Nuestro organismo está constituido por billones de células especializadas en distintas clases de tareas, organizadas en diversos tipos de tejidos. Entre ellos se encuentran los epitelios, tejidos que por lo general cumplen una función protectora como recubrimiento de órganos internos y externos. Pese a presentar una estructura sencilla formada -según localización - por una o varias capas de células ordenadas en forma de empalizada, los epitelios son a su vez foco de origen de la mayoría de tipos de cánceres, los denominados carcinomas, por lo que presentan gran interés biomédico. En edad adulta, cada epitelio requiere mantener un número aproximadamente constante de células para cumplir su función, lo cual inevitablemente conlleva cierta actividad basal de renovación para reemplazar células desprendidas, envejecidas o dañadas, una respuesta que ha de adaptarse a situaciones de estrés. Sin embargo, poco sabemos sobre qué mecanismos controlan la actividad proliferativa normal de los distintos epitelios adultos y cómo se desregulan en patologías como el cáncer. En jerga empresarial, podríamos decir que las células epiteliales se asemejan a los trabajadores de un departamento transversal de una gran multinacional, cuya función es preciso auditar. ¿En qué células reside el potencial proliferativo de un epitelio? ¿Cómo se coordina dicha actividad?

Para responder a estas preguntas, gran parte de nuestros esfuerzos previos se han centrado en epitelios de renovación rápida como son la epidermis de la piel o el epitelio que recubre el esófago. Análisis en ratón revelan que la renovación de estos tejidos se mantiene debido a una única población homogénea de células proliferativas equipotentes, células que, asumiendo roles semejantes, coordinan localmente sus decisiones para adaptarse a las necesidades comunes de producción celular sin necesidad de jerarquías; digamos que, al contrario de lo que se podría pensar, “no hay patrón, sino que manda marinero”. Este paradigma nos ha permitido inferir importantes restricciones sobre el comportamiento de algunas células mutantes emergentes, que logran colonizar el epitelio sin necesidad de progresar hacia cáncer. Por contra, las dinámicas celulares en epitelios con una velocidad de renovación más lenta permanecen ampliamente desconocidas, si bien estos tejidos contribuyen, paradójicamente, a un alto número de cánceres. Este es el caso del urotelio, el epitelio que recubre la vejiga urinaria, uno de los tejidos con una menor actividad proliferativa pero capaz de una dramática regeneración tras sufrir daño agudo, y origen de un tipo de cáncer altamente prevalente. Mientras algunos estudios sugieren la presencia en el urotelio de una limitada subpoblación especializada de células madre latentes, identificadas como positivas para el marcador molecular Krt14, y que constituirían las células de origen del cáncer de vejiga, otros trabajos plantean la posibilidad de una población más extensa de células durmientes con amplia plasticidad para proliferar ante determinados estímulos.

En este proyecto de investigación financiado por la AEI abordamos la dinámica de las células del urotelio con el fin de caracterizar el potencial proliferativo de las células de este epitelio y su comportamiento en condiciones normales fisiológicas, así como durante el inicio de desarrollo del cáncer. Para ello, utilizamos ratones de experimentación modificados genéticamente que tienen la peculiaridad de tornar de forma irreversible fluorescentes una pequeña proporción de sus células epiteliales ante el tratamiento con una droga inocua llamada tamoxifeno, que actúa de inductor. De esta forma, tras administrar tamoxifeno, mediante microscopía, podemos identificar y localizar a lo largo del tiempo dentro del urotelio las células originalmente inducidas y sus descendientes, que al heredar la marca fluorescente se revelan como grupos de células adyacentes fluorescentes.

La cuantificación a distintos tiempos del tamaño de estas familias de células, que denominamos clones, nos permitirá reconstruir genealogías de linajes celulares y así inferir la cinética proliferativa del tejido. En este estudio evaluamos tres escenarios experimentales distintos: condiciones fisiológicas basales u homeostáticas, regeneración tisular en respuesta a la inducción de daño químico, y mutagénesis conducente a cáncer. Proponemos aprovechar el contexto de regeneración inducida por daño para analizar, junto al seguimiento de linajes, los cambios moleculares asociados al despertar proliferativo y desentrañar los mecanismos que regulan la extensión de este proceso mediante técnicas transcriptómicas a escala genómica.

Por su parte, en carcinogénesis, combinamos, de forma sin precedentes, el seguimiento de linajes con secuenciación profunda de ADN, con objeto de analizar cambios en el paisaje mutacional y dinámica clonal a lo largo de las distintas fases de la mutagénesis, aspectos que en última instancia revelen genes directores y fuerzas de competición clonal fundamentales en el inicio del cáncer de vejiga.

El cáncer de vejiga es el quinto tipo de tumor más frecuente en España, donde su incidencia es una de las mayores del mundo. Además, por su elevada prevalencia y grado de recurrencia, es el tumor que mayor coste por paciente supone para el sistema de salud público, por lo que es esencial comprender mejor los mecanismos celulares que llevan a su desarrollo. Nuestro proyecto contribuirá a determinar los mecanismos de control proliferativo del urotelio de la vejiga, su transformación por mutagénesis y los efectos de factores de riesgo relacionados con daño y regeneración. De esta forma, se espera que el conocimiento adquirido sobre la dinámica celular del urotelio en condiciones normales y precancerosas ayude a desarrollar mejores estrategias de detección y prevención de este tipo de cáncer en un futuro.