T-ALL: From thymic block of maturation to

targeted therapy

Vahid AsnafiLaboratoire d’oncohematologie

Hôpital Necker-Enfants Malades

DESC 10/04/2019

Proliférations malignes, clonales ou oligo-clonales, développées à partir de précurseurs lymphoïdes T avec blocage du processus de maturation.

LAL-T

Early human lymphoid development

?

?

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

TCRd

La recombination V(D)J et ontogénie thymique

ETP DN1

ETP Pro-T

CD7

CD

34

Gated on CD3-, CD4-, CD8-, CD1a-

CD5C

D7

CD13 CD117 CD123

Gated on CD3-, CD4-, CD8-, CD1a-, CD34+

HLA-DR

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

Db-Jb Vb-DJb

TCRd

TCRb

b selection

La recombination V(D)J et ontogénie thymique

ETP DN1 DN2/3 DN3

Pre-TCR

ETP Pro-T Pré-T ISP

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

Db-Jb Vb-DJb

TCRd

TCRb

TCRa

b selection

La recombination V(D)J et ontogénie thymique

Va-Ja

ETP DN1 DN2/3 DN3 DN4 / DP

Pre-TCR

ETP Pro-T Pré-T ISP ISP/DP

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

Db-Jb Vb-DJb

TCRd

TCRb

TCRa

b selection

La recombination V(D)J et ontogénie thymique

Va-Ja

ETP DN1 DN2/3 DN3 DN4 / DP SP

selection +/-

Pre-TCR

ETP Pro-T Pré-T ISP ISP/DP SP

sCD3/TCR

cTCRb

b selection

ETP Pro-T Pré-T ISP ISP/DP SP

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

Db-Jb Vb-DJb

TCRd

TCRb

TCRg

sCD3/TCR

cTCRb

b selection

ETP Pro-T Pré-T ISP ISP/DP SP

Dd-Dd Dd-Jd Vd-DJd

Db-Jb Vb-DJb

TCRd

TCRb

TCRg

IM (sCD3 - cTCRb -)

IM0 IMd IMg IMb Pre-ab (sCD3- cTCRb +) sCD3/TCR+

T-ALL and thymic maturation

b selection

ontogénie thymique et LAL-T

selection +/-

Pre-TCR

Ferrando et al. Cancer Cell 2002 Soulier et al. Blood 2005Asnafi et al. Blood 2003, 2004

Oncogenèse LAL-T : multi-étape

ACUTE TUMOR

Pre-clinical phase

Oncogene « passenger » « causative »

« negative »

Oncogenèse LAL-T : multi-étape

Deux grands types d’anomalies:

- Etroitement corrélées à un stade d’arrêt de maturation:mutuellement exclusives et probablement « fondatrices »

ACUTE TUMOR

Pre-clinical phase

Oncogene « passenger » « causative »

« negative »

CSH CLP Pro-T Pre-T1 CD4 ISP DP DP(Pre-T2) TCRdim TCRfort

cTCRb

SP CD4+

SP CD8+

b sélection Sélectionpos / neg

Pré-TCRTCR

TCRd/g

TCRb

TCRa

Immature pre-ab TCR+

Ad : 40%

Ped: 15%Ad: 35%

Ped: 35%Ad: 25%

Ped: 50%Incidence

CALM-AF10*

MLL*

TLX1

TLX3TAL1

génotype

Oncogenèse LAL-T : blocage de maturation

Ferrando et al.Cancer Cell 2002

Soulier et al.Blood 2005

TLX1 et TLX3 appartiennent à la famille des facteurs de transcription à Homéodomaine

Constat:

100% des LAL-T avec surexpression de TLX1 ou de TLX3 ont un réarrangement V(D)J du TCRb

Le stade d’arrêt de maturation est cortical et pas d’expression du TCRab

Question:TLX et locus TCRa?

Les protéines TLX1/3 via ETS1 inhibent l’enhanceosome Alpha

Hijacking T cell differentiation: new insights in TLX function in T-ALL.Cancer Cell. 2012 Apr 17;21(4):453-5.

Novel insights on TLX1 function in T-ALL pave the way towards differentiation therapy.Haematologica. 2012 Jun;97(6):795

TCRab

ETS1AML1

LEF1

Enhancer a core

Maturation arrest

TLX

TLX-addictedLeukemia

Maturation rescue

Death

Sh-TLX

Dadi, Le Noir et alCancer Cell April 2012

Lentivirus infection

• Ces anomalies de « type 1 » sont individuellement trop rares avec un impact insuffisamment fort pour une stratification dans un cadre protocolaire.

