Transcription factor GATA6 and ISC gene SMOC2 in the regulation of BMP pathway in intestinal adenoma
- Autores: Elisa Montagni
- Directores de la Tesis: Eduardo Batlle Gomez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Pompeu Fabra ( España ) en 2015
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Rodríguez Nebreda (presid.), Anna Bigas Salvans (secret.), Francesc Ventura Pujol (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
- español
La presente tesis está compuesta por dos capítulos de resultados, precedidos por una introducción y seguidos por las secciones de discusión y conclusión. El trabajo experimental fue llevado a cabo en el laboratorio de Cáncer Colorectal del Institute for Research in Biomedicine (IRB) situado en el Parc Científic de Barcelona (PCB).
Introducción El tracto intestinal está dividido, anatómicamente y funcionalmente, en dos partes: el intestino delgado y el colon. El intestino delgado es responsable de las etapas finales de la digestión y la absorción de los alimentos, mientras el colon se encarga de la absorción del agua y la compactación de las heces.
El tubo intestinal está organizado en capas concéntricas alrededor de una luz central. La primera capa en contacto con la luz es el epitelio, que se invagina en el mesénquima subyacente, el cual está compuesto por células estromales y componentes de la matriz extracelular (extracelular matrix, ECM). El epitelio se encuentra plegado formando criptas tubulares. A diferencia del colon, el intestino delgado también posee estructuras denominadas vellosidades, que protruyen en la luz.
El epitelio intestinal representa una barrera contra agresiones biológicas y mecánicas. Por otra parte, es responsable de la absorción y la secreción. Por consiguiente, necesita experimentar una rápida regeneración. La renovación se basa en la actividad de las células madre adultas (adult Stem Cells, SCs) que residen en la base de las criptas y que se dividen dando lugar a las denominadas células en amplificación transitoria (transit-amplifying cells, TA), que son progenitoras altamente proliferativas. Estas células migran hacia arriba y, a medida que alcanzan la unión cripta-vellosidad, van sufriendo diferenciación, generando en consecuencia todas las células de la línea absorbente y secretora.
La posición y la funcionalidad de las SCs se encuentra asegurada por la presencia de gradientes de señalización opuestos que están distribuidos a lo largo del eje cripta-vellosidad. Las células epiteliales de Paneth y las del estroma que componen el nicho celular son los principales responsables a la hora de determinar dichos gradientes. Las vías de señalización EGF y WNT permiten la auto-regeneración y la clonogenicidad; opuestamente, la vía de señalización BMP antagoniza con la de WNT y permite la diferenciación en la parte alta de la cripta. En el fondo de la misma, la vía BMP se mantiene inactiva por la acción de inhibidores de BMP, principalmente secretados por las células del estroma del nicho.
WNT es la principal vía que controla el programa genético de las SCs. Brevemente, una vez inducida dicha vía, el complejo de degradación de la beta-catenina es secuestrado y la beta-catenina es libre de migrar dentro del núcleo, formando un complejo con TCF4 y activando, en consecuencia, genes diana.
Las moléculas BMP pertenecen a la superfamilia de TGFb y señalan a través de la fosforilación de SMAD1/5/8, que forma un complejo transcripcional con SMAD4 y transloca al núcleo con la finalidad de activar genes diana.
La desregulación mutacional de estas vías determina la pérdida de la homeostasis y provoca sucesos que llevan a la progresión del cáncer colorectal (colorectal cancer, CRC). En la mayoría de CRCs esporádicos, una mutación que conlleve la pérdida de la función del supresor tumoral APC es el primer suceso en la tumorogénesis del colon. Esta mutación conduce a la activación constitutiva de la vía WNT, a la expansión del compartimento de las SCs y al crecimiento excesivo del epitelio con la formación de lesiones benignas llamadas adenomas. La adquisición de mutaciones adicionales en vías de señalización claves confiere malignidad y promueve tumorogénesis. Generalmente, CRCs esporádicos adquieren mutaciones en los componentes de la vía BMP durante la transición de adenoma a carcinoma. En el síndrome de poliposis juvenil, los pacientes adquieren mutaciones en los componentes de la vía BMP, predisponiéndoles al desarrollo de lesiones benignas que pueden llegar a transformarse en lesiones en las que se ha mutado APC.
El epitelio intestinal sigue un patrón jerárquico de organización: en el punto más alto en la jerarquía, las SCs tienen la capacidad de auto-renovarse y dar lugar a células hijas progenitoras que sufrirán diferenciación siguiendo distintos linajes celulares. De manera similar, ha sido demostrado que, una vez activada la vía WNT mutagénica, el compartimento de las SCs se expande pero, aun así, se mantiene en el fondo de las glándulas adenomatosas. Nuestro laboratorio también ha demostrado que CRCs avanzados mantienen una organización jerárquica semejante a la del tejido sano, con un compartimento diferenciado cercano a la luz y un compartimento similar al de las SCs localizado en el fondo de las glándulas y en contacto con el estroma. Dichas células son las únicas de dar lugar a la iniciación de un tumor y a su crecimiento.
- English
The first chapter identifies the transcription factor GATA6 as negative regulator of a transcriptional circuit dedicated to prevent the expansion of Adenoma Stem Cells (AdSCs) during the onset of colorectal cancer (CRC). In particular, we show that GATA6 directly activates the expression of the WNT pathway component LGR5 and represses BMP levels in adenoma by competing with the β-catenin/TCF4 complex for the binding to BMP4 enhancer regions. As a result of this mechanism, two compartments are established within an adenoma: a BMP positive differentiated cell zone and a BMP negative undifferentiated cell zone, where AdSCs reside. Genetic deletion of Gata6 increases BMP levels in the AdSC compartment, inhibiting self-renewal and intestinal tumorigenesis. These findings represent a key contribution to understand the mechanisms that regulate tumor hierarchy and reveal for the first time the existence of a niche that protects AdSCs from BMP signals. The second chapter focuses on the functional characterization of Smoc2, a novel Intestinal Stem Cell (ISC) gene. We generated genetic mouse models in order to overexpress or ablate Smoc2 in the intestine. We found that SMOC2 acts as a BMP inhibitor in the intestine and that it is not only restricted to epithelial Stem Cells (SCs) but it is also expressed by the stroma. Although it is dispensable for normal ISC maintenance and intestinal homeostasis, high levels of SMOC2 are required for tumorigenesis. Indeed, Smoc2 overexpression leads to spontaneous development of hamartomas and enhances adenoma formation in mice with an Apc mutant background; inversely, Smoc2 deficiency decreases tumorigenesis and prolongs survival of Apc mutant mice. In particular, we observed that SMOC2-mediated BMP inhibition positively affects Insulin-like Growth Factor (Igf1) expression in adenoma endothelial cells (ECs). Our data suggest that SMOC2 could enhance tumor-associated inflammation through BMP-mediated Igf1 regulation in the stroma.
- español
