Grupo SNAIL: La Familia Génica SNAIL

EQUIPO INVESTIGADOR

Investigador Responsable Proyecto

Maria Angela Nieto Toledano

 

Galceran Saez, Juan

Barrallo Gimeno, Alejandro
Mingot Ascencao, Jose Manuel

Acloque, Herve
Alvarez De Frutos, Cristina
De Oliveira Heredia, Fabiana
Grande Rodríguez, Maria Teresa
Guida, Elisa
Ocaña, Oscar
Rodríguez Aznar, Eva
Vega De Los Reyes, Sonia

Fons Romero, Juan Manuel
Córcoles Córcoles, Rebeca

Abad Bataller, Diana
Chulia Hernandez, Josefina
Lopez Blau, Cristina
Tora Ponsioen, Mireille
Martin Rodriguez, Sonia

PROYECTO PROPUESTO: LA FAMILIA GENICA SNAIL EN FISIOLOGIA Y PATOLOGIA

En los últimos 15 años hemos identificado y caracterizado la familia génica Snail de factores de transcripción y mostrado su función en el desarrollo embrionario, incluyendo la formación del mesodermo y la cresta neural (1992-1994). A pesar de su importancia en el embrión, los genes Snail deben permanecer silentes en el adulto, pues su activación aberrante da lugar a varias patologías. Hemos mostrado que Snail confiere propiedades invasivas y metastásicas a los carcinomas (2000-2002), mientras que en el riñón origina fibrosis y fallo renal (2006). Ambos efectos implican la transformación de células epiteliales en células mesenquimáticas (TEM), función que mostramos en embriones en 1994 y que aún es la principal característica asociada a la familia Snail. Adicionalmente, hemos mostrado que Snail promueve supervivencia y regula la división celular (2004). Las propiedades invasivas y la resistencia a la muerte de las células que expresan Snail les permite colonizar territorios distantes tanto durante el desarrollo embrionario como en la formación de metástasis. Paralelamente, Snail tiene funciones en otras células donde no induce TEM pero sigue regulando la división celular. Así, hemos mostrado que controla el crecimiento de los huesos y su alteración induce acondroplasia, la forma más común de enanismo en humanos (2007).

En este proyecto nos proponemos estudiar el espectro completo de las capacidades de Snail en distintos contextos fisiológicos y patológicos utilizando para ello distintos sistemas experimentales (ratón, pollo y pez cebra), cultivos primarios y de líneas celulares (estudio de mecanismos de señalización) y análisis de muestras de pacientes con las patologías asociadas.

PRINCIPALES RESULTADOS

De acuerdo con los objetivos del proyecto hemos utilizado múltiples aproximaciones experimentales para estudiar los diferentes niveles de función de los genes Snail desde el nivel molecular, al de señalización celular o al del control del desarrollo del organismo.

Los principales resultados obtenidos se pueden agrupar de la siguiente manera:

  • Hemos identificado el gen Prrx1 como un elemento esencial en la progresión del cáncer. Este gen, que controla junto a otros factores de transcripción la transición epitelio mesénquima, es esencial para la diseminación de células cancerosas desde el tumor primario pero debe apagarse cuando llegan a los órganos distantes para que se formen metástasis (Ocaña et al 2012).
  • Hemos demostrado que Snail1 y Sox3 forman un circuito de represión mutua para la definición de los tejidos embrionarios, y es parte del mecanismo que asegura la formación del sistema nervioso (Acloque et al 2011).
  • Hemos caracterizado las rutas de importación y exportación nuclear de Snail, fundamentales para su actividad, ya que como factor de transcripción sólo puede realizar su función cuando esta dentro del núcleo (Mingot et al 2009).
  • Hemos encontrado que Snail se requiere para la diferenciación y la actividad de los osteoblastos y que cuando se desregula produce una falta de mineralización ósea conocida como osteomalacia (De Frutos et al 2009).
  • Hemos mostrado que la resistencia a la muerte es una función ancestral asociada a la superfamilia Snail (genes Snail y Scratch) (Franco et al 2010; Rodriguez-Aznar y Nieto 2011).
  • Hemos mostrado el papel del producto del gen Scratch (miembro de la superfamilia Snail) en el control del ciclo celular durante la neurogénesis y el mecanismo usado para ello mediante el control de miRNA (Rodriguez-Aznar et al 2013).

