Línia general d’Investigació – Biologia Vascular a la malaltia

El principal objectiu de la nostra recerca és arribar a comprendre la fisiologia dels vasos sanguinis i el paper que juguen a les malalties, amb el fi de desenvolupar noves estratègies terapèutiques dirigides contra el compartiment vascular. Els vasos sanguinis son components crítics de tots els òrgans ja que mantenen la homeòstasis dels teixits al garantir: (i) el transport de gasos, nutrients, productes de rebuig i cèl·lules circulants, (ii) la coagulació de la sang i (iii) el to i la barrera vascular. L’endoteli que recobreix la llum dels vasos sanguinis regula el pas dinàmic de materials i cèl·lules, mentre que les cèl·lules murals que s’adhereixen a la superfície abluminal de l’endoteli regulen el creixement, la permeabilitat i la funció dels vasos. Una xarxa vascular excessiva o insuficient es perjudicial pels organismes i provoca un ampli espectre de malalties. En concret el nostre laboratori està interessat en estudiar i) el creixement i la funció fisiològica dels vasos i ii) els contextos patològics en els que la vasculatura juga un paper crític, ja sigui intrínsecament com passa a les anomalies vasculars o extrínsecament com en el cas del càncer, o la obesitat. En el cas del càncer la vasculatura és un component clau de l’estroma, i en la obesitat juga un paper principal pel que fa a la regulació del metabolisme sistèmic.

Pel desenvolupament de les diferents línies d’investigació, el nostre laboratori utilitza i/o desenvolupa models animals únics de peix zebra i ratolins, línies cel·lulars i mostres derivades de pacients. Apliquem una visió holística utilitzant tècniques punteres com l’anàlisi d’alt rendiment, la seqüenciació de propera generació, seqüenciació de RNA d’una sola cèl·lula, fosfoprotèomica i imatges d’alta resolució. El nostre grup col·labora estretament amb els metges per tal de poder aplicar la nostra investigació a la clínica, tant a nivell diagnòstic com terapèutic.

Desenvolupament, creixement i funció fisiològica dels vasos sanguinis

El creixement tissular i la homeòstasis requereixen de l’establiment d’una xarxa tubular jerarquitzada de vasos sanguinis. Els vasos sanguinis es formen principalment per un procés anomenat angiogènesis on nous brots vasculars (vascular sprouts en inglés) es formen a partir de vasos ja formats, creixen i es fusionen amb brots adjacents o amb un altre vas pre-existent. El nostres laboratori ha descobert que les cèl·lules endotelials depenen de la senyalització per PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) per formar nous vasos sanguinis, i que durant el creixement vascular depenen de manera selectiva de la isoforma PI3Ka. També hem entès com la senyalització per PI3K regula aquest procés de desenvolupament. L’angiogènesi és un procés dinàmic que depèn de la reestructuració de les cèl·lules endotelials dins els tubs vasculars. El nostre grup va descobrir que la PI3Kα regula la reorganització de les cèl·lules endotelials evitant la fosforilació depenent de NUAK1 de la proteïna myosin phosphatase targeting-1 (MYPT1), permetent l’activitat de la fosfatasa de cadena lleugera miosina (MLCP) i finalment disminuint la contractilitat de l’actomiosina. Els nostres descobriments han definit l’eix  PI3K/NUAK1/MYPT1/MLCP com una via critica per la regulació de la contractilitat de les cèl·lules endotelials, mantenint el patró vascular i l’expansió a través del control del reorganització cel·lular. A més a més la formació de brots vasculars depèn de la inducció de determinades poblacions de cèl·lules endotelials: les cèl·lules de la punta dels brots (tip cells) fan de guia i migren seguint el gradient del factor de creixement endotelial vascular (VEGF)-A, però rarament proliferen; les cèl·lules de la tija, ubicades a la base del brot de proliferació, proliferen, estableixen adhesions i unions estretes i formen el lumen vascular. El nostre laboratori ha descobert que PTEN (un regulador negatiu de la senyalització per PI3K) es crucial per bloquejar la proliferació de les cèl·lules mare la qual cosa es critica pel desenvolupament dels vasos. Vam demostrar que tant les activitats APC/C-Fzr1/Cdh1 catalítica com la no catalítica dutes a terme per PTEN son necessàries per detenir la proliferació de les cèl·lules mare. Aquests descobriments defineixen l’eix de senyalització Notch-PTEN com l’organitzador de la densitat vascular i defineix PTEN-APC / C-Fzr1 / Cdh1 com un eix clau en l’angiogènesis.

• Graupera M, et al. Angiogenesis selectively requires the p110alpha isoform of PI3K to control endothelial cell migration. Nature. 2008. May 29;453(7195):662.
• Serra H, et al. PTEN mediates Notch-dependent stalk cell arrest in angiogenesis. Nat Commun. 2015 Jul 31;6:7935.
• Angulo-Urarte A, et al. Endothelial cell rearrangement during vascular patterning requires PI3-kinase mediated suppression of actomyosin contractility. 2018. Nature Commun. Nov 16;9(1): 482.

