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Farge T, Nakhle J, Lagarde D, Cognet G, Polley N, Castellano R, Nicolau ML, Bosc C, Sabatier M, Sahal A, Saland E, Jeanson Y, Guiraud N, Boet E, Bergoglio C, Gotanègre M, Mouchel PL, Stuani L, Larrue C, Sallese M, De Mas V, Moro C, Dray C, Collette Y, Raymond-Letron I, Ader I, Récher C, Sarry JE, Cabon F, Vergez F, Carrière A. CD36 Drives Metastasis and Relapse in Acute Myeloid Leukemia. Cancer Res 2023; 83:2824-2838. [PMID: 37327406 PMCID: PMC10472106 DOI: 10.1158/0008-5472.can-22-3682] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 6.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/22/2022] [Revised: 03/31/2023] [Accepted: 06/12/2023] [Indexed: 06/18/2023]
Abstract
Identifying mechanisms underlying relapse is a major clinical issue for effective cancer treatment. The emerging understanding of the importance of metastasis in hematologic malignancies suggests that it could also play a role in drug resistance and relapse in acute myeloid leukemia (AML). In a cohort of 1,273 AML patients, we uncovered that the multifunctional scavenger receptor CD36 was positively associated with extramedullary dissemination of leukemic blasts, increased risk of relapse after intensive chemotherapy, and reduced event-free and overall survival. CD36 was dispensable for lipid uptake but fostered blast migration through its binding with thrombospondin-1. CD36-expressing blasts, which were largely enriched after chemotherapy, exhibited a senescent-like phenotype while maintaining their migratory ability. In xenograft mouse models, CD36 inhibition reduced metastasis of blasts and prolonged survival of chemotherapy-treated mice. These results pave the way for the development of CD36 as an independent marker of poor prognosis in AML patients and a promising actionable target to improve the outcome of patients. SIGNIFICANCE CD36 promotes blast migration and extramedullary disease in acute myeloid leukemia and represents a critical target that can be exploited for clinical prognosis and patient treatment.
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Affiliation(s)
- Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
- Institute of Metabolic and Cardiovascular Diseases, Team CERAMIC, INSERM, Paul Sabatier University, UMR1297, Toulouse, France
- Institut Fédératif de Biologie (IFB), CHU Toulouse, Toulouse, France
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Jean Nakhle
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Damien Lagarde
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
- McGill University, Rosalind and Morris Goodman Cancer Institute, Montréal, Québec, Canada
- McGill University, Department of Biochemistry, Montréal, Québec, Canada
| | - Guillaume Cognet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Nathaniel Polley
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Rémy Castellano
- Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille, Aix-Marseille Univ, Inserm, CNRS, Institut Paoli-Calmettes, 13009 Marseille, France
| | - Marie-Laure Nicolau
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Claudie Bosc
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Ambrine Sahal
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Yannick Jeanson
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Nathan Guiraud
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Emeline Boet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Camille Bergoglio
- Institute of Metabolic and Cardiovascular Diseases, Team MetaDiab, INSERM, Paul Sabatier University, UMR1297, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Pierre-Luc Mouchel
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Lucille Stuani
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Clément Larrue
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Marie Sallese
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Véronique De Mas
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Cedric Moro
- Institute of Metabolic and Cardiovascular Diseases, Team MetaDiab, INSERM, Paul Sabatier University, UMR1297, Toulouse, France
| | - Cédric Dray
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Yves Collette
- Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille, Aix-Marseille Univ, Inserm, CNRS, Institut Paoli-Calmettes, 13009 Marseille, France
| | - Isabelle Raymond-Letron
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
- LabHPEC, Université de Toulouse, ENVT, Toulouse, France
| | - Isabelle Ader
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - Florence Cabon
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
| | - François Vergez
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2023, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Audrey Carrière
- RESTORE Research Center, Université Toulouse Paul Sabatier, INSERM 1301, CNRS 5070, EFS, ENVT, Toulouse, France
