Vignette (© Inserm).

La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une tumeur maligne hématologique hétérogène aux niveaux biologique, moléculaire et clinique. La LAM est caractérisée par une amplification clonale et une perte de différenciation des précurseurs myéloïdes (les blastes) dans la moelle osseuse (MO) et le sang périphérique. Il s’agit d’une maladie dans laquelle plus de 50 % des patients sont âgés de plus de 65 ans. Des efforts considérables ont été déployés pour décrypter les aberrations génétiques associées à la leucémie, telles que les translocations et les inversions chromosomiques, ainsi que les multiples mutations somatiques acquises qui affectent des gènes ayant différentes fonctions. Ces identifications génétiques améliorent le pronostic de la maladie, mais le taux de survie des patients présentant une LAM, qui dépend largement de leur âge, reste faible en raison d’un manque de thérapie efficace [ 1 ].

La LAM a pour origine la transformation des cellules souches hématopoïétiques (CSH) de la MO. Les mutations primaires généralement acquises existent déjà dans le clone fondateur. Elles surviennent dans des gènes impliqués dans le processus épigénomique, tels que DNMT3A ( DNA methyl-transferase 3 α), ASXL1 ( additional sex combs like 1 ), TET2 ( ten-eleven-translocation 2 ), IDH1 et IDH2 (isocitrate déhydrogénases 1 et 2). Les mutations secondaires, impliquant NPM1 (nucléophosmine) ou des molécules de signalisation (par exemple, FLT3 [ FMS-like tyrosine kinase 3 ], ou la famille des gènes RAS), surviennent en revanche plus tardivement au cours de la leucémogenèse. Des aberrations génétiques différentes (dont c-Myc ou MYCC [ cellular Myelocytomatosis ]) ont conduit à subdiviser la LAM en classes distinctes, notamment la leucémie aiguë promyélocytaire (LAP) et la LAM liée au syndrome myélodysplasique [ 2 ].

Malgré les progrès remarquables de la recherche, la LAM reste une maladie difficile à guérir. En effet, dans une publication récente résumant treize années d’essais cliniques, Oliva et al. ont montré que les traitements de la LAM entraînent toujours une rechute pour une proportion importante de patients. Plus précisément, 46,8 % des patients traités par chimiothérapie d’induction présentent une rechute, ce taux passant à 29,4 % lorsque les patients ont reçu une greffe de cellules souches [ 3 ]. Il y a donc un intérêt à comprendre les mécanismes qui gouvernent ces résistances pour découvrir de nouveaux moyens de traiter cette maladie.

Il est admis que les ions calcium (Ca ²⁺ ) sont les principaux seconds messagers des cellules et jouent un rôle crucial dans leur destin et leur survie. L’homéostasie du Ca ²⁺ intracellulaire repose sur l’activité de divers canaux, pompes et échangeurs, qui maintiennent une concentration bien définie de calcium dans le cytoplasme et les organites cellulaires, tels que le réticulum endoplasmique (RE), les mitochondries, les lysosomes et le noyau [ 4 – 6 ]. L’activation transitoire ou soutenue de cette machinerie régule les changements dans la durée et les concentrations de calcium intracellulaire, gouvernant ainsi les processus physiologiques qui en dépendent.

Les altérations de la signalisation et de l’homéostasie du calcium affectent de nombreuses fonctions cellulaires et sont impliquées dans diverses maladies, dont le cancer. Il a ainsi été montré que ces altérations entraînent des processus cruciaux participant à la prolifération cellulaire incontrôlée et à la tumorigenèse. Ces processus comprennent la transcription des gènes, la régulation du cycle cellulaire, la prolifération, le métabolisme, l’apoptose, l’autophagie et la migration cellulaire. Ils peuvent en outre favoriser le développement de la résistance aux thérapies anticancéreuses [ 7 ].