• Pronostic sans doute protocole dépendant

• A l’échelle individuelle et dans des situations de décision thérapeutique difficile, leur intérêt persiste.

• Outils de « diff therapy »??

Oncogenèse LAL-T : multi-étape

Deux grands types d’anomalies:

- Etroitement corrélées à un stade d’arrêt de maturation:mutuellement exclusives et probablement « fondatrices »

- Non corrélées à un stade précis de maturation:redondantes et correspondant à des lésions « avantage prolifération/survie» (>30!!)

ACUTE TUMOR

Pre-clinical phase

Oncogene « passenger » « causative »

« negative »

Anomalies de type 2 LAL-T: près d’une centaine!!

Anomalies de type 2 LAL-T: près d’une centaine!!

Quel intérêt en pratique???

Plutôt qu’un indigeste catalogueUne pièce en trois actes!

• 1- les espoirs déçus de l’oncogénétique….

• 2- Arrivée en force de la MRD

• 3- Retour en grâce de l’oncogénétique!!

Plutôt qu’un indigeste catalogueUne pièce en trois actes!

• 1- les espoirs déçus de l’oncogénétique….

• 2- Arrivée en force de la MRD

• 3- Retour en grâce de l’oncogénétique!!

La biologie de la leucémie avant l’ère du séquençage

FISH

PCR

Cytologie

conventionnelle

Cytométrie en Flux

Immunocytochimie

PCR/RT-PCR

Caryotype conventionnel

Peinture chromosomique

FISH

Cellule

Chromosome

DNA

Protéine

Types d’anomalies observées

Gène A

Gène B

Lésion génomique

Conséquence

fonctionnelle

Somatic genetic abnormalities in T-ALL in 2005

– 10-15 % SIL-TAL1

– 5 % TLX1

– 25% TLX3

– 5-10 % CALM-AF10

– 5-10 % MLL

– ≈ 40% ?

Children

– 10 % SIL-TAL1

– 15 % TLX1

– 10 % TLX3

– 10 % CALM-AF10

– 5-10% MLL

– 50% ?

10% T-ALL 25% T-ALL

Adult

Somatic genetic abnormalities in T-ALL in 2005

– 10-15 % SIL-TAL1

– 5 % TLX1

– 25% TLX3

– 5-10 % CALM-AF10

– 5-10 % MLL

– ≈ 40% ?

Children

– 10 % SIL-TAL1

– 15 % TLX1

– 10 % TLX3

– 10 % CALM-AF10

– 5-10% MLL

– 50% ?

10% T-ALL 25% T-ALL

Adult

Aucune anomalie stratifiante!

Plutôt qu’un indigeste catalogue

Une pièce en trois actes!

• 1- les espoirs déçus de l’oncogénétique….

• 2- Arrivée en force de la MRD

• 3- Retour en grâce de l’oncogénétique!!

Traitement des LAL – Adapté au risque

Induction

Consolidation

Intensification retardée n°1

Consolidation/Interphase

Entretien (2 ans)

Préphase de CTC

Prophylaxie neuroméningée

Corticosensibilité

Chimiosensibilité

RC + MRD

MRD

Intensification retardée n°2

MRD

MRD

Préphase

Conditionnement atténué

L-AsparaginaseAugmentation des doses de MTX, VCR

Maintien de la dose-intensitéFortes doses de MTX

Thérapies ciblées

Intensification

Relapse-free survival of the three MRD-based risk groups of children

treated for ALL according to protocols of the International BFM Study

Group. The three risk groups were defined by combined MRD information

at the end of induction treatment and before consolidation treatment

ASH Education Book January 1, 2002 vol. 2002

Plutôt qu’un indigeste catalogue

Une pièce en trois actes!

• 1- les espoirs déçus de l’oncogénétique….

• 2- Arrivée en force de la MRD

• 3- Retour en grâce de l’oncogénétique!!

