compréhension des voies affectées par la perte d'ikaros dans les leucémies aiguës lymphoblastiques à précuseurs b

la leucémie aiguë lymphoblastique à précurseurs b (lal-b) affecte les enfants et les adultes. environ 50 % des patients adultes et 15 % des enfants ne survivent pas, soulignant la nécessité de nouvelles thérapies. le facteur de transcription ikaros est un suppresseur de tumeur majeur dans ces leucémies. ikzf1, qui code pour ikaros, est délété dans ~25% des lal-b, et notamment dans la majorité des cas présentant une activation de la voie jak-stat5, comme ceux exprimant l'oncoprotéine bcr-abl. les délétions d'ikzf1 conduisent à une haplo-insuffisance ou à la synthèse de protéines dominantes-négatives (dn), et indiquent un mauvais pronostic. malgré de nombreux travaux qui ont étudié le rôle normal d'ikaros dans les cellules b murines et la corrélation entre mutations d'ikaros et certains sous-types de lal-b, deux points centraux restent obscurs : (i) la fonction d'ikaros reste mal comprise au niveau fondamental au-delà de sa fixation à l'adn - (ii) il n'est pas compris comment les fonctions moléculaires d'ikaros sont impliquées dans son rôle suppresseur de tumeur dans les lal-b humaines. ces questions sont importantes si nous voulons manipuler la fonction d'ikaros ou les voies biologiques dépendant d'ikaros en clinique. avec le soutien de l'inca, nous avons caractérisé plusieurs fonctions d'ikaros potentiellement impliquées dans son rôle suppresseur de tumeur, identifié des cibles thérapeutiques dans un modèle murin et analysé les corrélations entre perte d'ikzf1 et paramètres cliniques dans les lal-b humaines. de façon spécifique, nous avons établi un rôle clé d'ikaros dans la différenciation des cellules pré-b, qui implique une répression du programme d'expression génique induit par l'interleukine 7, via l'inhibition de stat5. cette fonction est spécifique et ne peut pas être assurée par son homologue proche aiolos. par ailleurs, ikaros est requis pour l'extinction de l'expression de gènes exprimés dans les cellules souches hématopoïétiques (csh), via le recrutement du complexe polycomb prc2. dans un modèle murin, nous avons montré que l'haplo-insuffisance pour ikzf1 conduit à une accélération de la leucémogenèse b chez des souris transgéniques pour bcr-abl. les blastes leucémiques de ces souris surexpriment de nombreux gènes spécifiques des csh, et notamment ceux codant pour le récepteur de l'igf1 (igf1r) et frizzled 7 (fzd7). nous avons établi une fonction critique d'igf1r pour le maintien des leucémies ik+, -bcr-abl+, et montré une synergie entre son inhibition et celle de bcr-abl pour induire une rémission. enfin, nous avons trouvé que les différents types de mutations d'ikzf1 (dn, haplo-insuffisante) ont des fréquences relatives différentes dans différents sous-types de lal-b, suggérant que les voies dépendant d'ikaros pourraient varier en fonction du paysage génétique. notre hypothèse est qu'ikaros module l'activité de stat5 et de prc2 dans les cellules pré-b pour activer l'expression de gènes nécessaires à la différenciation b et éteindre l'expression des gènes des csh. dépendant du type de mutation, la perte de fonction d'ikaros aura des conséquences différentes sur le développement des lal-b. nous allons : 1. comprendre comment ikaros est activé et son rôle unique dans la différenciation pré-b. (a) déterminer comment l'activité d'ikaros est régulée en réponse à la signalisation du récepteur des cellules pré-b (rôle de la kinase syk et de la sumoylation). (b) déterminer pourquoi ikaros et aiolos ont des fonctions distinctes dans la différenciation b, en étudiant le rôle des séquences cibles spécifiques et en identifiant des gènes cibles critiques. (c) elucider le mécanisme par lequel ikaros inhibe la fonction de stat5. 2. evaluer les effets des mutations d'ikzf1 dans les cellules leucémiques et pré-leucémiques. (a) déterminer si l'activation de stat5 et, ou sa liaison à l'adn sont inhibées par ikaros, et si la perte d'ikaros conduit à une baisse de l'activité de prc2 et à l'expression ectopique des gènes des csh. (b) comprendre les différences entre les effets des mutations dn, nulles et haplo-insuffisantes dans différents contextes oncogéniques. 3. déterminer la valeur thérapeutique de l'inhibition d'igf1r et de fzd7 et identifier de nouvelles cibles pour la thérapie. (a) etudier la synergie entre inhibiteurs de bcr-abl et d'igf1r dans les lal-b humaines et murines, et déterminer l'impact du statut d'ikzf1 sur l'expression d'igf1r dans les lal-b humaines. (b) déterminer si fzd7 joue un rôle dans les leucémies et si sa neutralisation a un effet thérapeutique. (c) moduler l'activité d'ikaros dans les lal-b, et utiliser des approches à large échelle pour identifier de nouvelles voies dépendantes d'ikaros. ces études devraient conduire à élucider les mécanismes par lesquels ikaros contrôle la différenciation b, et connecter ceux-ci à sa fonction suppresseur de tumeur. elles devraient établir igf1r comme une cible thérapeutique, et identifier de nouvelles voies, facteurs cibles pour la thérapie.