Entre las líneas experimentales en marcha y que forman parte del nuevo proyecto en la convocatoria Prometeo II están:

  • El estudio de otros genes inductores de EMT y su relación con Snail en desarrollo y en la enfermedad.
  • El análisis del gen Prrx1 en su papel de regulación de las capacidades cancerosas y metástáticas celulares.
  • El análisis de la estructura génica del locus Snail para la identificación de elementos reguladores de su expresión.
  • La caracterización de un nuevo sistema de exportación nuclear mediado por el factor de elongación de proteínas (eF1A) utilizado por Snail que implica la existencia de un nuevo complejo con Exportin5-aminoacyl-tRNA que contribuiría a atenuar la función nuclear de Snail.
  • La activación de Snail en el riñón adulto Snail no sólo es suficiente sino que se requiere para la aparición de fibrosis renal. Esta fibrosis puede ser reversible y Snail es una buena diana terapéutica.
  • Hemos identificado péptidos aptaméricos capaces de bloquear la actividad de Snail en células en cultivo.
  • Hemos ensayado oligonucleótidos de nueva generación que se administran de forma sistémica y hemos obtenido resultados prometedores para la terapia de la fibrosis renal.

Además de estos artículos de investigación, el grupo ha contribuido con varios artículos de opinión y revisiones en revistas de alto impacto:

  • Lopez-Novoa y Nieto 2009, Acloque et al 2009 y Martínez-Frias et al 2010, Acloque et al 2012 revisan el papel de Snail en la transición EMT, en la definición de territorios embrionarios y en el origen de patologías tales como la inflamación en fibrosis y cáncer o las displasias tanatofóricas.
  • Nieto 2009, Thiery et al 2009, Nieto 2011, Nieto y Cano 2012 y Nieto 2013, analizan el papel de Snail en EMT en múltiples vertientes tanto biomédicas como de biología celular. Todas estas revisiones están en revistas de alto índice de impacto como Cell, Science o Annu Rev Cell Dev Biol.

EQUIPO INVESTIGADOR

Investigador Responsable Proyecto

Maria Angela Nieto Toledano

Otros Miembros del Proyecto Prometeo

Galceran Saez, Juan

Mingot Ascencao, Jose Manuel

Arcas Mantas, Aida
Guida, Elisa
Ocaña, Oscar
Vega De Los Reyes, Sonia

Córcoles Córcoles, Rebeca

Abad Bataller, Diana
Lopez Blau, Cristina
Martín Rey, Teresa

Casanova Javaloyes, M. Auxiliadora

PROYECTO PROPUESTO: LA FAMILIA GENICA SNAIL EN BIOMEDICINA

En los últimos 20 años hemos identificado y caracterizado la familia génica Snail de factores de transcripción y mostrado su función en el desarrollo embrionario donde participa en el proceso normal de desarrollo controlando la transformación de células epiteliales en mesenquimáticas (EMT). Este proceso ocurre múltiples veces durante el desarrollo, pero al finalizar el desarrollo embrionario este proceso está muy regulado y prácticamente silenciado. Hemos mostrado como la activación aberrante de los miembros de la familia Snail da lugar a varias patologías: carcinomas o fibrosis y fallo renal. Además, hemos mostrado que Snail promueve la supervivencia y regula la división celular. Estas propiedades que contribuyen a conferir propiedades invasivas y de resistencia a la muerte a células les permite colonizar terrenos distantes tanto en el desarrollo embrionario como en la formación de metástasis. Hemos mostrado que estas funciones de control de la división celular tienen un papel esencial en el crecimiento de los huesos y que su alteración conduce a la acondroplasia.

