Caracterització de les malformacions vasculars causades per mutacions al gen PIK3CA

Abstract

[cat] Les malformacions vasculars (VMs) representen un ampli espectre de lesions relacionades amb transtorns del desenvolupament vascular, les quals poden donar lloc a un gran ventall de característiques clíniques en funció de l’abast de la lesió i el teixit afectat. Sovint aquestes lesions es manifesten de manera congènita i creixen proporcionalment amb el pacient, afectant principalment nadons, nens i adults joves. Les VMs es classifiquen en malformacions d’alt flux (arteriovenoses) i baix flux (venoses, capil·lars i limfàtiques). Gran part de les lesions de baix flux són causades per mutacions somàtiques activadores al gen PIK3CA, que condueixen a la sobreactivació de la via de senyalització PI3K i la proliferació patogènica de les cèl·lules endotelials. Tot i la naturalesa estocàstica d’aquest tipus de mutacions, no hi ha evidències de la seva presència en malformacions arteriovenoses, un fet que fa evident la segregació mutacional entre les malformacions d’alt i baix flux. Aquesta tesi s’ha centrat en la caracterització dels elements espaitemporals que determinen la patogènesi de les malformacions Pik3caH1047R i l’estudi dels mecanismes moleculars subjacents al creixement de les mateixes. Mitjançant l’ús de models murins genètics induïbles amb tamoxifè hem demostrat que l’expressió mosaica de Pik3caH1047R dona lloc a lesions vasculars hiperplàstiques exclusivament a venes i capil·lars de manera proporcional a l’activitat angiogènica del teixit. D’altra banda, el llinatge endotelial on té lloc la mutació determina de manera directe el desenvolupament patològic dels vasos; mentre Pik3caH1047R és completament innocu en un context arterial, la seva expressió en cèl·lules en transició a l’artèria (ECs tip, pre-arterials) resulta en l’expansió patològica de les cèl·lules mutants en venes i capil·lars. Així doncs, la sobreactivació de PI3K desencadena l’augment de la proliferació i l’expressió d’un perfil transcriptòmic venós (liderat pel factor de transcripció COUP-TFII), condicionant de manera directe la diferenciació endotelial de les cèl·lules mutants, afavorint la seva expansió patològica en venes i capil·lars i evitant l’especialització arterial. Finalment, l’estudi metabolòmic de les ECs Pik3caH1047R ha mostrat un notori augment en la capacitat anabòlica i bioenergètica de les cèl·lules mutants. Més concretament, l’increment del potencial glicolític ha demostrat ser crucial per a l’expansió patològica de les cèl·lules mutants in vivo, un tret que podria esdevenir un atractiu objectiu terapèutic.

[eng] Vascular malformations (VMs) represent a broad spectrum of lesions related to disorders in vascular development, which can give rise to a wide range of clinical features depending on the extent of the lesion and the affected tissue. These lesions are often congenital and grow over the time, mainly affecting infants, children and young adults. VMs are classified in high-flow (arteriovenous) and low-flow (venous, capillary and lymphatic) malformations. Specifically, a large proportion of low-flow lesions are caused by activating somatic mutations in PIK3CA gene, leading to the overactivation of the PI3K signalling pathway and the pathogenic endothelial cell proliferation. Despite the stochastic nature of this type of mutations, there is no evidence of their presence in arteriovenous malformations, which suggests the existence of mutational segregation between high and low flow malformations. This thesis has been focused on the characterization of the spatiotemporal elements that determine the pathogenesis of Pik3caH1047R malformations and the study of the molecular mechanisms underlying their growth. By the use of tamoxifen inducible genetic murine models, we have modelled the mosaic endothelial expression of Pik3caH1047R, which gives rise to hyperplastic vascular lesions exclusively in veins and capillaries in proportion to the angiogenic activity in the affected tissue. On the other hand, the endothelial lineage where the mutation takes place determines the pathological development of the vessels; while Pik3caH1047R is completely harmless in arterial ECs, its expression in cells in transition into the artery (pre-arterial, tip ECs) results in the pathological expansion of the mutant cells in veins and capillaries. Thus, overactivation of PI3K triggers endothelial hyperproliferation and the expression of a venous transcriptomic profile (driven by COUP-TFII transcription factor), both conditioning the endothelial differentiation and favouring their pathological expansion in veins and capillaries, while avoiding arterial specialization. Finally, the metabolomic study of Pik3caH1047R ECs has shown a notable increase their anabolic and bioenergetic capacity. More specifically, the increase in the glycolytic potential has demonstrated an important impact on the mutant cell expansion, becoming a possible attractive therapeutic target.