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Bosc C, Saland E, Bousard A, Gadaud N, Sabatier M, Cognet G, Farge T, Boet E, Gotanègre M, Aroua N, Mouchel PL, Polley N, Larrue C, Kaphan E, Picard M, Sahal A, Jarrou L, Tosolini M, Rambow F, Cabon F, Nicot N, Poillet-Perez L, Wang Y, Su X, Fovez Q, Kluza J, Argüello RJ, Mazzotti C, Avet-Loiseau H, Vergez F, Tamburini J, Fournié JJ, Tiong IS, Wei AH, Kaoma T, Marine JC, Récher C, Stuani L, Joffre C, Sarry JE. Mitochondrial inhibitors circumvent adaptive resistance to venetoclax and cytarabine combination therapy in acute myeloid leukemia. Nat Cancer 2021; 2:1204-1223. [PMID: 35122057 DOI: 10.1038/s43018-021-00264-y] [Citation(s) in RCA: 29] [Impact Index Per Article: 9.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/09/2020] [Accepted: 08/31/2021] [Indexed: 04/23/2023]
Abstract
Therapy resistance represents a major clinical challenge in acute myeloid leukemia (AML). Here we define a 'MitoScore' signature, which identifies high mitochondrial oxidative phosphorylation in vivo and in patients with AML. Primary AML cells with cytarabine (AraC) resistance and a high MitoScore relied on mitochondrial Bcl2 and were highly sensitive to venetoclax (VEN) + AraC (but not to VEN + azacytidine). Single-cell transcriptomics of VEN + AraC-residual cell populations revealed adaptive resistance associated with changes in oxidative phosphorylation, electron transport chain complex and the TP53 pathway. Accordingly, treatment of VEN + AraC-resistant AML cells with electron transport chain complex inhibitors, pyruvate dehydrogenase inhibitors or mitochondrial ClpP protease agonists substantially delayed relapse following VEN + AraC. These findings highlight the central role of mitochondrial adaptation during AML therapy and provide a scientific rationale for alternating VEN + azacytidine with VEN + AraC in patients with a high MitoScore and to target mitochondrial metabolism to enhance the sensitivity of AML cells to currently approved therapies.
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Affiliation(s)
- Claudie Bosc
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Aurélie Bousard
- Department of Oncology, Laboratory for Molecular Cancer Biology, VIB Center for Cancer Biology, Leuven, Belgium
| | - Noémie Gadaud
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Guillaume Cognet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Emeline Boet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Nesrine Aroua
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Pierre-Luc Mouchel
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Nathaniel Polley
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Clément Larrue
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Eléonore Kaphan
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Muriel Picard
- Réanimation Polyvalente IUCT-oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Ambrine Sahal
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Latifa Jarrou
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Marie Tosolini
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
| | - Florian Rambow
- Department of Oncology, Laboratory for Molecular Cancer Biology, VIB Center for Cancer Biology, Leuven, Belgium
| | - Florence Cabon
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Nathalie Nicot
- LuxGen, Quantitative Biology Unit, Luxembourg Institute of Health, Strassen, Luxembourg
| | - Laura Poillet-Perez
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Yujue Wang
- Metabolomics Shared Resource, Rutgers Cancer Institute of New Jersey, New Brunswick, NJ, USA
| | - Xiaoyang Su
- Metabolomics Shared Resource, Rutgers Cancer Institute of New Jersey, New Brunswick, NJ, USA
| | - Quentin Fovez
- Cancer Heterogeneity Plasticity and Resistance to Therapies (CANTHER), University of Lille, CNRS, Inserm, CHU Lille, UMR9020-U1277, Lille, France
| | - Jérôme Kluza
- Cancer Heterogeneity Plasticity and Resistance to Therapies (CANTHER), University of Lille, CNRS, Inserm, CHU Lille, UMR9020-U1277, Lille, France
| | - Rafael José Argüello
- Aix Marseille University, CNRS, INSERM, CIML, Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, Marseille, France
| | - Céline Mazzotti
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Toulouse, France
| | - Hervé Avet-Loiseau
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Toulouse, France
| | - François Vergez
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | | | - Jean-Jacques Fournié
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
| | - Ing S Tiong
- Department of Clinical Haematology, The Alfred Hospital and Monash University, Melbourne, Victoria, Australia
| | - Andrew H Wei
- Department of Clinical Haematology, The Alfred Hospital and Monash University, Melbourne, Victoria, Australia
| | - Tony Kaoma
- Computational Biomedicine Research Group, Quantitative Biology Unit, Luxembourg Institute of Health, Luxembourg, Luxembourg
| | - Jean-Christophe Marine
- Department of Oncology, Laboratory for Molecular Cancer Biology, VIB Center for Cancer Biology, Leuven, Belgium
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- University of Toulouse, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Lucille Stuani
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Carine Joffre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm, CNRS, Toulouse, France.
