Per a aquesta tesi, utilitzo la línia lateral del peix zebra com a sistema model per adreçar dues qüestions fonamentals: En una primera línia d’investigació exploro la relació entre la funció d’un òrgan i la seva arquitectura. La regeneració de cèl.lules ciliades a la línia lateral del peix zebra ocorre mitjançant la divisió dels seus progenitors en determinades posicions dins les zones ventral i dorsal del neuromast. Durant la regeneració de les cèl.lules ciliades, es forma una línia de simetria vertical, que bisecciona l’epiteli del neuromast en dues meitats de polaritats planars oposades. La qüestió de com es controla l’anisotropia de la regeneració de les cèl.lules ciliades i com integrar aquest procés en l’establiment de la simetria bilateral d’aquest organ, roman encara per esclarir. En aquest estudi mostro que la simetria bilateral del neuromast es sosté degut a l’activitat compartimentalitzada de Notch qui, permetent l’estabilització dels progenitors de cèl.lules ciliades en compartiments polars específics, organitza l’anisotropia de la regeneració. En una segona línia d’investigació, descric el rol del complex de remodelació de cromatina ATPasa brg1 durant la formació d’organs mecanosensorials al peix zebra. Així mostro que els mutants de brg1 desenvolupen un sistema de linia lateral truncat, donat que brg1 es necessari per a la regulació de múltiples events cel.lulars al primordi de la línia lateral. / In this thesis I use the zebrafish lateral line as a model system to address two fundamental questions. In a first line of investigation I explore the relation between an organ function and its architecture. The regeneration of hair cells in the zebrafish lateral line occurs trough the division of hair-cell progenitors at specific locations in the dorsal and ventral aspects of the neuromasts. As hair cells regenerate a vertical midline that bisects the neuromast epithelium into perfect mirror-symmetric plane-polarized halves is formed. Each half contains hair cells of identical planar orientation but opposite to that of the confronting half. How hair cell regeneration anisotropy is controlled and how this process is integrated in the establishment of this organ bilateral symmetry is poorly understood. Here I show that the neuromast bilateral symmetry is sustained by compartmentalized Notch activity, which governs regeneration anisotropy by permitting the stabilization of hair cell progenitors in specific polar compartments. In a second line of research I report the role of the chromatin remodeling complex ATPase brg1 during mechanosensory organ formation in the zebrafish. I show that brg1 mutants develop a truncated lateral line system as brg1 is needed in the regulation of multiple cellular events in the lateral line primordium.

Tot i que es coneix l’involucrament de les cèl·lules pancreàtiques acinars en patologies exocrines (pancreatitis i càncer de pàncrees), la manca de models normals basats en cèl·lules ha limitat l’estudi de les alteracions que succeeixen en el programa de diferenciació pancreàtica. Hem demostrat prèviament que les cèl·lules mare embrionàries murines, que són pluripotents, poden adquirir un fenotip acinar in vitro. Això es va aconseguir, en part, amb una combinació de senyals que provenien del cultiu de pàncrees fetals que no era, però, específic del llinatge pancreàtic. L’objectiu d’aquest treball ha estat el de desenvolupar un protocol selectiu pel llinatge acinar basat en l’activació seqüencial de vies de senyalització que recapitulin el desenvolupament pancreàtic in vivo, a través de la formació definitiva de l’endoderm, l’especificació pancreàtica i acinar i l’expansió/diferenciació de progenitors acinars. El tractament de cossos embrionaris amb Activina A va promoure l’expressió de gens d’endoderm com està prèviament descrit. El tractament subsegüent amb àcid Retinoic, FGF10 i Ciclopamina, un inhibidor de la via de Hedgehog, va resutar en la inducció dels marcadors de progenitors pancreàtics Pdx1, Ptf1a i Cpa1 però també d’aquells expressats en el llinatge pancreàtic, que van ser reduïts amb la inhibició de BMPs. Les cèl·lules van ser a continuació cultivades en Matrigel utilitzant un sistema de cultiu en 3D en presència de fol·listatina, dexametasona i KGF comportant una inducció significativa dels nivells de mRNA i proteïna de marcadors acinars i una disminució de l’expressió dels de marcadors acinars. A més, es va veure que Amyl es secretava en el medi. Aquestes dades indiquen que l’activació selectiva del programa de diferenciació acinar en cèl·lules mare embrionàries es pot dur a terme mitjançant una inducció esgraonada de vies de senyalització involucrades en el desenvolupament pancreàtic exocrí proporcionant una eina potencial per estudiar la diferenciació pancreàtica i malalties relacionades amb el pàncrees. / Despite known involvement of pancreatic acinar cells in exocrine pathologies (pancreatitis and pancreatic cancer), the lack of normal cell-based models has limited the study of the alterations that occur in the acinar differentiation program. We have previously shown that mESC (murine embryonic stem cells), which are pluripotent, can acquire an acinar phenotype in vitro. This was achieved, in part, by a combination of signals provided by the culture of foetal pancreases which was, however, no specific for the acinar lineage. The aim of this work was to develop a protocol selective for the acinar lineage based on the sequential activation of signaling pathways that recapitulate pancreatic development in vivo, through the definitive endoderm formation, the pancreatic and acinar specification and the expansion/differentiation of acinar progenitors. Treatment of embryoid bodies with Activin A enhanced the expression of endodermal genes as previously described. Subsequent treatment with Retinoic acid, FGF10 and Cyclopamine, an inhibitor of the Hedgehog pathway, resulted in the enhancement of pancreatic progenitor markers Pdx1, Ptf1a and Cpa1 but also of those expressed in the hepatic lineage, which were reduced by BMPs inhibition. Cells were further cultured in Matrigel using a 3D culture system in the presence of follistatin, dexamethasone, and KGF leading to a significant enhancement of the mRNA and protein levels of acinar markers while decreasing the expression of endocrine ones. Moreover, active Amyl was released into the medium. These data indicate that the selective activation of the acinar differentiation program in ES cells can be achieved by stepwise induction of signaling pathways involved in pancreatic exocrine development providing a potential tool for studying pancreatic differentiation and pancreas-related diseases.