El proyecto Prometeo Fase I (2009-2012), “La familia génica Snail en Fisiología y Patología”, nos permitió estudiar las capacidades de la familia Snail (Snail y Scratch) en distintos contextos fisiológicos y patológicos utilizando distintos sistemas experimentales (ratón, pollo, pez cebra) y con ello:

  • Avanzar en el conocimiento de la función de Snail y factores similares en el desarrollo embrionario y en la progresión del cáncer, en particular en procesos de transición epitelio-mesénquima (EMT).
  • Descartar al proceso de EMT como diana terapéutica contra la progresión del cáncer por sus efectos adversos, ya que si bien se requiere para la diseminación de células desde el tumor primario, su inhibición posterior favorece la colonización metastásica de células diseminadas.
  • Obtener resultados preliminares que apuntan sin embargo al potencial de Snail y la EMT como diana terapeútica en fibrosis y acondroplasia.
  • Proponer la independencia de la plasticidad epitelial y las propiedades “stem” en desarrollo embrionario y cáncer.
    Mostrar que Scratch comparte funciones ancestrales con Snail pero las ejecuta en el sistema nervioso.

En este proyecto proponemos concentrarnos en la vertiente biomédica de la función de la familia Snail tanto desde la perspectiva de la descripción de los mecanismos como de su potencialidad como dianas terapéuticas aprovechando los logros del proyecto anterior.

OBJETIVOS DEL PROYECTO >>

Los objetivos del proyecto Prometeo Fase II “LA FAMILIA GENICA SNAIL EN BIOMEDICINA”, surgen de los resultados obtenidos por el grupo en los últimos 20 años, y en particular, por los obtenidos en el proyecto Prometeo Fase I (2009-2012), “La familia génica Snail en Fisiología y Patología”.

Los objetivos están dirigidos a describir los mecanismos moleculares, celulares y fisiológicos de acción de los productos de la familia génica Snail. La identificación de estos mecanismos está dirigida a caracterizar la potencialidad de uso de esta familia como diana terapéutica. Proponemos concentrar nuestros esfuerzos en los siguientes tres aspectos:

  • FIBROSIS Y DAÑO RENAL AGUDO. La fibrosis es uno de los posibles resultados de una transición epitelio mesénquima en el estado adulto. Hemos encontrado que Snail se activa en situaciones patológicas y que su activación es suficiente para inducir fibrosis y fallo renal. Nuestro objetivo es determinar si Snail es necesario y estudiaremos la posibilidad de usar Snail como diana terapéutica para prevenir o revertir la fibrosis.
  • ACONDROPLASIA. La activación aberrante del receptor FGFR3 está en el origen de múltiples acondroplasias. Hemos mostrado previamente que Snail actua como transductor de esta señal y que su hiperactivación es suficiente para desarrollar acondroplasia. Nuestro objetivo es determinar si además es necesaria. Estudiaremos como en el caso de la fibrosis renal la posibilidad de inhibir Snail para inducir el crecimiento de los huesos y extremidades y con ello rescatar el fenotipo acondroplásico.
  • PLASTICIDAD EPITELIAL Y PROPIEDADES STEM (NSC). Los genes Snail confieren propiedades de células madre. Hemos caracterizado los genes Scratch, miembros de la familia Snail, como específicos del sistema nervioso. Este objetivo está integrado en el proyecto ISIC 2012-010 “STEMT”. Nuestro objetivo es determinar si los genes Scratch están relacionados con la generación y número de células madre neurales. Estudiaremos la posibilidad de manipular su actividad como diana en estrategias terapéuticas.

Continuaremos definiendo los mecanismos endógenos que controlan la actividad de Snail tanto a nivel transcripcional como postranscripcional.

PRINCIPALES RESULTADOS >>

Hemos iniciado los trabajos dirigidos a obtener los objetivos propuestos para este proyecto. Entre las líneas experimentales en marcha están:

  • El estudio de otros genes inductores de EMT y su relación con Snail en el desarrollo embrionario y en la enfermedad.
  • El análisis del gen Prrx1 en su papel de regulación de las capacidades cancerosas y metástáticas de las células.
  • El análisis de la estructura génica del locus de Snail1 para la identificación de elementos reguladores de su expresión. Esta información puede ser relevante en el desarrollo de posibles estrategias terapéuticas.
  • La posibilidad de estudiar estrategias terapéuticas frente a Snail usando los modelos animales desarrollados en el laboratorio.
  • En el ámbito del Proyecto Prometeo I hemos caracterizado un nuevo sistema de exportación nuclear mediado por el factor de elongación de proteínas (eIFA). Snail utiliza este sistema e implica la existencia de un nuevo complejo Exportin5-aminoacyl-tRNA que contribuiría a atenuar la función de Snail. Hemos finalizado este estudio al inicio del Prometeo II (Mingot et al 2013).

