Estudi de la patobiologia de les malformacions capil·lars i la síndrome Sturge-Weber causades per mutacions al gen GNAQ

Abstract

[cat] La síndrome Sturge-Weber (SWS) és trastorn neurocutani, congènit i esporàdic caracteritzat per la presència de malformacions capil·lars a la pell facial, les leptomeninges del cervell i/o a la coroide. Les malformacions capil·lars i la SWS són causades per mutacions activadores i en mosaic en el gen GNAQ. Aquestes, es troben enriquides a l’endoteli essent la més comuna la substitució p.R183Q, conduint a una sobre activació parcial de la proteïna Gαq. Malgrat els avenços significatius en el diagnòstic genètic, els mecanismes moleculars i cel·lulars responsables de l’activació de la senyalització patogènica romanen desconeguts. Així doncs, és crucial desenvolupar models experimentals que reprodueixin fidelment els fenotips de la malaltia humana i ajudin a comprendre com sorgeixen i progressen aquestes patologies. En aquesta tesi, presentem un nou model animal que, en combinació amb diversos models transgènics, permeten l’expressió de GnaqR183Q en diferents contextos cel·lulars, amb l’objectiu de caracteritzar, modelar i establir un nou model preclínic. Si bé l’expressió de GnaqR183Q en totes les cèl·lules endotelials (ECs) resulta en letalitat embrionària, l’expressió en mosaic de GnaqR183Q a l’endoteli ens ha permès generar el primer model animal que reprodueix fidelment la SWS humana. A més, les nostres troballes destaquen el mesoderma paraxial com a possible origen de les cèl·lules mutants, ampliant la comprensió de l'etiologia de la SWS. El nostre treball suggereix que la formació de les lesions capil·lars és conseqüència d’un creixement endotelial intrínsec, que resulta en una migració cel·lular defectuosa i la posterior dilatació en les venes i capil·lars. Diferents vies de senyalització semblen estar involucrades en l’aparició d’aquest fenotip, incloent-hi la via MAPK-ERK i YAP, amb RasGRP presentant- se com un interessant mediador de la senyalització patogènica per GnaqR183Q. En conjunt, aquesta investigació no només proporciona una millor comprensió de les malformacions capil·lars associades a mutacions en GNAQ, sinó que també estableix les bases per als futurs avenços científics en aquest àmbit.

[eng] Sturge-Weber Syndrome (SWS) is a congenital and sporadic neurocutaneous disorder characterized by the presence of capillary malformations in the facial skin, the leptomeninges of the brain, and/or the choroid. Capillary malformations and SWS are caused by activating somatic mosaic mutations in the GNAQ gene. These are enriched in the endothelium, and the most common substitution is p.R183Q, leading to a partial over-activation of the Gαq protein. Despite significant advances in genetic diagnosis, unraveling the molecular and cellular mechanisms driving the activation of pathogenic signaling remains a critical challenge. Hence, it is crucial to develop experimental models that faithfully replicate the phenotypes observed in human disease and help understand how these pathologies arise and progress. In this thesis, we present a new animal model that, in combination with several genetic strategies, allows for the expression of GnaqR183Q across different cellular contexts, with the aim of characterizing, modelling, and establishing a new preclinical model. While expressing GnaqR183Q in all endothelial cells (ECs) leads to embryonically lethal, mosaic expression of GnaqR183Q in the endothelium enabled us to generate the first animal model that faithfully mirrors human SWS. Additionally, our findings shed light on the paraxial mesoderm as the origin of mutant cells, expanding our understanding of the etiology of SWS. Our observations suggest intrinsic endothelial growth as the likely cause of lesion formation, leading to defective cell migration and subsequent dilation in veins and capillaries. Different signaling pathways, including MAPK-ERK and YAP, have been implicated in the emergence of this phenotype, with RasGRP3 emerging as a noteworthy mediator of pathogenic signalling triggered by GnaqR183Q. Taken together, this research provides a greater understanding of the capillary malformations associated with GNAQ mutations and also sets the foundation for future scientific advances in this area.