- LabEx Toucan, Toulouse, France.
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France.
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Stuani L, Sabatier M, Saland E, Cognet G, Poupin N, Bosc C, Castelli FA, Gales L, Turtoi E, Montersino C, Farge T, Boet E, Broin N, Larrue C, Baran N, Cissé MY, Conti M, Loric S, Kaoma T, Hucteau A, Zavoriti A, Sahal A, Mouchel PL, Gotanègre M, Cassan C, Fernando L, Wang F, Hosseini M, Chu-Van E, Le Cam L, Carroll M, Selak MA, Vey N, Castellano R, Fenaille F, Turtoi A, Cazals G, Bories P, Gibon Y, Nicolay B, Ronseaux S, Marszalek JR, Takahashi K, DiNardo CD, Konopleva M, Pancaldi V, Collette Y, Bellvert F, Jourdan F, Linares LK, Récher C, Portais JC, Sarry JE. Mitochondrial metabolism supports resistance to IDH mutant inhibitors in acute myeloid leukemia. J Exp Med 2021; 218:e20200924. [PMID: 33760042 PMCID: PMC7995203 DOI: 10.1084/jem.20200924] [Citation(s) in RCA: 42] [Impact Index Per Article: 14.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/07/2020] [Revised: 11/25/2020] [Accepted: 01/11/2021] [Indexed: 12/17/2022] Open
Abstract
Mutations in IDH induce epigenetic and transcriptional reprogramming, differentiation bias, and susceptibility to mitochondrial inhibitors in cancer cells. Here, we first show that cell lines, PDXs, and patients with acute myeloid leukemia (AML) harboring an IDH mutation displayed an enhanced mitochondrial oxidative metabolism. Along with an increase in TCA cycle intermediates, this AML-specific metabolic behavior mechanistically occurred through the increase in electron transport chain complex I activity, mitochondrial respiration, and methylation-driven CEBPα-induced fatty acid β-oxidation of IDH1 mutant cells. While IDH1 mutant inhibitor reduced 2-HG oncometabolite and CEBPα methylation, it failed to reverse FAO and OxPHOS. These mitochondrial activities were maintained through the inhibition of Akt and enhanced activation of peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1 PGC1α upon IDH1 mutant inhibitor. Accordingly, OxPHOS inhibitors improved anti-AML efficacy of IDH mutant inhibitors in vivo. This work provides a scientific rationale for combinatory mitochondrial-targeted therapies to treat IDH mutant AML patients, especially those unresponsive to or relapsing from IDH mutant inhibitors.
