Étude de la fusion humaine NUP98-HOXA9 chez la drosophile

Abstract

La leucémie myéloïde aigüe ou LMA est une hémopathie maligne très hétérogène sur le plan biologique. Elle est caractérisée par l’accumulation de progéniteurs myéloïdes immatures ou myéloblastes dans la moelle osseuse et le sang périphérique. Plusieurs anomalies génétiques peuvent conduire au développement de la LMA. L’une d’entre elles est la translocation chromosomique NUP98-HOXA9 (NA9) qui fusionnent les séquences encodant la partie N-terminale de NUP98 à celles encodant le domaine de liaison à l’ADN de HOXA9. Bien qu’elle soit rare, elle est associée à un pronostic très défavorable et sert de prototype dans la compréhension moléculaire des fusions oncogéniques impliquant à la fois la nucléoporine NUP98 et les protéines HOX. En dépit de nombreuses études, les mécanismes moléculaires responsables de l’activité leucémogénique de NA9 restent encore flous. Ainsi, les travaux de recherche présentés dans cet ouvrage visent à approfondir notre compréhension des mécanismes d’action de NA9 en utilisant la mouche à fruits, Drosophila melanogaster, comme organisme modèle. Le premier chapitre de cet ouvrage, dans un premier temps, fait état de l’hématopoïèse de façon générale puis des connaissances actuelles entourant la translocation NA9. Dans une seconde partie, il aborde les processus hématopoïétiques chez la Drosophile puis le développement de l’œil composé et son utilisation à des fins de criblage génétique. Les deux chapitres suivants sont consacrés aux résultats des travaux de recherche. Dans un premier article, nous présentons la caractérisation du phénotype induit par l’expression de la fusion humaine NA9 dans le système hématopoïétique larvaire de la Drosophile. NA9 induit une hyperplasie des tissus hématopoïétiques en réponse à une différenciation précoce des cellules progénitrices suivie de leur capacité proliférative accrue sans altérer la spécification des cellules sanguines. Comme chez les mammifères, NA9 collabore fortement avec l’homologue de MEIS1, Hth. De plus, la caractérisation génétique du phénotype induit par NA9 suggère une interférence avec la voie de signalisation Pvr (l’homologue des récepteurs à activité tyrosine kinase Flt1-4), similaire à l’interaction observée chez les mammifères entre Flt3 et les fusions NUP98-HOX dans la LMA. Finalement, nous montrons que l’expression de NA9 induit des effets non-cellule autonome, soulevant ainsi la possibilité que l’activité leucémogénique de NA9 repose en partie sur cette capacité. Dans le deuxième manuscrit, nous y présentons la spécificité du phénotype induit par l’expression de NA9 au cours du développement de l’œil composé chez la mouche puis la stratégie de criblage génétique visant à identifier de nouveaux partenaires d’interaction de NA9. Ce crible a permis d’isoler 29 loci parmi lesquels les gènes correspondant à 16 d’entre eux ont été identifiés dont 3 facteurs connus pour collaborer avec NA9 (Rae1, emb, hth) et un nouveau facteur chromatinien E(Pc) sur lequel nous nous attardons. Ces travaux de recherche ont permis l’identification de nouvelles fonctions qui pourraient participer à l’activité oncogénique de NA9. De plus, ils montrent que les modèles développés chez la Drosophile pourraient contribuer à la compréhension plus approfondie de la pathogenèse des LMA au niveau moléculaire et permettre, à plus long terme, le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblées afin d’améliorer la survie des patients.

Acute myeloid leukemia (AML) is a heterogenous hematopoietic disorder characterized by the accumulation of immature myeloid progenitors or myeloblasts in the blood and bone marrow. Several genetic abnormalities can lead to the disease. One of these corresponds to the NUP98-HOXA9 (NA9) translocation that fuses sequences encoding the N-terminal portion of NUP98 to those encoding the DNA-binding domain of HOXA9. It is a rare translocation associated with poor prognosis, but represents a prototypical case used to study NUP98-HOX chromosomal rearrangements. Despite numerous studies, the molecular mechanisms underlying NA9 leukemogenic activity remain unclear. This thesis seeks to shed light on NA9’s mechanism of action using the fruit fly Drosophila melanogaster as a model organism. The first chapter introduces, in a first section, hematopoiesis and provides actual knowledge on NA9 translocation. In a second section, Drosophila hematopoiesis as well as compound eye development and its use for genetic screening strategy are addressed. Next chapters are devoted to our research results. A first article shows phenotype characterization induced by expression of the human NA9 oncoprotein in the Drosophila larval hematopoietic system. NA9 markedly enhanced cell proliferation and tissue growth, but did not alter cell fate specification. Reminiscent to NA9 activity in mammals, NA9 strongly collaborates with the MEIS homolog Hth. Moreover, genetic characterization of NA9-induced phenotype suggested interference with Pvr (Flt1-4 RTK homolog) signalling, which is similar to functional interaction observed in mammals between Flt3 and NUP98-HOX fusions in leukemia. Finally, NA9 expression was also found to induce non-cell autonomous affects, raising the possibility that its leukemogenic activity relies on this property. A second manuscript demonstrates the specificity of a NA9-induced phenotype in fly eye and reports a genetic screen to identify novel NA9 functional partners. A total of 29 loci have been isolated and of which, 16 have now been linked to a specific gene. Three of these had previously been shown to contribute to NA9 activity (Rae1, emb, hth). Finally, we focused on the chromatin remodelling factor E(Pc). Using Drosophila, this study has uncovered several novel functional aspects linked to NA9 activity. In the long term, upon demonstrating their relevance to NA9-mediated AML onset, some of the new players identified here could pave the way to develop targeted therapeutic strategies to improve overall patient survival.