La biologie de la leucémie après l’ère du séquençage

FISH

PCR

Cytologie

conventionnelle

Séquençage

Séquençage haut débit

Caryotype conventionnel

Peinture chromosomique

FISH

CGH Array / SNP Array

Cellule

Chromosome

DNA

RNA / miRNA

RQ-PCR

DNA-Chip

mi-RNA

Chip

Genome-wide analysis of genetic alterations in acute lymphoblastic leukaemia (SNP array)

Deletions > amplifications40% B-ALL: altérations de gènes impliqués dans différenciation B: EBF1, PAX5, IKAROS

Nature; 2007

Pui CH et al. Blood 2012; Okamoto et al. Haematologica 2010

Anomalies de type 2 LAL-T

Ferrand et al JCI 2012

Notch1

• Chromosome 9 q34.3

- Exon 26 et 27 :

• Domaine d’hétérodimérisation (HD)

- Exon 34 :

Domaine PEST & TAD

• Domaine HD : Activation du récepteur

• Domaine PEST : Régulation négative de la signalisation Notch1

FBXW7 : Composant de l’E3 ubiquitine ligase,

liaison au domaine PEST de NOTCH1 pour

ubiquitination et dégradation par la voie du

protéasome

Physiologie de la voie NOTCH1

En pathologie lymphoblastique T (<2004):

• t(7;9) met NOTCH1 sous le contrôle transcriptionnel du locus du TCRβ et donne

une expression dérégulée de NIC1 (<1% LAL-T)

• Modèles murins: surexpression de NIC1 donne 100% de LAL-T

• Inhibition par les GSI du cycle cellulaire de cellules ne présentant pas de t(7;9)

NOTCH1 et LAL-T

Weng et al Science 2004: (96 cas de LAL-T <20 ans)

~50% de Mutations dans les domaines HD et PEST

Augmentation de l’activité Notch1

Mutation de NOTCH1 : domaine HD et domaine PEST

Nature 447, 966-971 (21 July 2007) & JEM Août 2007

•Mutation Exon 9 : G423V, R465C/H

•Mutation Exon 10 : R479L/Q, R505C, D527G

•Mutation Exon 12 : R689W (Cancer research Juin 2007, Mayukova et al)

Mutations de FBXW7 et LAL-T (2007)

3-Prognostic value of NOTCH1 and FBXW7 mutations within the adult LALA-94 and GRAALL-2003 therapeutic protocols

NOTCH1 WT vs NOTCH1mutated

NOTCH1/FBXW7 WT vs NOTCH1/FBXW7 mutated

0.0

00.2

00.4

00.6

00.8

01.0

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rob

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ilit

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iva

l

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1 = WT

NOTCH1 = Mutated

EFS

P=0.03

0.0

00.2

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NOTCH1 = WT

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OS

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NOTCH1 = WT

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EFS

P=0.03

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NOTCH1 = WT

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OS

P=0.03

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

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NOTCH1/FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

EFS

P=0.01

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OS

P=0.0035

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NOTCH1/FBXW7 = WT

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OS

P=0.0035

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NOTCH1FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

OS

P=0.0035

141 cas (LALA94 et 54 patients GRAALL03)

Asnafi et al., Blood, 2009: 141 cas (LALA94 et 54 patients GRAALL03)3-Prognostic value of NOTCH1 and FBXW7 mutations within the adult LALA-94 and GRAALL-2003 therapeutic protocols

NOTCH1 WT vs NOTCH1mutated

NOTCH1/FBXW7 WT vs NOTCH1/FBXW7 mutated

0.0

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NOTCH1 = WT

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NOTCH1 = WT

NOTCH1 = Mutated

OS

P=0.03

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NOTCH1 = WT

NOTCH1 = Mutated

EFS

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1 = WT

NOTCH1 = Mutated

OS

P=0.03

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1/FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

EFS

P=0.01

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

OS

P=0.0035

0.0

00.2

00.4

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1/FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

EFS

P=0.01

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NOTCH1/FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

EFS

P=0.01

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00.2

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00.6

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NOTCH1FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

OS

P=0.0035

0.0

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00.6

00.8

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0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

months

NOTCH1FBXW7 = WT

NOTCH1/FBXW7 = Mutated

OS

P=0.0035

• 212 patients GRAALL (59 GRAALL03 et 153 GRAALL05) analysés

• 69% (143/212) de mutations NOTCH1 et FBXW7

• 212 patients GRAALL (59 GRAALL03 et 153 GRAALL05) analysés

• 69% (143/212) de mutations NOTCH1 et FBXW7

Trends in Immunology, sept 2011

Voie NOTCH

– 40 patients « altérés » (22.9%) en RAS et PTEN

• 20 mutations de RAS

• 21 PTEN altérés (CGH, mutation exon7, dosage allélique)

• Mutuellement exclusives

Association N/F et RAS/PTEN

50%

Trinquand et al JCO 2013

50%

MRD

Beldjord et al blood 2014

New T-ALL risk subsets

40% des « high-risk » ne rechutent pas

Il serait souhaitable d’identifier ces malades pour les remettre dans les standard.

