Mechanisms involved in quiescent blood vessel homeostasis
- Autores: Macarena Fernández Chacón
- Directores de la Tesis: Rui Benedito (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2021
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 175
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mariona Graupera García Milà (presid.), María Luisa Toribio García (secret.), Claudio Areias Franco (voc.), Michael Potente (voc.), Emma Andersson (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
- español
Nuestro sistema vascular es una red de vasos sanguíneos organizada y jerárquica, cuyo interior está recubierto por células endoteliales (ECs), y que se encarga de proporcionar oxígeno y nutrientes a todos los tejidos y órganos de nuestro cuerpo. Sin embargo, no son meros conductos pasivos de flujo sanguíneo, sino que contribuyen a la fisiología y la homeostasis de todos los tejidos y órganos a lo largo de nuestra vida. Por lo tanto, no sorprende que un desequilibrio en estos vasos sanguíneos esté involucrado en la patogénesis de muchas enfermedades, tales como el cáncer, los accidentes cerebrovasculares o el infarto de miocardio.
La vía de señalización de Notch desempeña un papel fundamental en la regulación de la angiogénesis: participa en la especificación de las células tip-stalk, la especificación arterio-venosa y la estabilización y maduración de dichos vasos. Además, se están utilizando en la clínica compuestos farmacológicos dirigidos contra diferentes componentes de la vía de señalización de Notch. Sin embargo, aún se desconoce su efecto en la homeostasis de los diferentes tipos de vasos sanguíneos.
En esta tesis, hemos desarrollado y usado una amplia gama de novedosas herramientas genéticas, modelos murinos de pérdida de función, así como técnicas de transcriptómica y proteómica para analizar el papel de los distintos elementos de la vía de señalización de Notch en la regulación de la homeostasis vascular específica de órgano con alta resolución celular y temporal.
Hemos observado que la vía de señalización de Notch, a través del eje Dll4/Notch1, está activa en el endotelio quiescente adulto de distintos órganos analizados, tales como el corazón, el pulmón, el hígado y el cerebro. Sin embargo, a pesar de encontrarse la vía activa en los tejidos mencionados, sólo en el corazón y el hígado juega un papel esencial en el mantenimiento de la vasculatura, reprimiendo de manera activa la proliferación de dichas ECs. Usando enfoques transcriptómicos y proteómicos, hemos descubierto que Dll4/Notch1 suprime activamente la vía de Myc para mantener la quiescencia de manera específica en el hígado.
Analizando diferentes mutantes de la vía de señalización de Notch, hemos observado que, mientras que la pérdida del ligando Dll4 da a lugar a niveles intermedios de p-ERK y una reentrada en ciclo celular que resulta en una hiperproliferación endotelial, la pérdida del co-factor Rbpj o del receptor Notch1 da lugar a niveles más altos de la señalización ERK, pero no a la proliferación de las ECs. Altos niveles de ERK resultan en un incremento de la expresión del inhibidor de ciclo celular p21, que detiene la proliferación de las ECs. Estas células detenidas presentan características de senescencia endotelial.
Además, hemos observado que la pérdida de la señalización de Dll4/Notch en las ECs del hígado da lugar a un incremento transitorio de la proliferación de los hepatocitos circundantes antes de promover la propia expansión del compartimento endotelial, sugiriendo así la existencia de factores angiocrinos secretados por las ECs después de la pérdida de la señalización de Notch.
El efecto de Notch en la proliferación endotelial del hígado es muy heterogéneo y zonificado. Las ECs que se encuentran cerca de la vena central tienen un potencial mayor de proliferación comparadas con el endotelio localizado en el área portal rica en oxígeno. Usando mosaicos genéticos multiespectrales, hemos identificado en el hígado una población de ECs poco frecuente, que es capaz de expandirse de manera clonal más que el resto de células ECs, lo cual implicaría la presencia de células progenitoras endoteliales en el hígado.
Además de estos estudios sobre el papel de Notch en la biología vascular, hemos usado y validado un alelo de ratón inducible de doble reportero-Cre (iSuRe-Cre), el cual, mediante una elevada actividad de la Cre en las células que expresan el reportero, es capaz de proporcionar certeza sobre la recombinación completa de los alelos floxeados.
- English
Our vascular system is an organized and hierarchical blood vessel network lined by a monolayer of endothelial cells (ECs) that supplies oxygen and nutrients to all tissues and organs in our body. Importantly, they are not passive conduits for blood flow and they contribute to organ physiology and homeostasis throughout the entire life of the organisms. Therefore, it is not surprising that an imbalance of this vascular network is involved the pathogenesis of many diseases such as cancer, stroke or myocardial infarction.
The Notch signalling pathway is a critical regulator in the process of angiogenesis, participating in the tip-stalk specification, arterial-venous differentiation, vessel stabilization and maturation. Importantly, pharmacological compounds targeting distinct members of the Notch signalling pathway have been used in the clinics but their effect on the homeostasis of different types of blood vessels is unknown.
In this thesis, we have developed and used a wide range of novel genetic tools, loss-of-function mouse models, imaging, trancriptomic and proteomic approaches to uncover the role of several Notch signalling members in the regulation of organ-specific vascular homeostasis at high cellular and molecular resolution.
We found that Dll4/Notch signalling is active in most quiescent endothelium of several organs, such as the heart, lung, liver and brain. However, despite being active in all the mentioned vascular tissues, only in heart and liver vessels it plays an essential role in the maintenance of vascular quiescence by actively repressing EC proliferation. By using comparative transcriptomic and proteomic approaches, we found that Dll4/Notch1 actively supresses the Myc pathway to sustain vascular quiescence in the liver.
By analysing a series of Notch signalling mutants, we found that while loss of the ligand Dll4 leads to an intermediate increase in p-ERK levels and cell cycle entry, resulting in EC hyperproliferation; loss of the co-factor Rbpj or the receptor Notch1 induces even higher ERK signalling activity but not EC proliferation. At high p-ERK levels there is an increase in the expression of the cell cycle inhibitor p21, which arrests EC proliferation. These arrested cells have also several features of endothelial senescence.
In addition, we observed that the loss of Dll4/Notch signalling in liver ECs, promotes the transient increase in the proliferation of neighboring hepatocytes prior to their own expansion, suggesting the existence of angiocrine factors secreted by ECs after the loss of Notch signalling.
Moreover, the effect of Notch on liver endothelial cell proliferation was very heterogenous and zonated. ECs located close to the central veins had a higher proliferation potential compared to the endothelium located in oxygen-rich periportal zones. Using multispectral genetic mosaics, we also identified a rare population of liver ECs that is able to clonally expand more than most of their neighbours, suggesting the existence of liver-resident endothelial progenitor cells.
In addition to these studies on the role of Notch in vascular biology, we also used and validated an inducible dual reporter-Cre mouse allele (iSuRe-Cre), which by significantly increasing Cre activity in reporter-expressing cells, it provides certainty that these cells have completely recombined floxed alleles.
- español
