leur identité de cellules B et réactivaient un programme moléculaire plus immature. La construction de leur réseau de régulation transcriptionnelle (TNR) m'a permis d'incriminer le facteur de transcription Egr1 dans le contrôle de la quiescence/résistance des pré-CSLs PAX5-ELN, ainsi qu'au sein de cellules blastiques humaines. Dans l'ensemble mon travail souligne l'importance de l'étude des caractéristiques fonctionnelles telles que la quiescence et la plasticité cellulaire dans les mécanismes de résistance et d'initiation leucémique

Oncogene-Induced Reprogramming in Acute Lymphoblastic Leukemia: Towards Targeted Therapy of Leukemia-Initiating Cells

International audienceOur understanding of the hierarchical structure of acute leukemia has yet to be fully translated into therapeutic approaches. Indeed, chemotherapy still has to take into account the possibility that leukemia-initiating cells may have a distinct chemosensitivity profile compared to the bulk of the tumor, and therefore are spared by the current treatment, causing the relapse of the disease. Therefore, the identification of the cell-of-origin of leukemia remains a longstanding question and an exciting challenge in cancer research of the last few decades. With a particular focus on acute lymphoblastic leukemia, we present in this review the previous and current concepts exploring the phenotypic, genetic and functional heterogeneity in patients. We also discuss the benefits of using engineered mouse models to explore the early steps of leukemia development and to identify the biological mechanisms driving the emergence of leukemia-initiating cells. Finally, we describe the major prospects for the discovery of new therapeutic strategies that specifically target their aberrant stem cell-like functions

CELL QUIESCENCE AND REPROGRAMMING ARE DISTINCTIVE FEATURES OF PRE- LEUKEMIC STEM CELLS IN BACUTE LYMPHOBLASTIC LEUKEMIA

International audienc

PAX5-ELN oncoprotein promotes multistep B-cell acute lymphoblastic leukemia in mice

International audiencePAX5 is a well-known haploinsufficient tumor suppressor gene in human B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) and is involved in various chromosomal translocations that fuse a part of PAX5 with other partners. However, the role of PAX5 fusion proteins in BALL initiation and transformation is ill-known. We previously reported a new recurrent t(7;9)(q11;p13) chromosomal translocation in human BALL that juxtaposed PAX5 to the coding sequence of elastin (ELN). To study the function of the resulting PAX5-ELN fusion protein in BALL development, we generated a knockin mouse model in which the PAX5-ELN transgene is expressed specifically in B cells. PAX5-ELN-expressing mice efficiently developed BALL with an incidence of 80%. Leukemic transformation was associated with recurrent secondary mutations on Ptpn11, Kras, Pax5, and Jak3 genes affecting key signaling pathways required for cell proliferation. Our functional studies demonstrate that PAX5-ELN affected B-cell development in vitro and in vivo featuring an aberrant expansion of the pro-B cell compartment at the preleukemic stage. Finally, our molecular and computational approaches identified PAX5-ELN-regulated gene candidates that establish the molecular bases of the pre-leukemic state to drive BALL initiation. Hence, our study provides a new in vivo model of human BALL and strongly implicates PAX5 fusion proteins as potent oncoproteins in leukemia development

Une reprogrammation de type cellule souche est nécessaire pour l’activité initiatrice de la leucémie dans B-ALL

International audienceB cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is a multistep disease characterized by the hierarchical acquisition of genetic alterations. However, the question of how a primary oncogene reprograms stem cell-like properties in committed B cells and leads to a preneoplastic population remains unclear. Here, we used the PAX5::ELN oncogenic model to demonstrate a causal link between the differentiation blockade, the self-renewal, and the emergence of preleukemic stem cells (pre-LSCs). We show that PAX5::ELN disrupts the differentiation of preleukemic cells by enforcing the IL7r/JAK-STAT pathway. This disruption is associated with the induction of rare and quiescent pre-LSCs that sustain the leukemia-initiating activity, as assessed using the H2B-GFP model. Integration of transcriptomic and chromatin accessibility data reveals that those quiescent pre-LSCs lose B cell identity and reactivate an immature molecular program, reminiscent of human BALL chemo-resistant cells. Finally, our transcriptional regulatory network reveals the transcription factor EGR1 as a strong candidate to control quiescence/ resistance of PAX5::ELN pre-LSCs as well as of blasts from human BALL

Germline PAX5 mutation predisposes to familial B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia

International audienceNo abstract availabl