Les altérations de la signalisation calcique ont été largement étudiées dans les cancers solides. Elles sont cependant beaucoup moins connues dans les hémopathies malignes, telles que la leucémie myéloïde, à quelques exceptions près, comme dans la leucémie myéloïde chronique (LMC) dans laquelle l’activité tyrosine kinase de BCR-ABL (produit du gène de fusion breakpoint cluster region-Abelson ) ¹ semble réguler l’homéostasie du calcium [ 8 ]. Dans les LAM, Kang et al. ont montré qu’une forte expression des CAMK, les protéines kinases dépendantes du Ca ²⁺ et de son « récepteur », la calmoduline, est associée à une faible probabilité de survie globale chez les patients et que l’inhibition de l’activité kinase de l’enzyme réduit le développement de la leucémie in vitro et in vivo [ 9 ]. De même, une forte expression de deux protéines de la famille S100 ( S100 calcium-binding protein ), S100A8 et S100A9, a été associée aux cellules de LAM se trouvant en contact avec des cellules stromales de la niche leucémique [ 10 ]. Leur dérégulation est d’ailleurs décrite comme un facteur de mauvais pronostic et entraîne une résistance accrue aux chimiothérapies. L’inhibition indirecte de leur expression, en agissant sur les voies de signalisation JAK/STAT3 ( Janus kinase / signal transducer and activator of translation 3 ), pourrait avoir un intérêt thérapeutique.

Bien que la signalisation calcique soit un facteur connu pour contribuer aux caractéristiques du cancer [ 11 ], peu d’essais cliniques ont porté sur des cibles calciques pertinentes. En effet, la plupart des études ont décrit l’impact sur les LAM de médicaments déjà utilisés pour d’autres maladies, tels que les inhibiteurs de VGCC ( voltage-gated calcium channels ) pour les maladies cardiovasculaires ou l’hypertension. Cela est parfaitement illustré par Chae et al. dans le cadre d’une étude rétrospective de 12 ans portant sur l’effet des inhibiteurs des canaux calciques [ 12 ], dans laquelle le seul effet rapporté est une survie globale plus faible pour les patients traités par des inhibiteurs de canaux calciques de type L, l’amlodipine ou le diltiazem. Ces observations montrent ainsi que des études spécifiques sont nécessaires afin d’identifier les canaux calciques et les voies de signalisation associées impliqués dans la LAM avant le développement d’un traitement efficace ciblant spécifiquement ces voies.

En tenant compte des connaissances actuelles sur les chimiothérapies dans les cellules leucémiques, notre objectif est ici de détailler les molécules thérapeutiques susceptibles d’affecter le calcium mitochondrial, les réserves calciques réticulaires et l’influx de calcium dans les cellules ( Figure 1 et Tableau I ).

Figure 1. Représentation schématique des principales molécules possédant un potentiel thérapeutique et ciblant les voies de signalisation calcique dans les cellules de LAM (voir Tableau 1 ). TRPM2 : transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 2 ; LAM : leucémie aiguë myéloïde ; ROS : espèces réactives de l’oxygène ; AURKA : Aurora kinase A ; PLSCR1 : phospholipid scramblase 1 ; IP3R1 : inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 ; P 2 X 7 R : P2X purinoceptor 7 ; SOC : store-operated channels ; STAT5 : signal transducer and activator of transcription 5 ; CREB : C-AMP response element-binding protein ; ATF4 : activating transcription factor 4 ; VGCC : voltage-gated calcium channels .

Figure 1. Représentation schématique des principales molécules possédant un potentiel thérapeutique et ciblant les voies de signalisation calcique dans les cellules de LAM (voir Tableau 1 ). TRPM2 : transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 2 ; LAM : leucémie aiguë myéloïde ; ROS : espèces réactives de l’oxygène ; AURKA : Aurora kinase A ; PLSCR1 : phospholipid scramblase 1 ; IP3R1 : inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 ; P 2 X 7 R : P2X purinoceptor 7 ; SOC : store-operated channels ; STAT5 : signal transducer and activator of transcription 5 ; CREB : C-AMP response element-binding protein ; ATF4 : activating transcription factor 4 ; VGCC : voltage-gated calcium channels .

