CELLULES SOUCHES LEUCEMIQUES

Professeur A.TURHANProfesseur A.TURHAN

SERVICE d’HEMATOLOGIE ET d’ONCOLOGIE BIOLOGIQUESSERVICE d’HEMATOLOGIE ET d’ONCOLOGIE BIOLOGIQUES

CHU DE POITIERSCHU DE POITIERS

INSERM U935, UNIVERSITÉ DE POITIERSINSERM U935, UNIVERSITÉ DE POITIERS

OVOCYTEOVOCYTE

SPERMATOZOIDESPERMATOZOIDE

FécondationFécondation

UNE HISTOIRE DES CELLULESUNE HISTOIRE DES CELLULES SOUCHESSOUCHES

2 cellules2 cellules 4 cellules4 cellules

Masse interneMasse interne

Début de la Début de la SpécialisationSpécialisation

MuscleMuscleFoieFoieMoelle osseuseMoelle osseuseCerveau..Cerveau..(4-6 semaines)(4-6 semaines)

QUE FAIT UNE CELLULE SOUCHE ?QUE FAIT UNE CELLULE SOUCHE ?

CSCS

ELLE DONNE NAISSANCE A DES CELLULES IDENTIQUES A ELLE-MEME (Autorenouvellement)

ELLE DE DIFFERENCIE POUR ASSURER LA PRODUCTION DES CELLULESFONCTIONNELLES DANS UN ORGANE

CELLULES SOUCHES ADULTES CELLULES SOUCHES ADULTES SPECIFIQUES DES TISSUSSPECIFIQUES DES TISSUS

PRODUCTION DU SANGPRODUCTION DU SANG(MOELLE OSSEUSE)(MOELLE OSSEUSE)

Cerveau:Cerveau:CS NEURALESCS NEURALES

MUSCLEMUSCLE

FOIEFOIE

Autorenouvellement Différenciation

Cellule souches hématopoietiques: Spécificités

Progéniteurs

Cellules matures

OU

QUIESCENCE« Dormance »

( x Années)GG00

MIGRATION(Homing vs

Mobilization)

NICHES HÉMATOPOÏÉTIQUES NICHES HÉMATOPOÏÉTIQUES INTRAMÉDULLAIRESINTRAMÉDULLAIRES

Ang1 / Tie2Ang1 / Tie2

OPN / IntegrinesOPN / Integrines

SpindleSpindleN Cadherin+N Cadherin+CD45- OsteoblastCD45- Osteoblast

OsteoblastOsteoblast

HSCHSC

HSCHSC

Mobilization /Mobilization /HomingHomingProlifération / DifférenciationProlifération / Différenciation

Niche OstéoblastiqueNiche OstéoblastiqueNiche vasculaireNiche vasculaire

HSCHSC

TPO / MplTPO / Mpl

HSCHSC

O2O2CSCS

QuiescentesQuiescentes

SDF1 / CXCR4SDF1 / CXCR4

CELLULES SOUCHESCELLULES SOUCHESDE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DES CELLULES

DU SANG (HEMATOPOIESE)DU SANG (HEMATOPOIESE)

Cellules souchesCellules souches

Globules Globules rougesrouges

PlaquettesPlaquettes

GlobulesGlobules blancsblancs

CELLULES SOUCHESCELLULES SOUCHESDE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION DE LA MOELLE OSSEUSE: FABRICATION

DES CELLULES DU SANGDES CELLULES DU SANG

CELLULES SOUCHESCELLULES SOUCHESHEMATOPOIETIQUES :QUELQUES CHIFFRESHEMATOPOIETIQUES :QUELQUES CHIFFRES

Nombre de Nombre de GlobulesGlobulesRouges produits chez l’adulte Rouges produits chez l’adulte (70kg)(70kg)210 Milliards de cellules /jour210 Milliards de cellules /jour

Poids moyenPoids moyen adulte: 70 kgadulte: 70 kg

~ 8 Milliards de cellules / heure~ 8 Milliards de cellules / heure 140 gr / jour140 gr / jour