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MESH Headings
- Acute Disease
- Aminopyridines/pharmacology
- Animals
- Cell Line, Tumor
- Doxycycline/pharmacology
- Drug Resistance, Neoplasm/drug effects
- Drug Resistance, Neoplasm/genetics
- Enzyme Inhibitors/pharmacology
- Epigenesis, Genetic/drug effects
- Glycine/analogs & derivatives
- Glycine/pharmacology
- HL-60 Cells
- Humans
- Isocitrate Dehydrogenase/antagonists & inhibitors
- Isocitrate Dehydrogenase/genetics
- Isocitrate Dehydrogenase/metabolism
- Isoenzymes/antagonists & inhibitors
- Isoenzymes/genetics
- Isoenzymes/metabolism
- Leukemia, Myeloid/drug therapy
- Leukemia, Myeloid/genetics
- Leukemia, Myeloid/metabolism
- Mice, Inbred NOD
- Mice, Knockout
- Mice, SCID
- Mitochondria/drug effects
- Mitochondria/genetics
- Mitochondria/metabolism
- Mutation
- Oxadiazoles/pharmacology
- Oxidative Phosphorylation/drug effects
- Piperidines/pharmacology
- Pyridines/pharmacology
- Triazines/pharmacology
- Xenograft Model Antitumor Assays/methods
- Mice
Collapse
Affiliation(s)
- Lucille Stuani
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Guillaume Cognet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Nathalie Poupin
- UMR1331 Toxalim, Université de Toulouse, Institut National de la Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse, INP-Purpan, Université Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Claudie Bosc
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Florence A. Castelli
- CEA/DSV/iBiTec-S/SPI, Laboratoire d’Etude du Métabolisme des Médicaments, MetaboHUB-Paris, Gif-sur-Yvette, France
| | - Lara Gales
- Toulouse Biotechnology Institute, Université de Toulouse, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de la Recherche Agronomique, Institut National des sciences appliquées, Toulouse, France
- MetaToul-MetaboHUB, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, Toulouse, France
| | - Evgenia Turtoi
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Institut Régional du Cancer Montpellier, Montpellier, France
- Montpellier Alliance for Metabolomics and Metabolism Analysis, Platform for Translational Oncometabolomics, Biocampus, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Montpellier, France
| | - Camille Montersino
- Aix-Marseille University, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut Paoli-Calmettes, Centre de Recherches en Cancérologie de Marseille, Marseille, France
| | - Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Emeline Boet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Nicolas Broin
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Clément Larrue
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Natalia Baran
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Madi Y. Cissé
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Institut Régional du Cancer Montpellier, Montpellier, France
| | - Marc Conti
- Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale U938, Hôpital St Antoine, Paris, France
- Integracell, Longjumeau, France
| | - Sylvain Loric
- Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale U938, Hôpital St Antoine, Paris, France
| | - Tony Kaoma
- Proteome and Genome Research Unit, Department of Oncology, Luxembourg Institute of Health, Strassen, Luxembourg
| | - Alexis Hucteau
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Aliki Zavoriti
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Ambrine Sahal
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Pierre-Luc Mouchel
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Cédric Cassan
- UMR1332 Biologie du Fruit et Pathologie, Plateforme Métabolome Bordeaux, Institut National de la Recherche Agronomique, Université de Bordeaux, Villenave d'Ornon, France
| | - Laurent Fernando
- UMR1331 Toxalim, Université de Toulouse, Institut National de la Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse, INP-Purpan, Université Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Feng Wang
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Mohsen Hosseini
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Emeline Chu-Van
- CEA/DSV/iBiTec-S/SPI, Laboratoire d’Etude du Métabolisme des Médicaments, MetaboHUB-Paris, Gif-sur-Yvette, France
| | - Laurent Le Cam
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Institut Régional du Cancer Montpellier, Montpellier, France
| | - Martin Carroll
- Division of Hematology and Oncology, Department of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA
| | - Mary A. Selak
- Division of Hematology and Oncology, Department of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA
| | - Norbert Vey
- Aix-Marseille University, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut Paoli-Calmettes, Centre de Recherches en Cancérologie de Marseille, Marseille, France
| | - Rémy Castellano
- Aix-Marseille University, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut Paoli-Calmettes, Centre de Recherches en Cancérologie de Marseille, Marseille, France