We comparatively analyzed the natural killer (NK) cell response against HCMV-infected pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) M[Fi] derived from autologous monocytes. M1 M[Fi] were more resistant to infection, secreting TNF-[alfa], IL-6, IL-12 and type I IFN. By contrast, in HCMV-infected M2 M[Fi] the production of proinflammatory cytokines, type I IFN and IL-10 was limited, and IL-12 undetectable. NK cell degranulation was triggered by interaction with HCMV-infected M1 and M2 M[Fi] and was partially inhibited by specific anti-NKp46, anti-DNAM-1 and anti-2B4 mAbs, thus supporting a dominant role of these activating receptors. By contrast, only HCMV-infected M1 M[Fi] efficiently promoted NK cell-mediated IFN-[gamma] secretion, an effect partially related to IL-12 production. These observations reveal differences in the NK cell response triggered by distinct HCMV-infected monocyte-derived cell types, which may be relevant in the pathogenesis of this viral infection. HCMV infection has been proposed to contribute to the development of atherosclerosis, a chronic inflammatory process in which M[Fi] play a key role. The contribution of HCMV to vascular disease may depend on features of the immune response not reflected by the detection of specific antibodies. Persistent HCMV infection in healthy blood donors has been associated with changes in the distribution of NK cell receptors (NKR). The putative relationship among HCMV infection, NKR distribution, subclinical atherosclerosis and coronary heart disease was assessed. An association of overt and subclinical atherosclerotic disease with LILRB1+ NK and T cells was observed, likely reflecting a relationship between the immune challenge by infections and cardiovascular disease risk, without attributing a dominant role for HCMV. / Hem analitzat la resposta de la cèl•lula NK als macròfags proinflamatoris (M1) i antiinflamatoris (M2) derivats de monòcits autòlegs infectats pel citomegalovirus humà (HCMV). Els macròfags M1 son més reistents a la infecció i secreten TNF-[alfa], IL-6, IL-12 i IFN de tipus I. Per altra banda, en els macròfags M2 infectats per HCMV la producció de citoquines proinflamatories, IFN de tipus I i IL-10 es limitada i la IL-12 indetectable. La cèl•lula NK degranula al interaccionar amb els macròfags M1 i M2 infectats. Aquesta degranulació s’inhibeix parcialment al bloquejar amb anticossos específics anti-NKp46, anti-DNAM-1 i anti-2B4, això indica que aquests receptors tenen un rol important en el procés. En canvi, només els macròfags M1 infectats amb HCMV promouen de manera eficient la producció d’IFN-[gamma] per part de la cèl•lula NK, degut parcialment a la producció de IL-12. Aquestes observacions posen de manifest diferències en la resposta de la cèl•lula NK a diferents tipus de macròfags infectats per HCMV que pot ser relevant en la patogènesis d’aquesta infecció viral. S’ha proposat que la infecció per HCMV contribueix al desenvolupament de l’aterosclerosis, un procés inflamatori crònic en el que els macròfags tenen un paper clau. La contribució del HCMV a la malaltia cardiovascular pot dependre de la resposta immune. La infecció per HCMV en donants de sang sans s’ha associat a canvis en la distribució dels receptors de les cèl•lules NK. S’ha evaluat la possible relació entre la infecció per HCMV, la distribució dels receptors de les cèl•lules NK i l’infart agut de miocardi. S’ha observat una associació de l’infart agut de miocardi i l’aterosclerosi subclínica tant amb les cèl•lules NK LILRB1+ com amb les cèl•lules T LILRB1+. Això possiblement reflexa la relació entre la pressió que les infeccions exerceixen en el sistema immunitari i el risc cardiovascular sense atribuir un paper principal al HCMV.