Nombre de cellules / 70 kg: ~10Nombre de cellules / 70 kg: ~101414

CELLULES SOUCHESCELLULES SOUCHESDE LA MOELLE OSSEUSE:DE LA MOELLE OSSEUSE:

Equilibre Production-DestructionEquilibre Production-Destruction

ProductionProduction

DestructionDestruction

FonctionnementFonctionnementnormalnormal

FonctionnementFonctionnementInsuffisantInsuffisantEx: AnémiesEx: Anémies

FonctionnementFonctionnementAugmentéAugmentéEx: PolyglobuliesEx: Polyglobulies

Maladies de la moelle osseuseMaladies de la moelle osseuse

COMMENT SAIT-ON QUE LES CSH COMMENT SAIT-ON QUE LES CSH EXISTENT ?EXISTENT ?

Les cellules « spécialisées ont une durée de vie limitéeLes cellules « spécialisées ont une durée de vie limitée

GB: 24 hrs Plaquettes : 6-7 Jours Globules rouges: 120 jours.GB: 24 hrs Plaquettes : 6-7 Jours Globules rouges: 120 jours.

Un Renouvellement constant est nécessaire > 75-80 ansUn Renouvellement constant est nécessaire > 75-80 ans

SOUCHESOUCHE

CELLULES DIFF.CELLULES DIFF.

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULE SOUCHE DE MOELLE OSSEUSE ?

Globules Globules rougesrouges

PlaquettesPlaquettesGlobulesGlobules blancsblancs

C. SOUCHEC. SOUCHENON-IDENTIFIABLENON-IDENTIFIABLEPAR TECHNIQUESPAR TECHNIQUESMICROSCOPIQUESMICROSCOPIQUES

ASPECTASPECTMORPHOLOGIQUEMORPHOLOGIQUECONNUCONNU

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULE SOUCHE DE MOELLE OSSEUSE EN

L’ABSENCE DE METHODES DIRECTES

Methode 1:Culture 2-5 semaines

CS deviennent reconnaissablesPar différenciation

Methode 2:Injection de Cellules aux sourisimmunodéficientes

QU’EST-CE QU’UNE LEUCEMIE ? QU’EST-CE QU’UNE LEUCEMIE ?

PROLIFERATION NON CONTROLEEPROLIFERATION NON CONTROLEED’UNE SEULE CELLULE SOUCHE D’UNE SEULE CELLULE SOUCHE

(ORIGINE CLONALE)(ORIGINE CLONALE)

PLUSIEURS TYPES DE LEUCEMIES PLUSIEURS TYPES DE LEUCEMIES

LEUCEMIES LEUCEMIES LYMPHOIDESLYMPHOIDES

LEUCEMIES LEUCEMIES MYELOIDESMYELOIDES

LEUCEMIES MYELOIDESLEUCEMIES MYELOIDES

LEUCEMIES LEUCEMIES « AIGUES »« AIGUES »

LEUCEMIES LEUCEMIES « CHRONIQUES »« CHRONIQUES »

Prolifération avec Arrêt de la Différenciation:Diminution du nombre des cellules normales:

Plaquettes (hémorragies)Leucocytes (infections)Globules Rouges (Anemie)

Prolifération sans blocagede la Différenciation

Augmentation des GB, plaquettes

Debut brutalDebut brutal Debut progressifDebut progressif

LEUCEMIE AIGUES: PROLIFERATION LEUCEMIE AIGUES: PROLIFERATION CLONALE D’UNE CELLULE SOUCHE AVECCLONALE D’UNE CELLULE SOUCHE AVEC

ARRET DE DIFFERENCIATIONARRET DE DIFFERENCIATION

Stem

CellulesCellulesDifférenciéesDifférenciées

(GB, GR, Plaquettes(GB, GR, Plaquettes))