Au cours des dernières années, certaines études ont commencé, en se concentrant sur l’impact de l’homéostasie calcique, à fournir des preuves du rôle de la signalisation calcique et du contexte génique initial sur la progression de la LAM. Un bon exemple de ces études est fourni par Chen et al . [ 13 ] qui ont montré que le canal TRPM2 ( transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 2 ), perméable au calcium, est surexprimé dans les cellules de patients présentant une LAM et dans les cellules de lignées cellulaires de LAM, par rapport aux précurseurs sains. Dans les cellules monocytaires humaines U937 dont le gène TRPM2 a été inactivé (cellules TRPM2 KO), ces auteurs ont de plus montré une diminution de la prolifération associée à une réduction significative de la fonction mitochondriale, marquée par une baisse des taux de consommation d’oxygène et de production d’ATP (adénosine triphosphate) et une augmentation des niveaux de ROS ( reactive oxygen species ). Dans ces cellules, les effets observés étaient accompagnés d’une diminution du potentiel de la membrane mitochondriale et de l’absorption du calcium mitochondrial, indiquant ainsi une modification profonde de l’homéostasie calcique en fonction du niveau d’expression du gène TRPM2 . Les auteurs ont également observé que les cellules TRPM2 KO étaient plus sensibles à la doxorubicine, une anthracycline utilisée en chimiothérapie, qui induit une forte augmentation de la production de ROS par les cellules. Dans ce modèle, l’effet de la délétion du gène TRPM2 était lié une altération des processus d’autophagie cellulaire, par la modulation de l’expression des facteurs de transcription CREB ( C-AMP response element-binding protein ) et ATF4 ( activating transcription factor 4 ). Cette étude montre ainsi que TRPM2 pourrait être une cible intéressante pour le traitement de la LAM. Cependant, il n’existe à l’heure actuelle aucun inhibiteur spécifique de ce canal, bien que le composé A23 ait récemment été proposé comme une nouvelle piste prometteuse pour le développement de futurs inhibiteurs de TRPM2 cliniquement pertinents [ 14 ].

Plusieurs études ont par ailleurs montré que, même sans cibler spécifiquement TRPM2, l’activité mitochondriale peut être affectée par des molécules qui sont utilisées pour le traitement des patients présentant une LAM. Un tel exemple a été fourni récemment par Wang et al . [ 15 ] qui ont développé un nouveau médicament, le AKI604, qui inhibe spécifiquement l’Aurora kinase A (AURKA). Les Aurora kinases sont connues pour être surexprimées dans plusieurs cancers, dont la LAM, où elles participent à la mitose et à la cytokinèse. Des inhibiteurs de kinases Aurora ont donc été développés. L’un d’entre eux, l’AZD1152, a été utilisé dans des études cliniques comme traitement potentiel pour les patients présentant une LAM, après qu’il ait été démontré qu’il diminuait la viabilité et la prolifération des cellules de LAM et induisait l’apoptose de ces cellules [ 16 – 17 ]. Dans leur étude, Wang et al. ont ainsi montré que l’AKI604 pouvait inverser l’effet de STAT5 ( signal transducer and activator of transcription 5 ) sur la prolifération des cellules leucémiques. Ce résultat est particulièrement pertinent puisque STAT5 est activé de manière aberrante dans les blastes des patients présentant une LAM [ 18 ], et pour entraîner une diminution de la sensibilité des cellules aux inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK) [ 19 ] et contrôler l’expression d’AURKA [ 20 ]. Le traitement par l’AKI604 a été associé à une altération de l’activité mitochondriale, à une perturbation du potentiel de la membrane mitochondriale et à une augmentation de la production de ROS. Ces effets ont également été liés à une augmentation de la concentration calcique cytoplasmique ([Ca ²⁺ ] _c ), mais l’étude n’a malheureusement pas apporté d’éléments supplémentaires permettant de comprendre l’origine et les conséquences de cette modification de l’homéostasie calcique. Dans un modèle de xénogreffe, le traitement par l’AKI604 a néanmoins diminué la croissance tumorale, prouvant ainsi son potentiel thérapeutique. Une autre étude récente a proposé une combinaison de trois molécules pour améliorer la survie des patients présentant une LAM, dont l’un (le pimozide) est un inhibiteur des canaux calciques voltage-dépendants. Bien qu’il ait été démontré que l’association de l’ABT-263, un mimétique du domaine BH3 (le domaine d’interaction BH3 de certains membres de la famille BCL-2 [ B-cell lymphoma-2 ]), de l’AZD 8055, un inhibiteur de mTOR ( mechanistic target of rapamycin ), et du pimozide, est efficace pour induire une mort cellulaire dans des lignées résistantes de LAM, et que cet effet implique la production de ROS et la perturbation de l’activité mitochondriale, aucun élément n’a été fourni concernant l’impact précis de l’homéostasie calcique sur cet effet synergique [ 21 ].

