Thèse Impact des Mutations Idh et des Effets du 2-Hg sur la Niche Médullaire dans les Leucémies Aiguës Myéloïdes H/F - 69

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1
École doctorale : CanBioS - Cancérologie, Biologie, Santé de Lyon
Laboratoire de recherche : CRCL - CENTRE DE RECHERCHE EN CANCÉROLOGIE DE LYON
Direction de la thèse : Sylvain LEFORT ORCID 0000000173204256
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) ont un pronostic défavorable, en grande partie en raison de résistances thérapeutiques. Parmi les altérations génétiques, les mutations d'IDH1 et IDH2 concernent ~20% des patients. Bien que souvent considérées comme équivalentes du fait de leur capacité commune à produire le 2hydroxyglutarate (2HG), plusieurs éléments indiquent qu'elles exercent des effets biologiques distincts, liés notamment à la localisation cytosolique d'IDH1 versus mitochondriale d'IDH2, ainsi qu'à des différences cliniques entre patients.
Ces divergences pourraient non seulement modifier le comportement intrinsèque des cellules leucémiques, mais aussi remodeler leur microenvironnement, la niche médullaire, composée de cellules stromales mésenchymateuses (CSM), de cellules immunitaires et de la matrice extracellulaire (MEC). Cette niche, essentielle à la régulation des progéniteurs hématopoïétiques joue un rôle central dans l'initiation, la progression et la résistance thérapeutique des LAM.
Par ailleurs, les inhibiteurs d'IDH, malgré une réduction efficace du 2HG, montrent une efficacité clinique limitée, suggérant l'existence de mécanismes indépendants du 2HG, et potentiellement médiés par la niche. Comprendre comment chaque mutation d'IDH perturbe cet écosystème est donc essentiel pour expliquer l'hétérogénéité clinique et identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant à la fois les cellules leucémiques et leur niche.
Nos résultats préliminaires, obtenus à partir de modèles murins, montrent que les mutations IDH1 et IDH2 induisent des programmes transcriptionnels distincts dans les progéniteurs hématopoïétiques, malgré des niveaux similaires de 2HG, avec une altération marquée des gènes liés au remodelage de la MEC. Par ailleurs, les CSM de donneurs sains exposées au 2HG modifient leur sécrétion matricielle, entraînant une adhérence accrue des monocytes. Les analyses préliminaires de singlecell RNAseq de patients révèlent également des différences spécifiques d'isoforme dans les compartiments stromal, immunitaire et hématopoïétique, avec notamment un potentiel biais dans les monocytes, renforçant l'idée que les mutations IDH participent à une reprogrammation de la niche médullaire. Ainsi, nous posons l'hypothèse que les mutations IDH1 et IDH2 remodèlent différemment la niche médullaire via des mécanismes dépendants et indépendants du 2HG, influençant la progression leucémique et la réponse aux inhibiteurs d'IDH.
Ce projet de thèse s'articulera autour de trois axes visant à comparer les effets spécifiques des mutations IDH1 et IDH2 sur les interactions entre cellules leucémiques, CSM et monocytes, ainsi que sur la structure et les fonctions de la niche médullaire. Le premier axe reposera sur des analyses single cell d'échantillons de patients pour cartographier les altérations propres à chaque isoforme dans les compartiments hématopoïétique, stromal et immunitaire. Le deuxième axe distinguera les effets dépendants et indépendants du 2 HG, en utilisant des cultures 2D et notre modèle humain 3D de niche médullaire. Le troisième axe évaluera l'impact de ces remodelages sur la sensibilité et les mécanismes de résistance aux inhibiteurs d'IDH.
La réalisation de ce projet, combinant modèle 3D innovant et échantillons de patients, permettra de révéler (i) un remodelage de la niche induit par les différentes mutations IDH ; (ii) des voies spécifiques, indépendantes du 2 HG, guidant la progression leucémique ; (iii) des vulnérabilités de la niche ciblables pour améliorer l'efficacité des inhibiteurs d'IDH. Ce travail révélera ainsi des vulnérabilités spécifiques de la niche dans les contextes IDH mutés, susceptibles d'être exploitées pour renforcer la réponse aux inhibiteurs d'IDH, affiner la stratification des patients selon l'isoforme mutée et orienter des combinaisons thérapeutiques plus rationnelles - ouvrant de nouvelles perspectives pour les néoplasies myéloïdes IDH mutées.