b cell precursor-acute lymphoblastic leukemia (b-all) is a heterogeneous disease that affects children and adults. approximately 15% of pediatric and 50% of adult patients do not survive, highlighting a need for novel therapies. the ikzf1 gene, which encodes the ikaros transcription factor, is mutated across b-all subtypes, and is detected in >80% of b-alls expressing the bcr-abl oncoprotein. ikzf1 deletions result in haploinsufficiency or the synthesis of dominant negative (dn) ikaros proteins, and are predictive of poor prognosis. despite many studies documenting the physiological role of ikaros in murine b cells and the correlation of ikzf1 mutations with b-all subtypes in patients, two central points remain unclear. first, we still do not understand how ikaros functions at the mechanistic level beyond dna binding. second, we still do not know how its molecular functions apply to leukemic cells and the human system. this is important if we want to manipulate ikaros function or ikaros dependent pathways in clinical settings. with previous inca funding, we have made significant progress elucidating the molecular pathways affected by ikaros deficiency in normal and transformed murine b cells, identified clinically relevant ikaros targets in a mouse model, and revealed an unexpected complexity in the genetics of ikzf1 mutations in human b-all. specifically, we demonstrated an absolute requirement for ikaros in pre-b cell differentiation which includes attenuating the il-7 pathway through stat5 inhibition. this function is specific to ikaros, and cannot be rescued by its close homolog aiolos. further, ikaros may be required to silence hematopoietic stem cell (hsc) gene expression through recruitment of polycomb repressive complex 2 (prc2). we have modeled the tumor suppressor function of ikaros in bcr-abl tg mice and showed that ikzf1 haploinsufficiency leads to a striking acceleration of b-all development. leukemic blasts from these mice overexpress hsc specific genes, including those encoding insulin-like growth factor 1 receptor (igf1r) and frizzled 7 (fzd7). we established a critical function for igf1r in b-all cell expansion, and showed that pharmacological inhibition of igf1r synergizes with tyrosine kinase inhibitors to induce remission. finally, we found that the distribution of ikzf1 deletions (haploinsufficient vs dn) is highly skewed in human b-all and depends on the subtype, suggesting that ikaros dependent pathways may vary with the mutational landscape. we hypothesize that ikaros modulates stat5 and prc2 function in pre-b cells to activate the expression of b cell differentiation genes and repress the expression of hsc genes. depending on its mutation, ikaros deficiency will have different consequences for b-all development. specific aims: 1) understand how ikaros is activated and its unique role in pre-b cells. (a) determine how ikaros is induced following pre-b cell receptor signaling — role of the syk kinase, and protein sumoylation. (b) determine why ikaros and aiolos function differently in b cell differentiation — role of dna binding and ikaros specific target genes. (c) determine how ikaros antagonizes stat5 function at the molecular level in pre-b cells. 2) evaluate the effects of ikzf1 mutations on pre-leukemic and leukemic b-all cells. (a) determine if stat5 inhibition and prc2 recruitment are ikaros tumor suppressor mechanisms in pre-leukemic b cells. determine if ikaros deficiency in murine and human b-all cells results in ectopic hsc gene expression. (b) understand the functional difference between haploinsufficient, null and dn ikzf1 mutations on different oncogenic backgrounds. 3) determine the therapeutic value of igf1r and fzd7 inhibition in ikaros deficient b-all and identify novel targets for therapy. (a) evaluate the synergy between bcr-abl and igf1r inhibitors in murine and human ikaros deficient bcr-abl+ b-all. determine if igf1r expression correlates with ikzf1 status in human b-all. (b) determine if fzd7 plays a role in leukemia expansion, and whether fzd7 inhibition has therapeutic effects in murine and human b-all. (c) mine genome wide data in ikaros loss- and gain-of-function systems to identify novel ikaros dependent targets, pathways in b-all. these studies will elucidate the molecular mechanisms governing ikaros function in pre-b cells, and determine if the same mechanisms apply in b-all pathogenesis. they will reveal the therapeutic value of igf1r and fzd7 inhibition for murine and human b-all in pre-clinical trials. they will identify novel ikaros targets that can be exploited for therapy.