1. Isocitrate dehydrogenase 1 mutations prime the all-trans retinoic acid myeloid differentiation pathway in acute myeloid leukemia
- Author
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Sonia Zaghdoudi, Guangli Yang, Lara Gales, Mathilde Cathebas, François Vergez, Héléna Boutzen, François Delhommeau, Isabelle Jouanin, Marion David, Tony Kaoma, Ouathek Ouerfelli, Pierre Hirsch, Jean-Emmanuel Sarry, Lucille Stuani, Clément Larrue, Christophe Junot, Estelle Saland, Laurent Le Cam, Romain Riscal, Laetitia K. Linares, Jean-Charles Portais, Véronique De Mas-Mansat, Eric Delabesse, Laurent Vallar, Fabienne De Toni, Florence Castelli, Christian Recher, Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse (CRCT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service d'Hématologie [IUCT Toulouse], Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut Universitaire du Cancer de Toulouse - Oncopole (IUCT Oncopole - UMR 1037), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude du Métabolisme des Médicaments (LEMM), Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI), Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Luxembourg Institute of Health (LIH), Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier (IRCM - U1194 Inserm - UM), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), Organic Synthesis Core Facility [New York, NY, USA], Memorial Sloane Kettering Cancer Center [New York], Service d'hématologie clinique et de thérapie cellulaire [CHU Saint-Antoine], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-CHU Saint-Antoine [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU), Laboratoire de biologie clinique [Rouen], CHU Rouen, Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Centre de Lutte Contre le Cancer Henri Becquerel Normandie Rouen (CLCC Henri Becquerel), Service d'immunologie et hématologies biologiques [CHU Saint-Antoine], CHU Saint-Antoine [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU), Analyse de Xénobiotiques, Identification, Métabolisme (E20 Metatoul-AXIOM), ToxAlim (ToxAlim), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-MetaToul-MetaboHUB, Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de recherche en cancérologie de Montpellier (IRCM - U896 Inserm - UM1), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Montpellier 1 (UM1), Institut Universitaire du Cancer de Toulouse - Oncopole (IUCT Oncopole - UMR 1037), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), This work was supported by grants from the French government under the program 'Investissement d'avenir' Cancer Pharmacology of Toulouse-Oncopole and Region (ANR-11-PHUC-001) and the project MET AML (INCA-2012-105), from the Fondation Innabiosante/Toulouse Cancer Santé, the Fondation ARC, the Association Laurette Fugain under the program RES IST AML, and the Association G.A.E.L. H. Boutzen was supported by the Fondation pour la Recherche Médicale (FDT20140930983). F. de Toni had a fellowship from the Fondation de FranceWork at the Organic Synthesis Core is partially funded through National Cancer Institute Core grant P30 CA008748-48. MetaToul is supported by grants from the Région Midi-Pyrénées, the European Regional Development Fund, the SIC OVAL, the Infrastructures en Biologie Sante et Agronomie (France), the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and the Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)., ANR-11-PHUC-0001,CAPTOR,Cancer et Pharmacologie : Projet de Toulouse-Oncopole et de sa Région(2011), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Hématologie - IUCT-Oncopole [CHU Toulouse], Pôle Biologie [CHU Toulouse], Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse)-Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse)-Pôle IUCT [CHU Toulouse], Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU), MetaToul AXIOM (E20), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INP - PURPAN), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-MetaboHUB-MetaToul, MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Genomics Research Unit, Ctr Rech Publ Sante, Centre de Recherche Public de la Santé, Institut Régional du Cancer, Organic Synthesis Core Facility, Groupe de Recherche Clinique sur les Myéloproliférations Aiguës et Chroniques MYPAC, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), Pathologies biliaires, fibrose et cancer du foie (Inserm UMR_S 938), CHU Saint-Antoine [APHP]-Centre de Recherche Saint-Antoine (CR Saint-Antoine), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), French government under the program 'Investissement d'avenir' Cancer Pharmacology of Toulouse-Oncopole and Region [ANR-11-PHUC-001], project MET AML [INCA-2012-105], Fondation Innabiosante/Toulouse Cancer Sante, Fondation ARC, Association