CS LEUCEMIQUE

Leucemie Aigue:Leucemie Aigue:Arret de la Arret de la

différenciationdifférenciation

Les cellules différenciées ne sont plusFabriquées: Saignements, infection

CS NORMALE

ProgéniteursProgéniteurs

« Blastes »« Blastes »

LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE: LEUCEMIE MYELOIDE CHRONIQUE: DIFFERENCIATION NON PERTURBEEDIFFERENCIATION NON PERTURBEE

Ph1+Ph1+ProgenitorsProgenitors

Crise BlastiqueCrise BlastiquePhase ChroniquePhase Chronique

DIFFERENCIATIONDIFFERENCIATION

ARRET DE LA ARRET DE LA DIFFERENCIATIONDIFFERENCIATION

Ph1Ph1

LEUCEMIE AIGUELEUCEMIE AIGUE

Ph AccélerationPh Accéleration

ONCOGENEONCOGENEBCR-ABLBCR-ABL

CS «LEUCEMIQUE »PORTEUSE DE LA MUTATION

QUELLE EST LA CAUSE DES LEUCEMIES ? QUELLE EST LA CAUSE DES LEUCEMIES ? Apparition d’une Apparition d’une Anomalie génétiqueAnomalie génétique(mutation/changement(mutation/changementDe localisation d’un chromosome)De localisation d’un chromosome)AcquiseAcquise80% des cas80% des cas

Moelle « envahie »Moelle « envahie »

TempsTemps

BASES GENETIQUES DES LEUCEMIESBASES GENETIQUES DES LEUCEMIES

22q-22q-Ph1Ph1

BCR-ABLBCR-ABLTK+++TK+++

LAM, LAL LMC

Speck and Gilliland, Nat Rev CancerSpeck and Gilliland, Nat Rev Cancer

MÉCANISMES GÉNÉRAUX CONDUISANT À LA TRANSFORMATION LEUCÉMIQUE

Augmentation Augmentation de l’auto-renouvellementde l’auto-renouvellement

Augmentation de Augmentation de la survie cellulairela survie cellulaire

Augmentation de la

prolifération

Inhibition de la différenciation

CIBLESTHERAPEUTIQUES POTENTIELLES

CELLULES SOUCHES LEUCEMIQUES:PERSISTANCE D’UNE HIERARCHIE

CSL:Cellules Souches InitiatricesDe Leucémies

Prolifération et Prolifération et Différenciation limitéeDifférenciation limitée

ProgéniteursLeucémiques

AutorenouvelllementAutorenouvelllement « réservoir »« réservoir »

Peu ou pas de Peu ou pas de prolifération prolifération Blocage de laBlocage de ladifférenciationdifférenciation

CD34-

COMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULECOMMENT RECONNAÎT-ON UNE CELLULESOUCHE LEUCEMIQUE ?SOUCHE LEUCEMIQUE ?

Injection des Injection des Cellules purifiéesCellules purifiées

De patientsDe patientsAux sourisAux souris

ImmunodéficientesImmunodéficientes(pas de rejet)(pas de rejet)

Greffe de cellulesGreffe de cellulesHumainesHumaines

Analyse des marqueursAnalyse des marqueursleucémiquesleucémiques

Si prise de greffe: Si prise de greffe: AutorenouvellementAutorenouvellement

« Leukemia Stem cell «  « Leukemia Stem cell «  SCID-LC ICSCID-LC IC

Greffe secondairesGreffe secondairesÀ d’autres sourisÀ d’autres souris

ORIGINE DE LA LEUCEMOGENESE: ORIGINE DE LA LEUCEMOGENESE: NOUVEAUX CONCEPTSNOUVEAUX CONCEPTS

CELLULE SOUCHECELLULE SOUCHEINITIANT LA INITIANT LA

LEUCEMIE EST LEUCEMIE EST PRIMITIVE PRIMITIVE

CELLULE SOUCHECELLULE SOUCHEINITIANT LA LEUCEMIE INITIANT LA LEUCEMIE

EST DIFFERENCIEE:EST DIFFERENCIEE:Acquisition desAcquisition descaracteristiquescaracteristiques« souche » par « souche » par « plasticité »« plasticité »

LA PLUPARTDES L. AIGUESAIGUE

LEUCEMIEMYELOIDECHRONIQUE CERTAINES

L. AIGUES

PHASEBLASTIQUEDE LEUCEMIEMYELOIDECHRONIQUE

CSL ?