| | - François Fenaille
- CEA/DSV/iBiTec-S/SPI, Laboratoire d’Etude du Métabolisme des Médicaments, MetaboHUB-Paris, Gif-sur-Yvette, France
| | - Andrei Turtoi
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Institut Régional du Cancer Montpellier, Montpellier, France
| | - Guillaume Cazals
- Laboratoire de Mesures Physiques, Université de Montpellier, Montpellier, France
| | - Pierre Bories
- Réseau Régional de Cancérologie Onco-Occitanie, Toulouse, France
| | - Yves Gibon
- UMR1332 Biologie du Fruit et Pathologie, Plateforme Métabolome Bordeaux, Institut National de la Recherche Agronomique, Université de Bordeaux, Villenave d'Ornon, France
| | | | | | - Joseph R. Marszalek
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Koichi Takahashi
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Courtney D. DiNardo
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Marina Konopleva
- Departments of Leukemia and Genomic Medicine, The University of Texas, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX
| | - Véra Pancaldi
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- Barcelona Supercomputing Center, Barcelona, Spain
| | - Yves Collette
- Aix-Marseille University, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut Paoli-Calmettes, Centre de Recherches en Cancérologie de Marseille, Marseille, France
| | - Floriant Bellvert
- Toulouse Biotechnology Institute, Université de Toulouse, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de la Recherche Agronomique, Institut National des sciences appliquées, Toulouse, France
- MetaToul-MetaboHUB, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, Toulouse, France
| | - Fabien Jourdan
- UMR1331 Toxalim, Université de Toulouse, Institut National de la Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse, INP-Purpan, Université Paul Sabatier, Toulouse, France
- MetaToul-MetaboHUB, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, Toulouse, France
| | - Laetitia K. Linares
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Université de Montpellier, Institut Régional du Cancer Montpellier, Montpellier, France
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Jean-Charles Portais
- Toulouse Biotechnology Institute, Université de Toulouse, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de la Recherche Agronomique, Institut National des sciences appliquées, Toulouse, France
- MetaToul-MetaboHUB, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, Toulouse, France
- STROMALab, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale U1031, EFS, INP-ENVT, UPS, Toulouse, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Institut National de la Santé et de la Recherché Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Toulouse, France
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Aroua N, Boet E, Ghisi M, Nicolau-Travers ML, Saland E, Gwilliam R, de Toni F, Hosseini M, Mouchel PL, Farge T, Bosc C, Stuani L, Sabatier M, Mazed F, Larrue C, Jarrou L, Gandarillas S, Bardotti M, Picard M, Syrykh C, Laurent C, Gotanègre M, Bonnefoy N, Bellvert F, Portais JC, Nicot N, Azuaje F, Kaoma T, Joffre C, Tamburini J, Récher C, Vergez F, Sarry JE. Extracellular ATP and CD39 Activate cAMP-Mediated Mitochondrial Stress Response to Promote Cytarabine Resistance in Acute Myeloid Leukemia. Cancer Discov 2020; 10:1544-1565. [PMID: 32641297 DOI: 10.1158/2159-8290.cd-19-1008] [Citation(s) in RCA: 18] [Impact Index Per Article: 4.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/30/2019] [Revised: 05/09/2020] [Accepted: 07/02/2020] [Indexed: 11/16/2022]
Abstract
Relapses driven by chemoresistant leukemic cell populations are the main cause of mortality for patients with acute myeloid leukemia (AML). Here, we show that the ectonucleotidase CD39 (ENTPD1) is upregulated in cytarabine-resistant leukemic cells from both AML cell lines and patient samples in vivo and in vitro. CD39 cell-surface expression and activity is increased in patients with AML upon chemotherapy compared with diagnosis, and enrichment in CD39-expressing blasts is a marker of adverse prognosis in the clinics. High CD39 activity promotes cytarabine resistance by enhancing mitochondrial activity and biogenesis through activation of a cAMP-mediated adaptive mitochondrial stress response. Finally, genetic and pharmacologic inhibition of CD39 ecto-ATPase activity blocks the mitochondrial reprogramming triggered by cytarabine treatment and markedly enhances its cytotoxicity in AML cells in vitro and in vivo. Together, these results reveal CD39 as a new residual disease marker and a promising therapeutic target to improve chemotherapy response in AML. SIGNIFICANCE: Extracellular ATP and CD39-P2RY13-cAMP-OxPHOS axis are key regulators of cytarabine resistance, offering a new promising therapeutic strategy in AML.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1426.