Estudi de la patogènesis de les malformacions vasculars

Les anomalies vasculars son un grup heterogeni de malalties rares que afecten principalment pacients pediàtrics pels quals existeixen poques opcions de tractament. Les malformacions vasculars tenen un gran impacte en la qualitat de vida dels pacients, ja que cursen amb dolor, son desfigurants i moltes provoquen sagnat, infeccions recurrents, trombosis i disfunció orgànica. Aquestes lesions normalment es manifesten al naixement (congènites), apareixen durant el desenvolupament embrionari com a resultat d’un creixement vascular anormal degut a mutacions genètiques. El nostre laboratori va ser el primer en descobrir que les malformacions venoses, el tipus més comú de malformacions vasculars, son causades per mutacions oncogèniques a la isoforma catalítica de PIK3CA. També vam ser els primers en crear un model genètic de ratolí de malformacions venoses, que ha estat clau per comprendre la patogènesi de les malformacions venoses, així com una plataforma única per desenvolupar teràpies dirigides. La telangièctasi hemorràgica hereditària (HHT) és una malaltia germinal rara causada per la inactivació genètica de la via de senyalització TGFb/BMP i es caracteritza pel sobrecreixement local del plexe vascular, causat per la connexió directa entre artèries i venes que generen un lloc fràgil que es pot trencar i sagnar fàcilment. Aquestes lesions poden provocar episodis hemorràgics a la pell, pulmó, fetge i al tracte digestiu. El nostre laboratori va descobrir que la senyalització TGFb / BMP regula la quiescència vascular al limitar la senyalització via PI3K i va demostrar que els inhibidors de PI3K es podrien utilitzar com a nous agents terapèutics per tractar la HHT.

• Castillo SD, et al. PIK3CA mutations in vascular malformations. Curr Opin Hematol. 2019 Mar 6.
• Castillo SD, et al. Somatic activating mutations in Pik3ca cause sporadic venous malformations in mice and humans. Sci Transl Med. 2016 Mar 30;8(332):332ra43.
• Alsina-Sanchís E, et al. ALK1 Loss Results in Vascular Hyperplasia in Mice and Humans Through PI3K Activation. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2018 May;38(5):1216-1229.

Angiogènesis tumoral

Els tumors necessiten vasos sanguinis per al seu creixement, i d’aquí sorgeix la idea d’usar teràpies anti-angiogèniques en el tractament del càncer. Tot i això, la resistència intrínseca i adquirida i les baixes taxes de resposta han posat de manifest la necessitat de buscar noves teràpies dirigides contra la vasculatura. La freqüent presència de mutacions a PI3Kα en pacients amb càncer, explica el perquè sovint s’ha provat de tractar aquests pacients inhibint aquesta via. El nostre laboratori estudia si els inhibidors de la PI3K també interfereixen amb l’estroma tumoral ja que les cèl·lules endotelials estan finament regulades per aquesta via. Els nostres resultats indiquen que els vasos tumorals depenen de la senyalització per PI3K per expandir-se i això justifica el fet de dissenyar un teràpia dirigida específicament contra la isoforma PI3Ka en els tumors neuroendocrins.

• Soler A, et al. Inhibition of the p110α isoform of PI 3-kinase stimulates nonfunctional tumor angiogenesis. J Exp Med. 2013 Sep 23;210(10):1937-45.
• Soler A, et al. PI3K at the crossroads of tumor angiogenesis signaling pathways. Mol Cell Oncol. 2015 Feb 26;2(2):e975624.
• Soler A, et al. Therapeutic benefit of restricted p110a inhibition of PI3-kinase isoform in pancreatic neuroendocrine tumors. Clin Cancer Res. 2016 Dec 1;22(23):5805-5817.
• Okkenhaug K, et al. Targeting PI3K in Cancer: Impact on Tumor Cells, Their Protective Stroma, Angiogenesis, and Immunotherapy. Cancer Discov. 2016 Oct;6(10):1090-1105. Invited review.

L’endoteli: guardià metabòlic

L’homeòstasi energètica i metabòlica són processos fonamentals pel manteniment de la vida. Els organismes superiors han desenvolupat mecanismes per la detecció i integració de senyals que informen sobre l’estat energètic. El sistema vascular, i en concret l’endoteli, modula la distribució i disponibilitat de nutrients i per tant es considera el guardià metabòlic de l’organisme. L’excés d’energia produeix obesitat, que s’acompanya d’una disfunció de les cèl·lules endotelials. El paradigma actual estableix que la disfunció de les cèl·lules endotelials és conseqüència de les alteracions metabòliques associades a l’obesitat. La recerca que és fa en el nostre laboratori desafia aquest paradigma i proposa que la disfunció de les cèl·lules endotelials podria ser també causa directa d’un desequilibri energètic i un metabolisme aberrant. El nostre objectiu és desxifrar els programes moleculars específics alterats en les cèl·lules endotelials que contribueixen al desenvolupament d’obesitat i trastorns metabòlics.

• Graupera M and Claret M. Endothelial Cells: New Players in Obesity and Related Metabolic Disorders. Trends Endocrinol Metab. 2018 Nov;29(11):781-794.