Plusieurs études ont montré un lien entre activité mitochondriale et chimiothérapies. Ces traitements peuvent toutefois cibler d’autres acteurs clés de la voie de signalisation du calcium, notamment les récepteurs de l’inositol 1,4,5 triphosphate (IP3R), dont l’activation entraînera la libération de calcium par le réticulum endoplasmique (RE), une augmentation de la concentration de calcium intracellulaire [Ca ²⁺ ] _c , et la stimulation de nombreuses voies de signalisation calciques. L’un de ces traitements, le wogonoside, un flavonoïde d’origine naturelle ayant des effets antiprolifératifs sur les cellules de LAM via l’activation de la phospholipide scramblase 1 (PLSCR1) a été étudié par Chen et al. [ 22 ]. Le wogonoside favorise en effet la translocation de la PLSCR1 dans le noyau, dans lequel la protéine se lie à la région promotrice du gène codant l’IP3R1, augmentant son expression. Chen et al. ont tenté de mieux comprendre le rôle de l’homéostasie calcique dans les effets du wogonoside. En utilisant des cellules primaires de LAM, ils ont identifié plusieurs cibles qui étaient modulées par le wogonoside et étaient liées à ses effets sur la prolifération et la différenciation cellulaires. Ils ont en effet constaté que les inhibiteurs 1 (p21Cip1) et 1B (p27Kip1) de la cycline-dépendante kinase étaient stimulés, et que c-Myc était inhibé. Avec le temps de traitement, le wogonoside augmente la [Ca ²⁺ ] _c , atteignant un pic à 72 heures. En utilisant le 2-APB, un inhibiteur des canaux calciques ciblant également les IP3R, en combinaison avec la suppression du calcium extracellulaire, ces auteurs ont montré que l’augmentation de la [Ca ²⁺ ] _c induite par le wogonoside, conduisant à la différenciation des cellules de LAM, était principalement due à la libération de calcium du RE via l’IP3R1 et non à l’influx de calcium à travers la membrane plasmique [ 23 ]. Shi et al. ont par ailleurs observé que l’IP3R2 était surexprimé dans les LAM cytogénétiquement normales et qu’il représentait un biomarqueur prédictif associé à un pronostic plus défavorable et à une survie globale réduite [ 24 ]. Ces observations apparemment contradictoires illustrent la nécessité de continuer à étudier les rôles de toutes les isoformes d’IP3R dans la LAM, et des voies de signalisation calcique associées, afin de mieux comprendre la progression de la maladie et la résistance de ce cancer aux chimiothérapies actuelles.

Certaines molécules proposées pour le traitement de la LAM augmentent la concentration intracellulaire de calcium ([Ca ²⁺ ] _c ) via leur effet direct sur des récepteurs membranaires ou sur des canaux calciques. C’est le cas de la 4-aminopyridine (4-AP), un inhibiteur des canaux potassiques voltage-dépendants couramment utilisé. L’application de 4-AP sur des cellules de lignées cellulaires de LAM permet d’inhiber ces canaux et d’induire l’apoptose des cellules. Cependant, Wang et al . ont démontré que l’effet proapoptotique de la 4-AP reposait principalement sur l’activation du récepteur purinergique P ₂ X ₇ ( P2X purinoceptor 7 ). En effet, le traitement des cellules par la 4-AP induit une entrée de calcium via ce récepteur ionotropique situé dans la membrane plasmique, conduisant à une augmentation de la [Ca ²⁺ ] _c et à l’induction de l’apoptose, un effet qui est abrogé dans les cellules de LAM traitées avec un siARN ciblant le récepteur P ₂ X ₇ [ 25 ]. Dans un travail similaire, Angka et al. ont identifié la nutraceutique glucopsychosine, un lipide dérivé du lait de vache, comme étant un composé anti-leucémique potentiel. La glucopsychosine induit une apoptose caspase-indépendante sélectivement dans les cellules de LAM, mais pas dans les cellules hématopoïétiques normales, en raison de l’activation de la calpaïne dans les cellules leucémiques. La calpaïne est activée par une augmentation de [Ca ²⁺ ] _c résultant de l’entrée de calcium par des canaux calciques qui n’ont pas été identifiés [ 26 ]. Le tipifarnib, un inhibiteur de la farnésyltransférase, est une autre molécule qui peut également induire l’apoptose des cellules de LAM en augmentant la concentration de [Ca ²⁺ ] _c sans perturber directement la signalisation calcique associée au RE ou à la mitochondrie. Cette augmentation de la [Ca ²⁺ ] _c est directement liée à l’activation de canaux calciques spécifiques, les canaux SOC ( store-operated channels ), qui représentent la principale voie d’entrée du calcium dans les cellules non excitables [ 27 ]. Dans cette étude, les outils pharmacologiques et les criblages par ARNm ont conduit les auteurs à proposer Orai3 (ORAI calcium release-activated calcium modulator 3 ) comme le principal canal impliqué dans les effets du tipifarnib. Cependant, une étude ultérieure a proposé Orai2 et Orai1 comme principaux composants des canaux SOC dans les cellules de LAM, illustrant à nouveau la nécessité de mieux caractériser les principales voies d’entrée du calcium dans ce modèle [ 28 ].