CSLCSL

ACQUISITION DES CARACTERISTIQUES « SOUCHES » ACQUISITION DES CARACTERISTIQUES « SOUCHES » PAR DES CELLULES DEJA DIFFERENCIEES PAR DES CELLULES DEJA DIFFERENCIEES

EvenementEvenementGénétiqueGénétique

ProgéniteursProgéniteursProgéniteurProgéniteurDifférenciéDifférencié

Implications thérapeutiques potentielles différentes ?Implications thérapeutiques potentielles différentes ?

COMMENT TRAITE-T-ON LES LEUCEMIES ? COMMENT TRAITE-T-ON LES LEUCEMIES ?

LEUCEMIES LEUCEMIES AIGUES AIGUES

LEUCEMIE LEUCEMIE MYELOIDEMYELOIDE

CHRONIQUECHRONIQUE

Chimiotherapies (InductionChimiotherapies (InductionEt traitement entretien)Et traitement entretien)Greffe de cellulesGreffe de cellulesSouches allogéniquesSouches allogéniques(en fonction des facteurs de gravité)(en fonction des facteurs de gravité)Agents de différenciationAgents de différenciation

THERAPIES « CIBLEES »THERAPIES « CIBLEES »Visant seulement les cellulesVisant seulement les cellulesLeucémiquesLeucémiques

« Inhibiteurs »« Inhibiteurs »

GLIVECGLIVEC(IMATINIB)(IMATINIB)

LEUCÉMIE MYÉLOÏDE CHRONIQUE:DE LA « LEUCOCYTHEMIA » AUX

MUTATIONS

1845Description InitialeBennett, Virchow

1960Chromosome PhNowell & Hungerford

1974t (9;22)J. Rowley

1996Imatinib

(IM)

IRIS MutationsBCR-ABLResistance IMNouveaux ITKDasatinibNilotinib1984

BCR-ABL

1999-2007

PRINCIPES THE THERAPIESPRINCIPES THE THERAPIESCIBLEES DE LA LMC CIBLEES DE LA LMC

Cellule leucémique:Cellule leucémique:Presence de la protéinePresence de la protéineBCR-ABLBCR-ABL

Cellule Normale:Cellule Normale:Absence de la protéineAbsence de la protéineBCR-ABLBCR-ABL

INHIBITEURS BCR-ABLINHIBITEURS BCR-ABL

Mort cellulaireMort cellulaire Survie= cellules normalesSurvie= cellules normalesNon atteintesNon atteintes

Effets secondairesEffets secondaires réduitsréduits

MODELES MURINS: ETUDE DE MODELES MURINS: ETUDE DE L’EFFICACITE DES INHIBITEURS TKL’EFFICACITE DES INHIBITEURS TK

Wolf and Ilaria, Blood 2001 Wolf and Ilaria, Blood 2001

+ Imatinib + Imatinib - Imatinib - Imatinib

LMC LMC DIAGNOSTICDIAGNOSTIC(1106 Pts)(1106 Pts)

Groupe 1Groupe 1IFN IFN 5M UI/M5M UI/M22/J+ ARA-C/J+ ARA-C

Groupe 2 Groupe 2 Imatinib 400 mgImatinib 400 mg

19 Mois19 Mois

19 Mois19 Mois

RCM RCC FFPRCM RCC FFP

34% 14% 91.534% 14% 91.5

87% 76% 97.587% 76% 97.5

IM : TRAITEMENT DE PREMIERE LIGNE DE LA LMCIM : TRAITEMENT DE PREMIERE LIGNE DE LA LMC

N Engl J Med. 2003 Mar 13;348(11):994-1004.