Malgré les progrès récents, la survie des patients atteints de leucémie aiguë myéloïde (LAM) reste faible, notamment en raison d'une résistance fréquente aux traitements(1). La LAM se développe dans la moelle osseuse, où l'accumulation de cellules immatures perturbe l'hématopoïèse. Parmi les altérations majeures, les mutations IDH - notamment IDH1R132 et IDH2R140 - représentent ~20 % des cas(2). Contrairement à d'autres cancers, IDH1 et IDH2 y sont retrouvées à des fréquences similaires, avec une particularité notable : la mutation IDH2R140 est quasi spécifique aux LAM(3) (Figure 2A).
Physiologiquement, IDH1 et IDH2 sont des enzymes métaboliques clés, localisées respectivement dans le cytosol et la mitochondrie. Leurs mutations induisent la production de 2hydroxyglutarate (2HG)(4), un oncométabolite responsable d'un blocage de différenciation via une reprogrammation épigénétique(5) (Figure 2B). La localisation subcellulaire différente d'IDH1 (cytosolique) et d'IDH2 (mitochondriale) suggère que leurs mutations exercent des effets biologiques distincts, potentiellement indépendants du 2HG - une dualité propre au contexte myéloïde et encore largement inexplorée.
La progression de la LAM dépend également étroitement du microenvironnement médullaire(6), en particulier des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) et de la matrice extracellulaire (MEC). Un remodelage matriciel est observé dans la LAM(7), impliquant les cellules leucémiques, stromales et immunitaires. Parmi ces dernières, les monocytes, sont capables de modifier la MEC via la sécrétion de métalloprotéinases et de cytokines(8). Dans d'autres cancers IDH mutés, comme les gliomes, le niveau de 2 HG peut atteindre de fortes concentrations extracellulaires et perturber les enzymes du remodelage matriciel tout en favorisant un microenvironnement immunosuppresseur(9,10). Ces observations suggèrent que le 2 HG pourrait également remodeler la niche médullaire leucémique.
Les inhibiteurs d'IDH, utilisés pour les LAM en rechute, réduisent efficacement le 2 HG mais près de 60% des patients ne répondent pas(11), avec une sensibilité différente entre les mutations IDH1 et IDH2(12,13). Cela suggère des mécanismes de résistance indépendants du 2 HG et/ou dépendants de la niche.
L'impact des mutations IDH sur la MEC et les interactions cellulaires au sein de la moelle osseuse demeurent largement méconnus, constituant une zone d'ombre majeure - et une source potentielle de nouvelles vulnérabilités thérapeutiques à exploiter.
Ce projet prolonge les travaux réalisés à partir des modèles murins Idh1R132 et Idh2R140, qui développent une pathologie myéloïde(14), et pour lesquels nous observons des signatures transcriptomiques distinctes dans les progéniteurs hématopoïétiques, malgré des niveaux similaires de 2 HG (Figure 3A). Ainsi, parmi les gènes les plus différenciés entre IDH1 et IDH2, plusieurs sont liés à la MEC, tels que MMP9 et LOX (Figure 3B). Par ailleurs, l'exposition de CSM de donneurs sains au 2 HG entraîne une augmentation des collagènes I/III, tandis que la fibronectine n'augmente qu'à très forte concentration (Figures 3C et D), suggérant que les mutations IDH pourraient modifier la composition de la MEC. Cette matrice modifiée par le 2-HG semble également favoriser l'adhésion des monocytes (Figure 3E), ce qui pourrait influencer le contexte leucémique. Nous avons ensuite réalisé un single cell RNA seq sur cellules mononucléées (contenant progéniteurs hématopoïétiques et monocytes) et CSM appariées provenant d'échantillons de LAM IDH WT, IDH1 mutées et IDH2 mutées (Figure 4A). Si les cas mutés présentent une forte composante monocytique (Figure 4B), chaque patient révèle néanmoins des biais de différenciation spécifiques, suggérant des effets mutation dépendants sur les lignages. Les analyses en cours visent à identifier des voies dépendantes de la MEC cliniquement pertinentes dans les CSM dérivées de patients. Pour disséquer les interactions entre cellules hématopoïétiques et microenvironnement, notre équipe a développé un modèle 3D humain de niche médullaire : des lignées endothéliales et des CSM sont cultivées sur des billes de phosphate de calcium, formant une structure 3D dans laquelle des cellules hématopoïétiques sont ensuite ajoutées (Figure 4C). En remplaçant la lignée stromale par des CSM primaires de LAM et en ajoutant les progéniteurs appariés, nous avons observé une forte hétérogénéité stromale après culture (Figure 4D) avec deux trajectoires de différenciation identifiées par pseudotime : vers les chondrocytes (L1) et les ostéoblastes (L2) (Figure 4E). Des travaux antérieurs de l'équipe ont par ailleurs montré un remodelage de la MEC après intégration de cellules de LAM (Figure 4F). Compte tenu du rôle des monocytes dans le remodelage matriciel - et de leur abondance dans nos données single cell chez les patients IDH mutés - nous avons également intégré cette composante dans le modèle 3D, un travail auquel S. Donadelli a directement participé lors de son Master 1 et aujourd'hui publié dans Communications Biology(15). Ce modèle constitue donc un outil innovant pour explorer comment les mutations IDH reprogramment la composition de la MEC et l'architecture de la niche en faisant intervenir divers types cellulaires.
De manière générale, ce contexte scientifique montre qu'IDH1 et IDH2 pourraient remodeler différemment la MEC et l'architecture de la niche. Ensemble, nos différents modèles établissent un continuum puissant pour décrypter les mécanismes de résistance induits par le microenvironnement et orienter le développement de stratégies thérapeutiques ciblant la niche.

