Targeting NPM1c in Acute Myeloid Leukemia
NPM1c, une cible dans le traitement des leucémies aigues myéloïdes (LAM)
Résumé
Acute myeloid leukemia (AML) is a genetically heterogeneous disease. Despite improvements in understanding the biology of AML, survival rates remain quite low. Prognosis of AML patients largely depends on acquired cytogenetic and molecular abnormalities. Nucleophosmin-1 (NPM1) is an essential gene encoding for a nucleocytoplasmic shuttling protein mainly localized to the nucleolus. Among several functions, NPM1 plays major roles in stabilization of the p14ARF tumor suppressor protein, regulation of ribosome biogenesis, control of centrosome duplication, response to stress stimuli and P53 activation. NPM1 is one of the most frequently mutated genes in AML accounting for around one third of patients (NPM1c AML). In mutant NPM1c proteins, critical tryptophan residues in the C-terminus are lost and a de novo nuclear export signal is created. This leads to ectopic and aberrant accumulation of NPM1c, along with normal NPM1, in the cytoplasm of AML blasts, thus playing a major role in leukemogenesis. The promyelocytic leukemia protein (PML) tumor suppressor organizes nuclear bodies (NB) domains that control proteolysis and P53-driven senescence. PML NBs are disorganized in NPM1c AML. Retinoic acid (RA), a hormone favoring differentiation of myeloid cells, increases survival of chemotherapy-treated NPM1c AMLs. We and others previously reported that RA and Arsenic trioxide (ATO) synergize to induce NPM1c degradation and to inhibit growth and induce apoptosis of NPM1c cells. Importantly, combined RA/ATO treatment significantly reduced bone marrow blasts in some NPM1c AML patients and restored the subnuclear localization of both NPM1 and PML. The main objective of the current work was to unravel the biochemical pathways driving NPM1c catabolism and to elucidate the molecular mechanisms of RA/ATO anti-leukemic activities. We demonstrate that PML is required for RA/ATO-induced NPM1c degradation. In primary NPM1c-AML blasts, RA rapidly upregulates the initial low basal PML expression through Pin-1 inhibition prior to NPM1c clearance. This RA-induced PML stabilizes P53 and primes blasts for ATO-driven nuclear body reformation, yielding hyper-activation of P53. RA/ATO combination elicits PML-dependent responses, associated with in vivo P53 activation in NPM1c AML xenografts. Importantly, RA/ATO-initiated a transient complete remission in a NPM1c-AML patient demonstrating clinical relevance of this combination. We also demonstrate that ATO-driven NPM1c degradation happens via the PML/SUMO/RNF4/Proteasome pathway, which cooperates with direct RA-induced ubiquitination. By establishing the mechanisms underlying RA and ATO sensitivity of NPM1c AMLs, our studies identify a striking parallelism with APL, paving the way to the crafting of curative targeted therapies in this category of AML patients.
La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une maladie très hétérogène du point de vue génétique. Malgré les avancées dans la caractérisation moléculaire de la LAM, les taux de survie des patients restent assez modestes. Le pronostic de ces patients dépend en grande partie des anomalies cytogénétiques et moléculaires acquises. La nucléophosmine-1 (NPM1) est un gène essentiel codant pour une protéine nucléocytoplasmique, qui fait la navette entre le nucléole, le noyau et le cytoplasme mais demeure localisée principalement dans le nucléole. NPM1 joue plusieurs rôles dont la stabilisation de la protéine suppresseur de tumeur p14ARF, la régulation de la biogenèse des ribosomes, le contrôle de la duplication des centrosomes, la réponse aux stimuli de stress et l’activation de P53. NPM1 est considéré comme un des gènes les plus fréquemment mutés dans la LAM, représentant environ un tiers des patients (LAM avec NPM1c). Dans les protéines mutées NPM1c, deux résidus de tryptophane à l'extrémité C-terminale sont perdus et un signal d'exportation nucléaire est créé. Cela conduit à une accumulation ectopique et aberrante de la protéine NPM1c, ainsi que la protéine normale NPM1, dans le cytoplasme des blastes. Ceci joue un rôle majeur dans la leucémogénèse et l’établissement de la LAM. La protéine de la leucémie promyélocytaire (PML) organise des corps nucléaires (CN) qui contrôlent la protéolyse et la sénescence induite par la voie P53. Les CN PML sont désorganisés dans la LAM avec NPM1c. L'acide rétinoïque (AR) est une hormone favorisant la différenciation des cellules myéloïdes. L’addition de l’AR à la chimiothérapie augmente la survie des patients LAM avec mutation NPM1c. Nous avons précédemment démontré que l’AR et le trioxyde d’Arsenic (ATO) fonctionnent en synergie pour induire la dégradation de la protéine NPM1c, inhiber la croissance et induire l’apoptose des cellules leucémiques exprimant NPM1c. D’une manière importante, l’association AR/ATO a entrainé la baisse significative du nombre de blastes dans la moelle osseuse chez certains patients atteints de LAM avec NPM1c, et a conduit à la restauration de la localisation nucléaire de NPM1 et de PML. L’objectif principal du travail en cours était de dévoiler les voies biochimiques conduisant au catabolisme de NPM1c et d’élucider les mécanismes moléculaires de l’activité anti-leucémique de l’association AR/ATO. Nous démontrons que PML est nécessaire pour la dégradation de NPM1c induite par l’association AR/ATO. Dans les blastes primaires de patients LAM avec NPM1c, l’AR augmente rapidement le taux d'expression basal de PML, via l'inhibition de Pin-1, et avant la dégradation de la NPM1c. l’induction de PML par l’AR conduit à la stabilisation de P53 et prépare pour la reformation des CN par l'ATO, pour induire par la suite une hyper-activation de P53. En outre, l’association AR/ATO induit des réponses dépendantes de PML, associées à l'activation de P53 in vivo dans les souris xénogreffées avec des cellules LAM NPM1c. D’une manière très importante, l’association AR/ATO a induit une rémission complète, quoique transitoire, chez un patient LAM avec NPM1c démontrant l’efficacité clinique de cette association. Nous démontrons également que la dégradation de NPM1c induite par l'ATO se produit par le biais de la voie PML/ SUMO/RNF4/Protéasome, qui coopère avec une ubiquitination directe induite par l’AR. Nos études identifient un parallélisme flagrant avec la leucémie aiguë promyélocytaire, et ouvrent des horizons pour les applications cliniques de thérapies ciblées contre les LAM avec NPM1c. De plus, l'activation de Pin-1 et la perte de PML dans plusieurs types de tumeurs suggèrent qu’au-delà des LAM avec NPM1c, l'axe AR/ATO/Pin-1/PML/P53 pourrait être plus largement exploité au niveau thérapeutique, surtout dans les tumeurs malignes sensibles à l’association AR/ATO.
Domaines
Microbiologie et Parasitologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)