Laurette Fugain under the program RES IST AML, Association G.A.E.L., Fondation pour la Recherche Medicale [FDT20140930983], Fondation de FranceWork at the Organic Synthesis Core through National Cancer Institute [P30 CA008748-48], Region Midi-Pyrenee s, European Regional Development Fund, SIC OVAL, Infrastructures en Biologie Sante et Agronomie (France), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-CHU Saint-Antoine [APHP], CRLCC Henri Becquerel-Centre de Lutte Contre le Cancer Henri Becquerel Normandie Rouen (CLCC Henri Becquerel)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-CHU Rouen, Normandie Université (NU), Service d'immunologie et hématologies biologiques [Saint-Antoine], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-Sorbonne Université (SU)-CHU Saint-Antoine [APHP], Université Montpellier 1 (UM1)-CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), ANR-11-PHUC-0001/11-PHUC-0001,CAPTOR,Cancer et Pharmacologie : Projet de Toulouse-Oncopole et de sa Région(2011), Linares, Laetitia, Pôle hospitalier Universitaire Cancer (PHUC) - Cancer et Pharmacologie : Projet de Toulouse-Oncopole et de sa Région - - CAPTOR2011 - ANR-11-PHUC-0001 - PHUC - VALID, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-MetaboHUB-MetaToul, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
- Subjects
Male ,gene set enrichment analysis ,IDH ,0301 basic medicine ,Myeloid ,Abbreviations used: 2-HG ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Mutant ,Retinoic acid ,gene set enrich ,Mice ,chemistry.chemical_compound ,0302 clinical medicine ,NBT ,AML ,hemic and lymphatic diseases ,retinoic acid ,Immunology and Allergy ,L-CFU ,promyelocytic leukemia ,ATRA ,promyelocytic l ,Research Articles ,transcription factor ,all-trans RA ,BCL ,Myeloid leukemia ,Cell Differentiation ,Isocitrate Dehydrogenase ,Neoplasm Proteins ,quantitative Ch ,3. Good health ,chromatin immun ,Leukemia, Myeloid, Acute ,qPCR ,Leukemia ,Haematopoiesis ,qChIP ,medicine.anatomical_structure ,Isocitrate dehydrogenase ,030220 oncology & carcinogenesis ,Female ,2-hydroxyglutar ,TF ,liquid chromato ,α-KG ,quantitative ChIP ,IDH1 ,Cell Survival ,Immunology ,Mutation, Missense ,ChIP ,Mice, Nude ,2-hydroxyglutarate ,HL-60 Cells ,Tretinoin ,[SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer ,chromatin immunoprecipitation ,acute myeloid leukemia ,Biology ,03 medical and health sciences ,[SDV.CAN] Life Sciences [q-bio]/Cancer ,nitrotetrazolium blue ,quantitative PC ,medicine ,Animals ,Humans ,isocitrate de- ,neoplasms ,liquid chromatography-mass spectrometry ,GSEA ,nitrotetrazoliu ,PML ,Brief Definitive Report ,LC/MS ,transcription f ,acute PML ,medicine.disease ,Xenograft Model Antitumor Assays ,B cell lymphoma ,APL ,α-ketoglutarate ,030104 developmental biology ,Amino Acid Substitution ,chemistry ,isocitrate de- hydrogenase ,quantitative PCR ,CCAAT-Enhancer-Binding Proteins ,Cancer research ,acute myeloid l ,leukemic CFU ,Blast Crisis ,Abbreviations u ,RA ,Granulocytes - Abstract
Boutzen et al. show that the IDH1 mutation and its oncometabolite, (R)-2-hydroxyglutarate, dysregulate downstream target pathways of myeloid-specific TFs, especially CEBPα, priming mutant IDH1-R132H AML blasts to the granulomonocytic lineage., Acute myeloid leukemia (AML) is characterized by the accumulation of malignant blasts with impaired differentiation programs caused by recurrent mutations, such as the isocitrate dehydrogenase (IDH) mutations found in 15% of AML patients. These mutations result in the production of the oncometabolite (R)-2-hydroxyglutarate (2-HG), leading to a hypermethylation phenotype that dysregulates hematopoietic differentiation. In this study, we identified mutant R132H IDH1-specific gene signatures regulated by key transcription factors, particularly CEBPα, involved in myeloid differentiation and retinoid responsiveness. We show that treatment with all-trans retinoic acid (ATRA) at clinically achievable doses markedly enhanced terminal granulocytic differentiation in AML cell lines, primary patient samples, and a xenograft mouse model carrying mutant IDH1. Moreover, treatment with a cell-permeable form of 2-HG sensitized wild-type IDH1 AML cells to ATRA-induced myeloid differentiation, whereas inhibition of 2-HG production significantly reduced ATRA effects in mutant IDH1 cells. ATRA treatment specifically decreased cell viability and induced apoptosis of mutant IDH1 blasts in vitro. ATRA also reduced tumor burden of mutant IDH1 AML cells xenografted in NOD–Scid–IL2rγnull mice and markedly increased overall survival, revealing a potent antileukemic effect of ATRA in the presence of IDH1 mutation. This therapeutic strategy holds promise for this AML patient subgroup in future clinical studies.
- Published
- 2016