Étude du mode de liaison de l’antagoniste de CXCR4, TC14012, sur ACKR3 et évaluation de CXCR4 et d’ACKR3 comme marqueurs de survie de la leucémie pédiatrique dans un modèle murin xénogénique

Abstract

CXCL12 est une chimiokine non inflammatoire impliquée dans la domiciliation et la rétention des cellules souches hématopoïétiques à l’intérieur de niches spécifiques de la moelle osseuse. Elle agit par le biais de deux récepteurs à 7 domaines transmembranaires, CXCR4 et ACKR3. La migration ainsi que l’attachement cellulaire en réponse à CXCL12 découlent de l’activation de CXCR4. ACKR3, qui ne signalise pas par la voie des protéines G, mais uniquement par la voie arrestine, aurait pour rôle de dégrader la chimiokine, menant ainsi à la création et au maintien d’un gradient de CXCL12 primordial à l’orientation cellulaire lors de la migration. Étant une cible pharmacologique d’intérêt dans plusieurs processus pathologique dont notamment l’infection au VIH et la dissémination métastatique de cancers, CXCR4 fut l’objet d’un développement intensif d’antagonistes le ciblant. Malgré la faible homologie de séquence entre CXCR4 et ACKR3, certains de ses antagonistes, tels que l’AMD3100 ou le TC14012, sont des ligands agonistes de ACKR3. Les causes de cet effet inverse sur CXCR4 et ACKR3 ne sont pas connues. Ainsi, dans le premier article de cette thèse, le mode de liaison du TC10412 sur ACKR3 a été déterminé, en s’appuyant sur les données du cristal de CXCR4 en complexe avec CVX15 (un dérivé du TC14012). Les résultats cumulés d’essais fonctionnels et de simulations de dynamique moléculaire ont permis l’identification de déterminantes clefs du récepteur ACKR3 et du TC14012 permettant leur interaction. Ces informations sont essentielles pour le développement futur de molécules ciblant spécifiquement l’un ou l’autre de ces récepteurs. La leucémie aigüe lymphoblastique de type pré-B (B-LAL) est la néoplasie la plus fréquente en pédiatrie. Si les taux de rémission sans complications sur 5 ans dépassent les 85%, plus de 25% de ces enfants porteront des séquelles graves potentiellement mortelles tout au long de leur vie due à un sur-traitement. La stratification plus précise du risque individuel de rechute permettrait des réductions ou intensifications thérapeutiques correspondants. III Il a été montré récemment que la survie de souris xénogreffées avec des échantillons de patients (PDX) B-LAL corrélait avec le risque individuel de rechute. Ainsi, dans la deuxième section de cette thèse, nous rapportons, pour la première fois, une méthode servant à l’identification de nouveaux marqueurs de risque à l’aide d’un modèle de souris PDX greffé avec des échantillons B-LAL pédiatriques. Le modèle a d’abord été validé à l’aide de marqueurs de pronostics connus pour la B-LAL pédiatrique (t(12;21), l’hyperdiploïdie (HD) et CD20). Nous avons ensuite démontré que l’utilisation combinée de plusieurs marqueurs (CXCR4élevéACKR3faible, non- t(12;21) et non-HD) prédit avec précision une courte survie des souris PDX. Cette étude exploratoire balise les paramètres pour une étude future, prospective ou rétrospective, qui devra établir une association entre notre algorithme et l’évolution clinique individuelle des patients leucémiques. En perspective, notre approche contribuera à l’optimisation de la stratification du risque individuel de rechute chez les patients atteints d’une B-LAL.

CXCL12 is a non-inflammatory chemokine involved in hematopoietic stem cell homing and retention to specific bone marrow niches. Its signaling is transduce through two 7 transmembrane receptors, CXCR4 and ACKR3. CXCR4 controls migration cues and cellular attachment by a G-protein-dependant signaling pathway. The second receptor, ACKR3, promotes CXCL12 degradation through a G-proteinindependent, arrestin-dependant pathway. The latter leads to the generation and maintenance of a sharp CXCL12 gradient, promoting directional cell migration. Because of its involvement in a range of pathological processes including, but not restricted to, HIV entry and metastatic dissemination of cancers, CXCR4 is an attractive pharmacological target. Over the past two decades, several antagonists targeting it were synthetized. Despite the low sequence homology between CXCR4 and ACKR3, two of these antagonists, AMD3100 and TC14012, were shown to act as agonists on ACKR3. The causes of this reverse effect on CXCR4 and ACKR3 are not known. Thus, in the first article of this thesis, we used ACKR3 substitution mutants and molecular modeling based on the CXCR4 crystal bound to CVX15 (a TC14012 derivative) to determine the binding mode of TC10412 on ACKR3. The cumulative results of functional assays and molecular dynamics simulations allowed the identification of key determinants in the interaction between ACKR3 and TC14012. These results provide essential information for the future development of more specific ligands targeting one of these receptors. B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is the most common pædiatric neoplasia. While the 5-year event-free survival exceeds 85%, more than 25% of these “cured” children will suffer potentially life-threatening sequelæ due to overtreatment. A more precise stratification strategy of the individual risk of relapse is required to allow an accurate personalised therapy reduction or intensification. It has recently been shown that the survival of patient-derived xenografted (PDX) mice correlates with the individual risk of relapse in children with B-ALL. Thus, in the VI second section of this thesis, we report for the first time a method to identify new risk markers using B-ALL PDX mice model. The model was first validated using known prognostic markers for pædiatric B-ALL (t(12;21), hyperdiploid (HD) and CD20). We then demonstrated that the combined use of markers (CXCR4high ACKR3low, nont( 12;21) and non-HD) predicts with great sensitivity a short survival of PDX mice. The key parameters highlighted in this study will now have to be validated in a prospective or retrospective study. The latter would test the association of our combined parameters with the individual clinical outcome of B-ALL children to validate our PDX results. Our algorithm may eventually lead to a more accurate individual risk stratification of pædiatric B-ALL patients thus guiding personalized therapy adjustment.