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Chemotherapy-resistant human acute myeloid leukemia cells are not enriched for leukemic stem cells but require oxidative metabolism
Authors :
François Vergez Marine Fraisse Nicolas Broin Thomas Farge Robin L. Perry Jean-Emmanuel Sarry Audrey Sarry Suzanne Tavitian Stéphanie Cassant-Sourdy Mayumi Sugita Laetitia K. Linares Jason S. Iacovoni Claudie Bosc Olivier Duchamp Gwenn Danet-Desnoyers Fabienne De Toni Sarah J. Scotland Y Barreira Pierre Hirsch Emmanuel Griessinger Estelle Saland Camille Montersino Rémy Castellano Héléna Boutzen Nizar Serhan Laurent Vallar Martin Carroll Christian Recher Moshen Hosseini Yves Collette Lara Gales François Delhommeau Marion David Marie-Laure Nicolau-Travers Jean-Charles Portais Nesrine Aroua Lucille Stuani Clément Larrue Tony Kaoma Tony Lionel Palama Mary A. 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Source :
Cancer Discovery, Cancer Discovery, American Association for Cancer Research, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.cd-16-0441⟩, Cancer Discovery, American Association for Cancer Research, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.CD-16-0441⟩, Cancer Discovery, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.cd-16-0441⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.
Abstract
Chemotherapy-resistant human acute myeloid leukemia (AML) cells are thought to be enriched in quiescent immature leukemic stem cells (LSC). To validate this hypothesis in vivo, we developed a clinically relevant chemotherapeutic approach treating patient-derived xenografts (PDX) with cytarabine (AraC). AraC residual AML cells are enriched in neither immature, quiescent cells nor LSCs. Strikingly, AraC-resistant preexisting and persisting cells displayed high levels of reactive oxygen species, showed increased mitochondrial mass, and retained active polarized mitochondria, consistent with a high oxidative phosphorylation (OXPHOS) status. AraC residual cells exhibited increased fatty-acid oxidation, upregulated CD36 expression, and a high OXPHOS gene signature predictive for treatment response in PDX and patients with AML. High OXPHOS but not low OXPHOS human AML cell lines were chemoresistant in vivo. Targeting mitochondrial protein synthesis, electron transfer, or fatty-acid oxidation induced an energetic shift toward low OXPHOS and markedly enhanced antileukemic effects of AraC. Together, this study demonstrates that essential mitochondrial functions contribute to AraC resistance in AML and are a robust hallmark of AraC sensitivity and a promising therapeutic avenue to treat AML residual disease. Significance: AraC-resistant AML cells exhibit metabolic features and gene signatures consistent with a high OXPHOS status. In these cells, targeting mitochondrial metabolism through the CD36–FAO–OXPHOS axis induces an energetic shift toward low OXPHOS and strongly enhanced antileukemic effects of AraC, offering a promising avenue to design new therapeutic strategies and fight AraC resistance in AML. Cancer Discov; 7(7); 716–35. ©2017 AACR. See related commentary by Schimmer, p. 670. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 653
Subjects
Subjects :
CD36 Antigens 0301 basic medicine Myeloid cancerologie Mitochondrion human health Oxidative Phosphorylation Mice pharmacotherapy 0302 clinical medicine protéine mitochondriale chimiothérapie leucemie Cytarabine leukemia Myeloid leukemia santé humaine Mitochondria 3. Good health Leukemia, Myeloid, Acute Leukemia medicine.anatomical_structure Biochemistry 030220 oncology & carcinogenesis oncologie oncology Neoplastic Stem Cells Stem cell medicine.drug [SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer Biology 03 medical and health sciences [SDV.CAN] Life Sciences [q-bio]/Cancer Downregulation and upregulation Cell Line, Tumor medicine Animals Humans Cell Lineage chimiothérapie, oncologie, cancerologie, approche thérapeutique, leucemie, protéine mitochondriale, santé humaine approche thérapeutique medicine.disease Xenograft Model Antitumor Assays carbohydrates (lipids) 030104 developmental biology Drug Resistance, Neoplasm Cell culture Cancer research pharmacotherapy, oncology, leukemia, human health [SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology
Details
Language :
English
ISSN :
21598290
Database :
OpenAIRE
Journal :
Cancer Discovery, Cancer Discovery, American Association for Cancer Research, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.cd-16-0441⟩, Cancer Discovery, American Association for Cancer Research, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.CD-16-0441⟩, Cancer Discovery, 2017, 7 (7), pp.716-735. ⟨10.1158/2159-8290.cd-16-0441⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....66c6cd90750845fe1c10175feb49744a