El control de la polaridad celular de los neuroblastos por β-Catenina en la génesis del Meduloblastoma Wnt

Abstract

El meduloblastoma es un tumor cerebral maligno localizado en la fosa posterior del cráneo, con una muy alta incidencia en niños. Hasta cuatro distintos subgrupos de meduloblastomas pueden ser definidos en base a su huella genética y sus características clínicas: Wnt, Shh, Grupo 3 y Grupo 4. El origen celular del meduloblastoma Wnt había sido cuestión de debate hasta recientemente, cuando estudios con modelos animales linaje específicos demostraron que los meduloblastomas del subtipo Wnt, a diferencia de los otros subtipos, surgen de los progenitores del romboencéfalo. En meduloblastomas Wnt, mutaciones en el dominio de fosforilación de GSK-3β de la secuencia de β-Catenina (residuos 33-37), generan formas meta-estables de β-Catenina (sβ-Catenina). La estructura de β-Catenina le confiere la capacidad de ejercer una doble función celular, transcripcional y estructural. Por un lado, β-Catenina regula la actividad de la ruta canónica de Wnt mediante la estimulación de la transcripción dependiente de Tcf (función transcripcional), y por otro lado, forma parte estructural de las uniones adherentes a través de su asociación a Cadherinas clásicas (función estructural). Sin embargo, no está definida la contribución de cada una de estas funciones de β-Catenina en el mecanismo oncogénico del meduloblastoma Wnt. En la presente tesis hemos desarrollado un modelo in vivo para estudiar los estadios iniciales de este tumor que consiste en la electroporación de una forma estable de β-Catenina (sβ-Catenina) en los progenitores del tubo neural de pollo. De esta forma conseguimos reproducir los crecimientos preneoplásicos observados en el modelo de ratón del meduloblastoma Wnt. Tomando ventaja de este modelo in vivo, observamos que en los crecimientos aberrantes inducidos por sβ-Catenina las células se mantienen como progenitores Sox2+ con un ratio de proliferación bajo, debido a una extensión de la fase M del ciclo celular. Estos crecimientos aberrantes comenzaban con una formación excesiva de complejo apical (AC) que causaba una alteración de la mitosis concomitante con el inicio de invaginaciones en la cara apical del neuroepitelio. Mediante diferentes experimentos que nos permitían diseccionar la función estructural y transcripcional de β-Catenina demostramos que mientras la actividad transcripcional de β-Catenina inducía la expresión de aPKC, un componente clave del complejo apical (AC), la interacción entre β-Catenina y N-Cadherina era requerida para conducir el transporte apical de los componentes del AC. Además demostramos que la pérdida del AC era requisito esencial para la diferenciación de los K274W neuroblastos y que la expresión de los mutantes, N-CadherinΔβCat o aPKCι , los cuales desestabilizan el AC, reducían significativamente la aparición de malformaciones inducidas por β-Catenina. Por lo tanto, concluimos que sβ-Catenina mantiene el estado progenitor de los neuroblastos mediante la formación excesiva de AC que conduce a malformaciones en el neuroepitelio que son el origen de las malformaciones preneoplásicas inducidas por β-Catenina durante el desarrollo del SNC. Estos datos ofrecen una novedosa visión de los mecanismos subyacentes a la generación de meduloblastomas.

Medulloblastoma is a highly malignant primary brain tumor located in the posterior fossa, representing the most common malignant brain tumor in childhood. Up to four distinct molecular subgroups of medulloblastomas can be defined by their specific mRNA expression signatures: the WNT, SHH, Group 3 and Group 4. The cellular origin of Wnt-subtype medulloblastoma had remained unclear until recently, when data from lineage-restricted mouse models indicated that WNT-subtype arises from hindbrain progenitors. In Wnt-subtype medulloblastoma, the majority of mutations that activate the Wnt pathway target residues 33-37 of β-Catenin, the GSK-3β phosphorylation domain, rendering meta-stable forms of β-Catenin (sβ-Catenin). β- Catenin mediates canonical Wnt pathway stimulating Tcf dependent transcription (transcriptional function), and also plays structural role in adherens junctions by associating with classic cadherins via its armadillo domains. Accordingly, it remains unclear whether the oncogenic role of β-Catenin in Wnt-type medulloblastomas is due to its transcriptional activity, its structural role, or both. Here we have developed an in vivo model to study the initiation of the Wnt- subtype of medulloblastoma that involves the electroporation of a stable form of β- Catenin (sβ-Catenin) into the chick neural tube. This genetic manipulation largely reproduced the aberrant cell collections previously observed in a mouse model of Wnt-subtype medulloblastoma. Taking advantage of this in vivo model, we observed that cells in the aberrant growths induced by sβ-Catenin maintained the stemness of neuroblasts and showed a low proliferation rate due to an extension in the M phase of cell cycle. These aberrant growths initiated with an excessive formation of apical complex (AC) causing an alteration during mitosis concomitant with the beginning of invaginations in the apical side of the neuroepithelium. Distinct experiments allowed us to dissect the structural and transcriptional function of β-Catenin, and showed that while the transcriptional function of β-Catenin induced expression of aPKC, a key component apical complex (AC), the interaction between β-Catenin and N-Cadherin was required to drive the apical transport of AC components. We also demonstrated that loss of apical complex was essential for neuroblast differentiation and that K274W expression of the mutants, N-CadherinΔβCat or aPKCι , which destabilize the AC, significantly reduced the appearance of malformations induced by sβ-Catenin. Therefore, we conclude that sβ-Catenin maintains the progenitor state of neuroblasts by an excessive formation of AC, which leads to malformations in the neuroepithelium that are the origin of preneoplastic malformations induced by β-Catenin during CNS development. These data offer a novel insight into the mechanisms underlying the generation of medulloblastoma.