En una revisión en la revista Science hemos revisado el estado actual de los mecanismos que regulan la plasticidad epitelial. Estos mecanismos, regulados por Snail, se conocen como la transición epitelio mesénquima (EMT) y la reversa: mesénquima epitelio (MET) y son comunes a los procesos normales que se encuentran en el desarrollo embrionario y también en la formación y diseminación de tumores para la formación de las metástasis del cáncer (Nieto, 2013).

PUBLICACIONES PROMETEO I

  • Rodríguez-Aznar E, Barrallo-Gimeno A, Nieto MA. (2013) Scratch2 prevents cell cycle re-entry by repressing miR-25 in postmitotic primary neurons. J Neurosci. 33: 5095-105.
  • Ocaña OH, Córcoles R, Fabra A, Moreno-Bueno G, Acloque H, Vega S, Barrallo-Gimeno A, Cano A, Nieto MA. (2012) Metastatic colonization requires the repression of the epithelial-mesenchymal transition inducer Prrx1. Cancer Cell 22: 709-24.
  • Nieto MA, Cano A. (2012) The epithelial-mesenchymal transition under control: Global programs to regulate epithelial plasticity. Semin Cancer Biol. 22, 361-8.
  • Acloque H, Ocaña OH, Nieto MA. (2012) Mutual exclusion of transcription factors and cell behaviour in the definition of vertebrate embryonic territories. Curr Op Gen Dev. 22, 308-314
  • Acloque H, Ocaña OH, Matheu A, Rizzoti K, Wise C, Lovell-Badge R, Nieto MA. (2011) Reciprocal repression between Sox3 and snail transcription factors defines embryonic territories at gastrulation. Dev Cell. 21, 546-58.
  • Nieto MA. (2011)The ins and outs of the epithelial to mesenchymal transition in health and disease. Annu Rev Cell Dev Biol. 27, 347-76.
  • Heredia F, Nieto MA. (2011) An epigenetic mark that protects the epithelial phenotype in health and disease. Cell Stem Cell. 8, 462-3.
  • Rodriguez-Aznar E, Nieto MA. (2011) Repression of Puma by scratch2 is required for neuronal survival during embryonic development. Cell Death Differ. 18, 1196-207.
  • Franco DL, Mainez J, Vega S, Sancho P, Murillo MM, de Frutos CA, Del Castillo G, López-Blau C, Fabregat I, Nieto MA. (2010)Snail1 suppresses TGF-beta-induced apoptosis and is sufficient to trigger EMT in hepatocytes. J Cell Sci. 123, 3467-77