COMPARAISON IM VS IFN-ARA-C : COMPARAISON IM VS IFN-ARA-C : ESSAI IRISESSAI IRIS

IM EN PREMIERE LIGNE : ARRETSDU TRAITEMENT SUIVIS DE RECHUTES

A M12, la probabilité d’être en RMC est de 43% (95% CI : 33-53%)

Etude STIM : survie sans rechute moléculaire n = 100

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 risque36 % (17%-56%) pour les patients risque intermédiaire 29% (4%-61%) pour les patients haut risque

p = 0.028

faible risque

risque intermédiaire

haut risque

DIAGNOSTIC100

10

0.1

0.01

0.001

0.0001

0

1

Ph1+

Ph1 / RT-PCR+

RT-PCR -

1012

106

1 ?

% geneleucémique

ZONE DE SENSIBILITEZONE DE SENSIBILITEAU TRAITEMENTAU TRAITEMENT

CSCSRESISTANTESRESISTANTES

PROBLEME ACTUEL: RESISTANCE DES CELLULESPROBLEME ACTUEL: RESISTANCE DES CELLULESSOUCHES AUX THERAPIES CIBLEESSOUCHES AUX THERAPIES CIBLEES

ZONE DE RESISTANCEZONE DE RESISTANCE

LE DEFI DES CELLULES SOUCHES Ph1+: RESISTANCE LE DEFI DES CELLULES SOUCHES Ph1+: RESISTANCE ET PERSISTENCEET PERSISTENCE

Ph1Ph1

Bcr-abl+Bcr-abl+ResistanceResistanceImatinib(IM)Imatinib(IM)DasatinibDasatinibNilotinibNilotinib

Sensibilité Sensibilité ImatinibImatinib

20%20%MutationsMutationsABL-K+ABL-K+

Genetic InstablityGenetic InstablityMutation: Résistance ImatinibMutation: Résistance Imatinib

Bcr

-ab

lB

cr-a

bl

T315I LMCLMC

Bcr-abl+++Bcr-abl+++

LMC AvecLMC AvecMutations ABLMutations ABL

exT315IexT315I

Les CS les plus primitives persistent sous ITK: CaractérisationLes CS les plus primitives persistent sous ITK: CaractérisationDéveloppement de résistances aux ITK : Instabilité génétiqueDéveloppement de résistances aux ITK : Instabilité génétique

LMC EN REMISSION LMC EN REMISSION COMPLETE: QUESTIONS COMPLETE: QUESTIONS

PersistancePersistanceDes CSLDes CSL

Leucémiques ? Leucémiques ?

DétectionDétectionEt quantification ? Et quantification ?

Developpement de Developpement de nouveaux nouveaux

Tests (U935) Tests (U935) PotentielPotentiel

DécisionnelDécisionnelPour arret ? Pour arret ?

DEFIS EN 2010: NOUVEAUX TESTSDEFIS EN 2010: NOUVEAUX TESTS PREDICTIFSPREDICTIFS

PREDICTIONREPONSES

/ RESISTANCES

PREDICTIONRECHUTES

-Tests basés sur les cellules souches-Tests moléculaires

-Tests d’instabilité génétique

PEUT ON DEVELOPPER DES THEREAPIESPEUT ON DEVELOPPER DES THEREAPIESCIBLEES DES LEUCEMIES EN FONCTION DE LA CIBLEES DES LEUCEMIES EN FONCTION DE LA

CELLULE SOUCHE « CIBLE » ? CELLULE SOUCHE « CIBLE » ?

« HSC »« HSC » LEUKEMIALEUKEMIA

« CMP »« CMP » LEUKEMIALEUKEMIA

« GMP »« GMP » LEUKEMIALEUKEMIA

MICROARRAYMICROARRAYmIRNAmIRNAEpigeneticsEpigeneticsDrug sensitivityDrug sensitivity

NOVEL TARGETSNOVEL TARGETSFOR ADAPTEDFOR ADAPTED

THERAPY ?THERAPY ?