Nouveaux marqueurs moléculaires??

Anomalies de type 2 LAL-T: près d’une centaine!!

Quel intérêt en pratique: Thérapie ciblée??

Anomalies de type 2 LAL-T: près d’une centaine!!

Beaucoup sont de potentielles cibles thérapeutiques:

Notch1

IL7R

JAK/STAT

PI3K/AKT

CK2

NF-Kb

ABL1

TGFb

Hedgehog

Wnt

Epigenetic regulators (UTX, EZH2/SUZ12…)

….

Schematic representation of the signaling pathways that are active in T-ALLAdapted from Barata J. Lab. cellular signaling 38 (2017) 10-25

I/ Cibler le « inside »

Cibler le « Inside »

Voie IL7/JAK/STAT dans le compartiment T

• Fonction développementale

– Essentielle pour la thymopoïèse physiologique

(perte de fonction → SCID)

– Expression séquentielle de l’IL-7R en fonction

du stade de maturation

• Altération de la voie IL-7R dans les

LAL-T

– Anomalies fréquentes (30%)

– Enrichissement dans les ETP-ALL

• Mutations décrites

– Gain-de-fonction

– IL-7RA, JAK1, JAK3 et STAT5B

– Inhibiteurs pharmacologiques disponibles

DN

CD1a-

DN CD1a+

4ISP

DP CD3-

SP4

SP8

DP CD3+

CD127/IL7Ra expression

Tal et al., Cell. Mol. Life Sci.

2014

Cibler la voie IL7R/JAK/STAT: situation complexe!

• Signalisation en aval dépendante de la nature de la

mutation JAK3:

– Domaine non kinase: transduction du signal JAK1 dépendant (ex: M511I)

– Domaine kinase: transduction du signal JAK1 indépendant (ex: L857Q)

• Réponse aux inhibiteurs de JAK1/3 différentes selon

mutations (Degryse et al Blood 2014)

• Probable synergie d’association des inhibiteurs de JAK

avec des inhibiteurs MEK/BCL2 (Degryse et al Blood 2018)

Losdyck et al. J Biol Chem

2015

Chonghaile, Cancer Discovery 2014

Cibler oui…, mais tenir compte aussi du phénotype

+++Synergie association inhibiteurs BCL2 dans les formes immatures

II/ Cibler le « outside »?

Immunothérapie

CAR-T

Interactions niche-tumeur

Anti-CD38

Strong TCR activation mimics thymic

clonal deletion in TCR expressing T-ALL..

Cancer Discovery 2016

Anti-CD3 T-ALL immunotherapy?Ig

G-D

ay53

OK

T3-D

ay5

3

Ste

rnu

m

IgG OKT3

Day 31

Liv

er

• CAR T contre des Ag T

CAR T

Cibler la tumeur T sans déléter toutes les cellules T!

• Cibler les interaction cellules tumorales – Niche stromales.

L’axe le plus prometteur est sans doute l’axe CXCL12-CXCR4 dont l’inhibition

empêche la prolifération, la migration et la survie des blastes T par modulation de

c-myc (Pitt et al Cancer Cell 2015).

De plus cet axe est impliqué dans la migration et la survie des cellules initiatrices de la

leucémie via la voie Calcineurin/NFAT (Passaro et al Cancer Cell 2015)

Plutôt qu’un indigeste catalogue

Une pièce en trois actes!

• 1- les espoirs déçus de l’oncogénétique….

• 2- Arrivée en force de la MRD

• 3- Retour en grâce de l’oncogénétique!!

l’acte 3 continue ; traiter une LAL?

Changes in clonal architecture in ALL.

Dynamic somatic genetics without

Simple clonal hierarchy

Genetic variegation of clonal architecture and propagating cells in leukaemia

Nature: 469, 356–361:2011

Intraclonal heterogeneity at diagnosis in T-ALL

Conclusions et Perspectives

La définition des mécanismes moléculaires responsables du blocage de

maturation dans les LAL-T ouvre des perspectives de thérapie ciblée.

L’intégration au sein des groupes coopérateurs de traitement de LAL permet le

transfert rapide

La mise en place d’outils cellulaires ouvre des perspectives de thérapie ciblée

MERCI