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Affiliation(s)
- Nesrine Aroua
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Emeline Boet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Margherita Ghisi
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Marie-Laure Nicolau-Travers
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Ryan Gwilliam
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Fabienne de Toni
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Mohsen Hosseini
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Pierre-Luc Mouchel
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Claudie Bosc
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Lucille Stuani
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Fetta Mazed
- Institut Cochin, Département Développement, Reproduction, Cancer, UMR8104-CNRS, U1016-INSERM, Paris.,Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, Geneva, Switzerland
| | - Clément Larrue
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Latifa Jarrou
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Sarah Gandarillas
- Centre Régional d'Exploration Fonctionnelle et Ressources Expérimentales, Service d'Expérimentation Animale, UMS006, Inserm, Toulouse, France
| | - Massimiliano Bardotti
- Centre Régional d'Exploration Fonctionnelle et Ressources Expérimentales, Service d'Expérimentation Animale, UMS006, Inserm, Toulouse, France
| | - Muriel Picard
- University of Toulouse, Toulouse, France.,Intensive Care Unit, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Charlotte Syrykh
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Anatomopathologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Camille Laurent
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Anatomopathologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Nathalie Bonnefoy
- Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier, U1194, Inserm, Université de Montpellier, Institut régional du Cancer de Montpellier, Montpellier, France
| | | | | | - Nathalie Nicot
- LuxGene, Quantitative Biology Unit, Luxembourg Institute of Health, Luxembourg, Luxembourg
| | - Francisco Azuaje
- Computational Biomedicine Research Group, Quantitative Biology Unit, Luxembourg Institute of Health, Luxembourg, Luxembourg
| | - Tony Kaoma
- Computational Biomedicine Research Group, Quantitative Biology Unit, Luxembourg Institute of Health, Luxembourg, Luxembourg
| | - Carine Joffre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Jérome Tamburini
- Institut Cochin, Département Développement, Reproduction, Cancer, UMR8104-CNRS, U1016-INSERM, Paris.,Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, Geneva, Switzerland
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - François Vergez
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037 Inserm/Université Toulouse III-Paul Sabatier, ERL5294 CNRS, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France. .,University of Toulouse, Toulouse, France
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Sueur G, Boutet A, Gotanègre M, Mansat-De Mas V, Besson A, Manenti S, Bertoli S. STAT5-dependent regulation of CDC25A by miR-16 controls proliferation and differentiation in FLT3-ITD acute myeloid leukemia. Sci Rep 2020; 10:1906. [PMID: 32024878 PMCID: PMC7002454 DOI: 10.1038/s41598-020-58651-x] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/24/2019] [Accepted: 01/14/2020] [Indexed: 01/10/2023] Open
Abstract
We recently identified the CDC25A phosphatase as a key actor in proliferation and differentiation in acute myeloid leukemia expressing the FLT3-ITD mutation. In this paper we demonstrate that CDC25A level is controlled by a complex STAT5/miR-16 transcription and translation pathway working downstream of this receptor. First, we established by CHIP analysis that STAT5 is directly involved in FLT3-ITD-dependent CDC25A gene transcription. In addition, we determined that miR-16 expression is repressed by FLT3-ITD activity, and that STAT5 participates in this repression. In accordance with these results, miR-16 expression was significantly reduced in a panel of AML primary samples carrying the FLT3-ITD mutation when compared with FLT3wt cells. The expression of a miR-16 mimic reduced CDC25A protein and mRNA levels, and RNA interference-mediated down modulation of miR-16 restored CDC25A expression in response to FLT3-ITD inhibition. Finally, decreasing miR-16 expression partially restored the proliferation of cells treated with the FLT3 inhibitor AC220, while the expression of miR-16 mimic stopped this proliferation and induced monocytic differentiation of AML cells. In summary, we identified a FLT3-ITD/STAT5/miR-16/CDC25A axis essential for AML cell proliferation and differentiation.
