hématopoïèse et oncogenèse dans la maladie de fanconi

contexte scientifique la maladie de fanconi est une affection génétique rare due à des mutations des gènes fanc de réparation de l’adn. les patients développent dans l’enfance une insuffisance médullaire pouvant nécessiter une allogreffe de moelle et ils présentent un risque majeur de myélodysplasie (mds) et de leucémie aiguë (aml). les mécanismes à l’origine de l’aplasie puis de la progression tumorale dans ce contexte d’insuffisance médullaire et d’instabilité génomique ne sont pas bien compris. a partir de nos résultats basés sur l’étude d’échantillons de patients, nous avons fait l’hypothèse que l’insuffisance médullaire pourrait débuter pendant la vie fœtale, au moment de l’expansion du pool de cellules souches hématopoïétiques, et s’aggraverait ensuite en raison d’un phénomène de vieillissement accéléré lié à l’accumulation de lésions de l’adn et de stress cellulaire dans les progéniteurs, aboutissant à leur extinction progressive. cet état favoriserait l’émergence de clones porteurs de remaniements chromosomiques acquis, ceux-ci conférant un avantage de survie mais aussi constituant des étapes de progression tumorale vers les mds et aml. descriptif du projet pour mieux comprendre ces mécanismes et mettre au point des tests de détection précoce de la progression tumorale chez les patients, ce projet translationnel prévoit de combiner : - des approches génomiques innovantes (dont de la séquence pan-exons et du deep-sequencing) sur une collection déjà constituée de cellules médullaires de patients fa à tous les stades évolutifs : aplasique, mds, et aml, afin de détecter les lésions somatiques associées à la progression tumorale. - l’hématopoïèse embryonnaire sera étudiée dans des modèles murins fancg-, - et fancg-, -tp53-, - par des techniques cellulaires et d’expression à large échelle, le but étant d’identifier le défaut cellulaire associé à la défaillance des progéniteurs faisant le lit de la progression tumorale. quelques échantillons prénataux disponibles permettront de valider les données chez l’homme. - des cribles par rna interférence seront mis en œuvre pour identifier les voies biologiques (de progression tumorale) permettant de surmonter la défaillance des cellules fanconi. - des modèles murins de transformation médullaires seront produits. - des tests génomiques de détection précoce de la progression tumorale seront développés (biomarqueurs génomiques et cellulaires) pour un transfert vers les patients. les équipes associées dans ce projet translationnel ont une forte complémentarité. l’équipe 1 est le laboratoire de diagnostic du centre de référence national des aplasies médullaires (hôpital saint-louis, paris). les cellules de la moelle d’une grande cohorte de patients à tous les stades de la maladie ont été caractérisées par caryotype, triées cd34+ et conservées à l’occasion des myélogrammes de surveillance annuels, ce qui permet des analyses longitudinales au cours de la progression tumorale. cette équipe et l’équipe 2 (chu lille) ont développé des outils génomiques innovants permettant des analyses à grande échelle et à haut débit. l’équipe 3 (université pierre et marie curie, paris) est spécialisée dans l’étude du développement hématopoïétique chez l’homme et la souris. l’équipe 4 (cea evry) est experte dans les cribles cellulaires par rna interférence à large échelle. l’équipe 5 (institut universitaire d’hématologie, paris) développe des analyses fonctionnelles et des modèles murins fanconi ainsi que des approches d’oncogenèse in vivo. résultats attendus les connaissances ainsi obtenues devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des étapes d’initiation et de progression tumorale chez les patients, de développer de nouveaux modèles expérimentaux pré-cliniques, et de concevoir des stratégies de suivi et de prédiction de la transformation afin d’ajuster les indications thérapeutiques. de plus, les mds et aml de la maladie de fanconi étant proches de celles observées dans la population générale chez les sujets âgés, ou des mds, aml secondaires compliquant un syndrome myéloprolifératif (post-mpn) ou survenant après chimiothérapies (t-mds, aml), les résultats obtenus chez ces patients jeunes atteints d’une prédisposition génétique au cancer devraient être instructifs pour de plus vastes populations de patients.

scientific context fanconi anemia (fa) is a rare genetic disease in which patients present progressive bone marrow failure (bmf) during childhood and a considerable predisposition to myelodysplasia (mds) and acute leukemia (aml). patient’s cells have genomic instability and excess of cellular stress, this state being related to a defect in the fa, brca dna repair pathway. whereas fa has been extensively studied at the genetic and basic levels, there is a lack of understanding of the pathophysiology regarding 1, the bone marrow failure mechanisms, and 2, the leukemic transformation towards mds, aml in this bmf and genomic instability background. this is largely due to practical difficulties for biological studies: rarity of the human disease, rarity of hematopoietic progenitor cells due to central aplasia, and lack of proper animal model since most fanc-, - mice do not develop an overt bmf. here we propose to analyze bone marrow samples at the different stages of progression (aplasia, mds, aml) from a large biobank from fa patients followed at saint-louis hospital, analyze fa-related hematopoiesis defects in human and mice fa fetus, develop models of transformation in fa, and identify effectors and biomarkers for transformation in order to transfer them back to patients. description of the project our working hypotheses are: - an excess of dna damage response in the hematopoietic progenitor cells due to unrepaired damage and of cell stress would lead to cell death and to the progressive appearance of the bmf in patients, this process probably beginning during the foetal life when the stem cells pool expands. - the bmf state in patients carries out a strong selective pressure on progenitor cells- in the background of genomic instability, multi-step genetic events occur and confer functional properties to the cells allowing survival but also contributing to transformation towards mds and overt aml. - prospective genomic profiling of the bm cells in patients using innovative technologies will enable the early detection of multi-step oncogenic events, informing the therapeutic decision especially considering allogenic bm transplantation. our main objectives are therefore : 1. to identify genomic lesions in the bm cells from fa patients throughout transformation. multiple genomic approaches including deep sequencing will be used in retrospective samples from fa patients with longitudinal bio-banking at several stages of the disease (aplasia, mds, aml). then, tools for early detection in patients will be developed, like high-troughput sequencing of a large set of fa oncogenes that will be further tranferred into clinic for patient monitoring. 2. to understand the cellular state that creates selective pressure on the bm cells and how transformation overrides the cellular fa defect. we will perform: - in depth study of the fetal hematopoiesis to identify functional defects in fa. a murine fancg-, - model with hematopoietic stem cell (hsc) defects is available in the coordinator’s team and will be analyzed. human foetal liver from prenatal diagnosis will also be analyzed to confirm the clinical significance for humans of the findings in mice. - functional screens using genome-wide rna interference to identify molecular actors and mechanisms allowing cell survival and proliferation in fa cells. read-outs will be survival in mmc and rescue of hsc clonogenic capacities. 3. to model leukemogenesis in fa using oncogene overexpression in a fancg-, - background and bm transplant. oncogenic models will be developed using controlled expression in the bm of fa oncogenes such as prdm16 and genes to be discovered through the genomic and shrna screens and from foetal studies. expected results the expected knowledge will not only increase our fundamental understanding of the bone marrow failure and leukemogenesis in fa, but will also improve patient monitoring, family counselling and help for therapeutic decisions by early detection of the genomic or functional abnormalities. importantly, the features found in fa such as genomic instability, excess of apoptosis and aging, are close from those seen in older, non-fa, patients from the general population. therefore we believe that this translational project has a strong relevance for non-fa patients with age-related mds, aml (with frequent monosomy 5 or 7, complex karyotype, and, or p53 deletion), post-myeloproliferative disorders (mpd), and therapy-related aml (t-aml).