L'objectif général de cette thèse est de comprendre comment les mutations IDH1 et IDH2 contribuent à la physiopathologie des leucémies aiguës myéloïdes en remodelant la niche médullaire. Notre hypothèse centrale est que ces mutations induisent des reprogrammations microenvironnementales distinctes, notamment via des modifications de la matrice extra cellulaire, créant ainsi un environnement favorable à la survie et à la résistance des cellules leucémiques (Figure 1).
Ainsi, notre projet s'articule autour de trois objectifs majeurs :
1.Identifier les altérations transcriptomiques des progéniteurs hématopoïétiques, des monocytes et des cellules stromales mésenchymateuses dans les LAM IDH1-mutées versus IDH2-mutées.
2.Comparer les interactions cellulaires et matricielles au sein d'un modèle 3D de niche médullaire muté IDH1 versus IDH2.
3.Évaluer l'impact de la niche reprogrammée sur la réponse aux inhibiteurs d'IDH afin de mettre en évidence de potentielles vulnérabilités thérapeutiques ciblant la niche.

Afin d'atteindre les objectifs de ce projet de thèse, nous mettrons en oeuvre une stratégie expérimentale en trois axes complémentaires. Bien que ces axes suivent une logique scientifique cohérente, ils ont été conçus de manière indépendante : chacun peut être initié séparément et plusieurs pourront avancer en parallèle. Cette organisation renforce la faisabilité du projet, garantit la continuité expérimentale et permet d'anticiper d'éventuelles contraintes techniques ou logistiques. Les approches méthodologiques associées à chaque axe sont détaillées ci dessous.

Axe 1 - Caractérisation des échantillons de patients atteints de LAM IDHmutées
Nous étudierons les altérations transcriptionnelles induites par les mutations IDH1 et IDH2 dans trois compartiments clés : progéniteurs hématopoïétiques, monocytes et cellules stromales mésenchymateuses (CSM), via des analyses scRNAseq.

Axe 2 - Impact différentiel d'IDH1 et IDH2 sur le remodelage de la niche dans un modèle 3D
Nous distinguerons les effets du 2HG exogène de ceux spécifiques à chaque isoforme IDH en utilisant un modèle 3D de niche médullaire. Ce modèle a été développé par notre équipe afin d'étudier les interactions entre cellules hématopoïétiques et niche médullaire et de mimer la moelle osseuse. Des lignées de cellules endothéliales et des CSM sont cultivées sur des billes de phosphate de calcium pendant trois semaines, formant une structure 3D dans laquelle des cellules hématopoïétiques sont ensuite ajoutées.
Nous utiliserons donc des CSM et monocytes (lignées puis primaires) qui seront exposés au 2HG en 2D puis en 3D, avant analyses moléculaires et fonctionnelles des différents composants cellulaires et cellulaires.

Axe 3 - Reprogrammation de la niche et sensibilité aux inhibiteurs d'IDH (IDHi)
Cet axe vise à comprendre comment les cellules leucémiques IDH1 ou IDH2mutées évoluent dans leur niche sous pression thérapeutique en présence des IDHi. Nous utiliserons le modèle 3D après cinq semaines de culture pour permettre un remodelage de la niche, tel que décrit dans l'axe 2. Le modèle sera ensuite traité par Ivosidenib (IDH1i) ou Enasidenib (IDH2i) pendant une semaine. La production de 2HG sera quantifiée avant et après traitement (LCMS/MS, UHN Canada) afin de mesurer l'efficacité des IDHi. En parallèle, nous analyserons les effets des IDHi sur la niche et les cellules leucémiques.