Chemotherapy-Resistant Human Acute Myeloid Leukemia Cells Are Not Enriched for Leukemic Stem Cells but Require Oxidative Metabolism
- Creators
- Farge, Thomas
- Saland, Estelle
- de Toni, Fabienne
- Aroua, Nesrine
- Hosseini, Mohsen
- Perry, Robin
- Bosc, Claudie
- Sugita, Mayumi
- Stuani, Lucille
- Fraisse, Marine
- Scotland, Sarah
- Larrue, Clément
- Boutzen, Héléna
- Feliu, Virginie
- Nicolau-Travers, Marie-Laure
- Cassant-Sourdy, Stéphanie
- Broin, Nicolas
- David, Marion
- Serhan, Nizar
- Sarry, Audrey
- Tavitian, Suzanne
- Kaoma, Tony
- Vallar, Laurent
- Iacovoni, Jason
- Linares, Laetitia
- Montersino, Camille
- Castellano, Remy
- Griessinger, Emmanuel
- Collette, Yves
- Duchamp, Olivier
- Barreira, Yara
- Hirsch, Pierre
- Palama, Tony
- Gales, Lara
- Delhommeau, François
- Garmy-Susini, Barbara
- Portais, Jean-Charles
- Vergez, François
- Selak, Mary
- Danet-Desnoyers, Gwenn
- Carroll, Martin
- Recher, Christian
- Sarry, Jean-Emmanuel
- Others:
- Institut Universitaire du Cancer de Toulouse - Oncopole (IUCT Oncopole - UMR 1037) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
- Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (I2MC) ; 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)
- Métabolisme Plasticité et Mitochondrie [lié à l'ex IFR 31] (LMPM) ; IFR 31 Louis Bugnard (IFR 31) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- University of Pennsylvania [Philadelphia]
- 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)
- Equipe 11-E.Moyal/C.Toulas
- Laboratoire de chimie de coordination (LCC) ; Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- 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)
- Luxembourg Institute of Health (LIH)
- Institut de médecine moléculaire de Rangueil (I2MR) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées- Institut Fédératif de Recherche Bio-médicale Institution (IFR150)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
- 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)
- Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille (CRCM) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut Paoli-Calmettes ; Fédération nationale des Centres de lutte contre le Cancer (FNCLCC)-Fédération nationale des Centres de lutte contre le Cancer (FNCLCC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Centre méditerranéen de médecine moléculaire (C3M) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Côte d'Azur (UCA)
- Oncodesign [Dijon]
- UMS006 Service d'Experimentation Animale ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
- 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 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)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- 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)
- Service d'Hématologie [CHU Toulouse] ; CHU Toulouse [Toulouse]
- Fondation ARC [SFI20121205478]; Laboratoire d'Excellence Toulouse Cancer (TOUCAN) [ANR11-LABEX]; Programme Hospitalo-Universitaire en Cancerologie (CAPTOR) [ANR11-PHUC0001]; INCA [PLBIO 2012-105]; Veterans Affairs Administration [1I01BX000918-01]; NIH [1R01CA149566-01A1]
Description
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. 670This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 653.
Abstract
Comment inNovel Mitochondrial Mechanisms of Cytarabine Resistance in Primary AML Cells. [Cancer Discov. 2017]
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://www.hal.inserm.fr/inserm-02465205
- URN
- urn:oai:HAL:inserm-02465205v1
- Origin repository
- UNICA