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Affiliation(s)
- Gabrielle Sueur
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France.,Equipe labellisée La Ligue contre le Cancer 2016, Toulouse, France
| | - Alison Boutet
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France.,Equipe labellisée La Ligue contre le Cancer 2016, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Véronique Mansat-De Mas
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France.,Equipe labellisée La Ligue contre le Cancer 2016, Toulouse, France.,Laboratoire d'hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, Toulouse, France.,Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Arnaud Besson
- Laboratoire de Biologie Cellulaire et Moléculaire du Contrôle de la Prolifération, Centre de Biologie Intégrative, Université de Toulouse, UPS and CNRS, Toulouse, France
| | - Stéphane Manenti
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France. .,Equipe labellisée La Ligue contre le Cancer 2016, Toulouse, France.
| | - Sarah Bertoli
- Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), INSERM U1037, CNRS ERL5294, University of Toulouse, Toulouse, France. .,Equipe labellisée La Ligue contre le Cancer 2016, Toulouse, France. .,Université Toulouse III Paul Sabatier, Toulouse, France. .,Service d'hématologie, Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole (IUCT-O), Toulouse, France.
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Hosseini M, Rezvani HR, Aroua N, Bosc C, Farge T, Saland E, Guyonnet-Dupérat V, Zaghdoudi S, Jarrou L, Larrue C, Sabatier M, Mouchel PL, Gotanègre M, Piechaczyk M, Bossis G, Récher C, Sarry JE. Targeting Myeloperoxidase Disrupts Mitochondrial Redox Balance and Overcomes Cytarabine Resistance in Human Acute Myeloid Leukemia. Cancer Res 2019; 79:5191-5203. [PMID: 31358527 DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-0515] [Citation(s) in RCA: 31] [Impact Index Per Article: 6.2] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/15/2019] [Revised: 05/29/2019] [Accepted: 07/19/2019] [Indexed: 11/16/2022]
Abstract
Chemotherapies alter cellular redox balance and reactive oxygen species (ROS) content. Recent studies have reported that chemoresistant cells have an increased oxidative state in hematologic malignancies. In this study, we demonstrated that chemoresistant acute myeloid leukemia (AML) cells had a lower level of mitochondrial and cytosolic ROS in response to cytarabine (AraC) and overexpressed myeloperoxidase (MPO), a heme protein that converts hydrogen peroxide to hypochlorous acid (HOCl), compared with sensitive AML cells. High MPO-expressing AML cells were less sensitive to AraC in vitro and in vivo. They also produced higher levels of HOCl and exhibited an increased rate of mitochondrial oxygen consumption when compared with low MPO-expressing AML cells. Targeting MPO expression or enzyme activity sensitized AML cells to AraC treatment by triggering oxidative damage and sustaining oxidative stress, particularly in high MPO-expressing AML cells. This sensitization stemmed from mitochondrial superoxide accumulation, which impaired oxidative phosphorylation and cellular energetic balance, driving apoptotic death and selective eradication of chemoresistant AML cells in vitro and in vivo. Altogether, this study uncovers a noncanonical function of MPO enzyme in maintaining redox balance and mitochondrial energetic metabolism, therefore affecting downstream pathways involved in AML chemoresistance. SIGNIFICANCE: These findings demonstrate the role of myeloperoxidase in the regulation of ROS levels and sensitivity of AML cells to cytarabine, an essential chemotherapeutic backbone in the therapy of AML.
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Affiliation(s)
- Mohsen Hosseini
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Hamid Reza Rezvani
- INSERM U1035, Bordeaux, France.,Université de Bordeaux, Bordeaux, France
| | - Nesrine Aroua
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Claudie Bosc
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | | | - Sonia Zaghdoudi
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Latifa Jarrou
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Clément Larrue
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Pierre Luc Mouchel
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Mathilde Gotanègre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France
| | - Marc Piechaczyk
- Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, University of Montpellier, CNRS, Equipe Labellisée LIGUE, Montpellier, France
| | - Guillaume Bossis
- Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, University of Montpellier, CNRS, Equipe Labellisée LIGUE, Montpellier, France
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France.,University of Toulouse, Toulouse, France.,Service d'Hématologie, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse-Oncopole, CHU de Toulouse, Toulouse, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, UMR1037, Inserm, Equipe Labellisée LIGUE 2018, Toulouse, France. .,University of Toulouse, Toulouse, France
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