BIOLOGÍA CELULAR DEL NÚCLEO

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Líneas de investigación

1. Disfunción del metabolismo nuclear de RNAs y del citoesqueleto de actina en las motoneuronas (MNs) y miofibras esqueléticas en la atrofía muscular espinal (SMA). 1.1. Respuesta al tratamiento con el oligonucleótido antisentido (ASO) Nusinersen. En colaboración con la Unidad de Neurobiología Celular del Prof. Jordi Calderó (IRB, Lleida) estamos investigando las bases celulares de la disfunción del metabolismo de RNAs, en las MNs, y del citoesqueleto de actina, en las miofibras esqueléticas. Recientemente hemos demostrado que la proteína de supervivencia de las neuronas motoras (SMN), cuyo gen codificante (SMN1) está delecionado o mutado en la atrofia muscular espinal (SMA), es una proteína sarcomérica. El déficit de SMN en la SMA produce alteraciones focales muy severas en la arquitectura de la sarcómera, que afectan a los miofilamentos finos de actina y comprometen las propiedades contráctiles de las miofibras (Berciano et al., 2020a). Estamos investigando los mecanismos moleculares que regulan i) la dinámica de la polimerización de la actina, particularmente la vía RhoA-ROCK, ii) las alteraciones mitocondriales que conducen a la transición de miofibras rojas a blancas y iii) la expresión de atrogenes y su disfunción en la SMA. Por otra parte, estamos analizando el efecto del ASO-Nusinersen (Biogen, USA), un modulador del «splicing» del gen SMN2, sobre la función motora y la supervivencia de las MNs en un modelo murino de SMA. Los resultados preliminares indican que la administración intracerebroventricular de Nusinersen en el periodo neonatal produce un espectacular rescate de la función motora y del metabolismo nuclear de RNAs en las MNs, incluyendo la normalización en el número de «Cajal bodies» y del patrón de expresión de mRNAs poliadenilados (Berciano et al., 2020b). 1.2. Diseño de una nueva terapia génica de la SMA con nanocomplejos. Nuestros estudios demuestran que la administración neonatal e intracerebroventricular de Nusinersen en un modelo murino de SMA normaliza los niveles de SMN en la médula espinal, pero no en el músculo, por lo que el déficit de SMN en las miofibras esqueléticas no permite una recuperación completa de las funciones motoras (Berciano et al., 2020b). En este contexto, en colaboración con el Grupo de Tecnologías Avanzadas y Bioprocesos (Dept. Ingeniería Química y Biomolecular, UC) y el Prof. José Carlos Rodríguez-Rey (Depto. Biología Molecular, UC) estamos desarrollando un nuevo diseño de terapia génica de la SMA orientado a promover la incorporación del ASO-Nusinersen específicamente en las miofibras esqueléticas. El diseño se fundamenta en la producción de nanocomplejos con nanopartículas de biopolímeros conjugadas con el ASO-Nusinersen y el aptámero A01B, que reconoce selectivamente las miofibras esqueléticas. El objetivo es potenciar la entrada de Nusinersen en las miofibras para incrementar los niveles de SMN y revertir la miopatía primaria dependiente del déficit de SMN. Los ensayos preliminares con nanocomplejos conjugados con ASO-Nusinersen y el aptámero A01B son muy prometedores y demuestran su incorporación in vitro en mioblastos humanos y de ratón.
2. Aplicación de soportes biopoliméricos funcionalizados con grafeno para desarrollar modelos in vitro de diferenciación celular. En colaboración con el grupo de investigación de Tecnologías Avanzadas y Bioprocesos (Dept. Ingeniería Química y Biomolecular, UC) estamos analizando la viabilidad de diversos soportes biopoliméricos («scaffolds») de poli(e-caprolactona) (PCL) o el poli-acrilonitrilo (PAN) funcionalizados con grafeno para desarrollar modelos 2D (membranas) y 3D con posibles aplicaciones en el campo de la ingeniería tisular y diferenciación celular. Se han preparado y caracterizado membranas con: i) microscopia electrónica de barrido, ii) análisis termogravimétrico de espesor y porosidad, iii) espectroscopia FT-IR y Raman y iv) análisis de conductividad eléctrica. Nuestros resultados preliminares indican que la cantidad y el estado de oxidación del grafeno incorporado a las membranas («scaffolds») son determinantes en la diferenciación de varias líneas celulares, incluyendo astrocitos y células endoteliales, dos componentes esenciales de la barrera hematoencefálica (Mantecón-Oria, 2020). Más recientemente, estamos analizando, en cultivos celulares, el potencial efecto del grafeno (PAN/G10) sobre la conducta de varios tipos de células tumorales, particularmente de células MCF7 derivadas del carcinoma de mama. En estas células, la exposición al grafeno revierte la transición epitelio-mesénquima de las células tumorales y tiene efectos migrastáticos. Sobre esta base, se persigue avanzar en el diseño de nuevas tecnologías biomédicas basadas en el grafeno orientadas al tratamiento potencial del carcinoma de mama y de otros tumores.
3. Estudio de la colonización perivascular de las metástasis cerebrales en el ratón. Se ha iniciado una colaboración con el Grupo de Metástasis Cerebral (CNIO. Madrid), dirigido por el Dr. Manuel Valiente, para analizar las bases celulares de la colonización perivascular de células tumorales procedentes de carcinomas de pulmón humano en la corteza cerebral del ratón, donde originan metástasis cerebrales. Se pretende estudiar los patrones de diferenciación y la conducta de las células tumorales, incluyendo la capacidad de proliferación en el nicho perivascular. Particular atención merece el estudio de las interacciones de las células tumorales con el endotelio y pericitos, en el polo vascular, y con los astrocitos y neuropilo (dendritas, axones y regiones sinápticas), en el polo neural de las metástasis. Los resultados preliminares a nivel ultraestructural sugieren una gran capacidad de integración de las células tumorales en el nicho perivascular en las primeras 3 después de la inyección de las células tumorales. El análisis de las bases celulares que regulan la interacción entre el tejido tumoral y el tejido nervioso, un factor determinante en la progresión de las metástasis, es uno de los objetivos fundamentales de esta línea de investigación. En este contexto, el Grupo del Dr. Valiente está desarrollando una plataforma de cribado de fármacos basada en cultivos organotípicos que permite evaluar inhibidores contra metástasis cerebrales. Se trata de identificar potenciales inhibidores del crecimiento de la metástasis que sean capaces de atravesar la barrera hematoencefélica. Entre ellas, un inhibidor de la proteína de choque térmico HSP90 ha mostrado un potente efecto contra las metástasis cerebrales de ratón y humanas en estadios clínicamente relevantes de la enfermedad.