PUBLICACIONES PROMETEO II

  • Nieto M.A., Huang R Y-J, Jackson R.A. and Thiery J.P. (2016) EMT: 2016. Cell 166, 21-45.
  • Grande M.T., Sanchez-Laorden B.L., Lopez-Blau C., De Frutos C.A., Boutet A., Arévalo M., Rowe G., Weiss S. J., Lopez-Novoa J.M. and Nieto M.A. (2015) Snail1-induced partial epithelial-to-mesenchymal transition drives renal fibrosis in mice and can be targeted to reverse established disease. Nat. Med. 21, 989-997.
  • Nieto MA. (2013) Epithelial plasticity: a common theme in embryonic and cancer cells. Science 342: 1234850.
  • Mingot JM, Vega S, Cano A, Portillo F, Nieto MA. (2013) eEF1A mediates the nuclear export of SNAG-containing proteins via the Exportin5-aminoacyl-tRNA complex. Cell Rep. 5: 727-37.
  • Ocaña OH, Nieto MA. (2010)Epithelial plasticity, stemness and pluripotency. Cell Res. 20, 1086-8.
  • De Frutos, C.A., Dacquin, R., Vega, S., Jurdic, P., Machuca-Gayet, I. and Nieto, M.A. (2009) Snail1 controls bone mass by regulating Runx2 and VDR expression during osteoblast differentiation. EMBO J. 28, 686-96.
  • Thiery JP, Acloque H, Huang RY, Nieto MA.(2009)Epithelial-mesenchymal transitions in development and disease. Cell 139, 871-90
  • Mingot, J.M., Vega, S., Maestro, B., Sanz, J.M. and Nieto, M.A. (2009)Characterization of Snail nuclear import pathways as representatives of C2H2 zinc finger transcription factors. J Cell Sci.122, 1452-60.
  • Acloque, H., Adams, M., Fishwick, K., Bronner-Fraser, M. and Nieto, M.A. (2009) Epithelial-mesenchymal transitions: The importance of changing cells’ state in development and disease J Clin Invest. 119, 1438-49
  • Fernandez-Martinez, J., Vela, E.M., Tora-Ponsioen, M., Ocaña, O., Nieto, M.A. and Galceran, J. (2009) Attenuation of Notch signalling by the Down-Syndrome-associated kinase DYRK1A. J Cell Sci. 122, 1574-83.
  • Lopez-Novoa, J.M. and Nieto, M.A. (2009) Inflammation and EMT: An alliance towards fibrosis and cancer progression. EMBO Mol Med. 1, 303-1.4
  • Barrallo-Gimeno, A. and Nieto, M.A. (2009)The evolutionary history of the Snail/Scratch superfamily. Trends Genet. 25, 248-52.
  • Nieto MA. (2009)The Epithelial- Mesenchymal Transitions in development and disease: old views and new perspectives. Int J Dev Biol. 53,1541-7.

COLABORACIONES

  • Mey A, Acloque H, Lerat E, Gounel S, Tribollet V, Blanc S, Curton D, Birot AM, Nieto MA, Samarut J. (2012) The endogenous retrovirus ENS-1 provides active binding sites for transcription factors in embryonic stem cells that specify extra embryonic tissue. Retrovirology. 9, 21.
  • Zhang K, Rodriguez-Aznar E, Yabuta N, Owen RJ, Mingot JM, Nojima H, Nieto MA, Longmore GD. (2011). Lats2 kinase potentiates Snail1 activity by promoting nuclear retention upon phosphorylation. EMBO J. 31, 29-43.
  • Martinez-Frias, M.L., X. Egües, X., Puras, A., Hualde, J., de Frutos, C.A., Bermejo, E., Nieto, M.A. and Martinez, S. (2011) Thanatophoric dysplasia Type II with encephalocele and semilobar holoprosencephaly: Insights into its pathogenesis. Am J Med Genet. 155A, 197-202.
  • Grande MT, Fuentes-Calvo I, Arévalo M, Heredia F, Santos E, Martínez-Salgado C, Rodríguez-Puyol D, Nieto MA, López-Novoa JM. (2010) Deletion of H-Ras decreases renal fibrosis and myofibroblast activation following ureteral obstruction in mice. Kidney Int. 77, 509-18.
  • Martínez-Frías ML, de Frutos CA, Bermejo E, Nieto MA and ECEMC working group (2010) Review of the recently defined molecular mechanisms underlying thanatophoric dysplasia and their potential therapeutic implications for achondroplasia. Am J Med Genet A. 152A, 245-55.
  • Sobrado, V.R., Moreno-Bueno, G., Cubillo, E., Holt, L.J., Nieto, M..A., Portillo, F. and Cano, A. (2009) EMT induction by class I bHLH factors E2-2A/B. J Cell Sci. 122, 1014-24.
  • Lavial, F., Acloque, H., Bachelard, E., Nieto, M.A., Samarut, J. and Pain, B. (2009) Ectopic expression of Cvh (Chicken Vasa homologue) mediates the reprogramming of Chicken Embryonic Stem cells to a germ cell fate. Dev Biol. 330,73-82.