Dans certains cas, la modulation du calcium peut résulter de l’expression ectopique de protéines. Un exemple est celui donné par le récepteur olfactif OR51B5 ( olfactory receptor family 51 subfamily B member 5 ) qui est exprimé dans les cellules de LAM. Sa présence dans ces cellules entraîne une augmentation de la [Ca ²⁺ ] _c et une inhibition de la prolifération cellulaire. Des canaux calciques de type T et de type L seraient impliqués [ 29 ]. S’ils sont confirmés, ces derniers résultats pourraient conduire à envisager de nouvelles cibles pour des thérapies innovantes ciblant soit ce récepteur, soit les voies de signalisation qui lui sont associées.

L’une des principales voies de signalisation activées par l’entrée de calcium extracellulaire, ou l’augmentation des concentrations de calcium intracellulaire, est la voie calmoduline/calcineurine/NFAT ( nuclear factor of activated T cells ) (pour revue, voir [ 30 ]). Comme nous l’avons présenté, de nombreux médicaments proposés aux patients présentant une LAM induisent des variations importantes de la [Ca ²⁺ ] _c , ce qui devrait avoir un impact considérable sur cette voie de signalisation. Une étude récente de He et al . a montré que les chimiothérapies peuvent également avoir un impact direct sur cette voie de signalisation. Le lénalidomide, un médicament utilisé pour traiter le myélome multiple mais dont l’efficacité dans la LAM est modeste, présente une activité cytotoxique accrue sur les cellules de LAM lorsqu’il est associé à la cyclosporine, un inhibiteur bien connu de la calcineurine [ 31 ]. Ce résultat suggère qu’une combinaison de traitements incluant des modulateurs de la voie calmoduline/calcineurine/NFAT pourrait représenter un moyen d’améliorer l’efficacité des chimiothérapies actuellement utilisées pour traiter les patients présentant une LAM. Bien que séduisante, cette hypothèse reste cependant à confirmer avec d’autres médicaments déjà connus pour moduler la signalisation calcique de la LAM.

Une autre direction possible pour de futures recherches est l’utilisation de médicaments ciblant les canaux calciques exprimés à la fois par les cellules de LAM et par les cellules du microenvironnement tumoral. En effet, les cellules des différentes niches modulent directement le destin des cellules de la LAM, et peuvent favoriser sa progression vers des stades plus agressifs ainsi que sa survie face aux chimiothérapies. Borella et al. ont montré que la lercanidipine, un inhibiteur du canal calcique CaV1.2 ( calcium voltage-gated channel subunit alpha1 c ), peut diminuer la prolifération des cellules de la LAM et des cellules stromales mésenchymateuses. La combinaison de cet agent à double cibles avec l’agent chimiothérapeutique cytarabine, également appelée Ara-C ou cytosine arabinoside, réduit d’ailleurs de manière significative la croissance tumorale dans un modèle préclinique, cet effet de synergie étant beaucoup plus important que celui que l’on observe lorsque chaque molécule est appliquée séparément [ 32 ].

En conclusion, ces études soulignent le rôle critique de la signalisation calcique dans la LAM, et l’énorme potentiel d’une meilleure compréhension des voies dépendant du calcium lors de la conception de la prochaine génération de traitements ciblant non seulement les cellules de la LAM, mais aussi leur microenvironnement.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Ce travail a été soutenu par l'Inserm, le CNRS, le Contrat de Plan État-Région (CPER) 2015-2020, la Ligue contre le cancer (Septentrion), la Ligue nationale contre le cancer, la Fondation ARC, et l'Institut de Recherche sur le Cancer de Lille (IRCL). M-O.L. et C.L. sont co-financées par le Centre Hospitalier de Lille et la Région Hauts-de-France.