L’alteració anòmala de la resposta inflamatòria és la causa de moltes patologies com l’aterosclerosi, les malalties autoimmunes, la fibrosi pulmonar, l’asma o el rebuig en el trasplantament d’òrgans. Les cèl•lules endotelials i les cèl•lules dendrítiques (CDs) són són cèl•lules presentadores d’antigen (CPAs) claus en aquest procés. Les cèl•lules endotelials estan en contacte directe amb el sistema immune i són un component essencial de la vasculatura. Les CDs juguen un paper crític en la regulació de la resposta inmunitària adaptativa. Els principals objectius d'aquesta tesi han estat: 1) Realitzar una anàlisi comparativa dels perfils globals resultants de la interacció d’ambdues isoformes de CD40L (sCD40L i mCD40L) amb el receptor CD40 en cèl•lules endotelials. CD40 (TNFRSF5) és una proteïna de membrana que s’expressa en totes les CPAs. El seu lligand fisiològic, el CD40L s’expressa en limfòcits T activats. Existeixen dues isoformes, una forma transmembrana (mCD40L) i una forma soluble (sCD40L) provinent de la divisió proteolítica de la proteïna de membrana. Mitjançant un siRNA dirigit contra el receptor CD40 humà i la informativitat dels microarrays s’ha pogut confirmar que: -sCD40L produeix una activació endotelial anàloga a l’obtinguda amb mCD40L, encara que la magnitud d’activació de sCD40L és significativament menor, confirmant el seu paper com “activador” cel•lular regulant gens involucrats en la resposta immune i processos inflamatoris. -S’indueixen dos importants processos biològics preferentment via mCD40L: 1) Quimiotaxi (CXCL10, PLAU, CCL5, CXCL5, CX3CL1, CCL20 i CXCL11); i 2) catabolisme del triptòfan (IDO i KYNU). La regulació diferencial d’aquesta via metabòlica és molt interessant, ja que les cèl•lules que sobreexpressen l’enzim IDO indueixen una potent activitat immunosupressora a les cèl•lules T. 2) Analitzar la capacitat de C4BP i del factor H d’influir en el procés de diferenciació i/o maduració de les CDs induïdes in vitro a partir de monòcits de sang perifèrica. La cadena alfa de C4BP i el factor H semblen induir un estat semimadur en aquestes cèl•lules caracteritzades per una baixa expressió del marcador de maduració CD83 i de les molècules coestimuladores CD86, CD80 i CD1a, una reduïda internalització i processament d’antígens i un augment de la secreció de la citoquina inflamatòria IL-10 i reducció de la secreció de TNF-α, IFN-γ i IL-12, una disminució de la quimiotaxi i de l’expressió del receptor CCR7, implicat en la migració de les CDs cap als nòduls limfàtics i una disminució de la resposta al•logènica. Aquestes CDs semimadures podrien ser considerades CDs reguladores de la resposta immunitària. / Abnormal alteration of the inflammatory response is the cause of many diseases such as atherosclerosis, autoimmune diseases, pulmonary fibrosis, asthma or rejection in organ transplantation. Endothelial and dendritic cells are antigen-presenting cells (APCs) key in this process. Endothelial cells are in touch with the immune system and are an essential component of the vasculature. Dendritic cells play a critical role in the regulation of the adaptive immune response. The main goals of this work have been: 1) Comparative analysis of global profiles resulting from the interaction of two isoforms of CD40L (sCD40L and mCD40L) with CD40 receptor on endothelial cells. CD40 (TNFRSF5) is a membrane protein expressed in all APCs. Its physiological ligand, CD40L expressed on activated T lymphocytes, has two isoforms, a transmembrane form (mCD40L) and a soluble form (sCD40L) from the proteolytic division of the membrane protein. Using a siRNA directed against human CD40 receptor and the informativeness of the Microarray Technology it has been confirmed that: -sCD40L produces similar endothelial activation to obtained with mCD40L, although the magnitude of this activation is significantly lower, confirming its role as a "trigger" cellular genes involved in regulating the immune response and inflammation. -Two important biological processes are induced preferably via mCD40L: 1) chemotaxis (CXCL10, PLEASE, CCL5, CXCL5, CX3CL1, CCL20 and CXCL11), and 2) catabolism of tryptophan (IDO and KYNU). The differential regulation of this metabolic pathway is very interesting, because cells that overexpress IDO induce a potent immunosuppressive activity in T cells. 2) Analyze the ability of C4BP and factor H to influence the process of differentiation and/or maturation of DCs induced in vitro from peripheral blood monocytes. The alpha chain of C4BP and factor H induce a semimature state in these cells characterized by low expression of maturation marker CD83 and co-estimulative molecules CD86, CD80 and CD1a, increased secretion of inflammatory cytokine IL-10 and reduced secretion of TNF-α, IFN-γ and IL-12, a decrease in chemotaxis and the expression of CCR7 receptor, involved in the migration of CDs to the lymph nodes and a decrease in the allogeneic response. These semimature CDs could regulate the immune

Parkinson’s disease (PD) is an incurable, chronically progressive neurodegenerative disease leading to premature invalidity and death. The locomotor disability of PD patients is mainly rooted in the gradual and insidious degeneration of dopaminergic neurons (DA) projecting from the midbrain substantia nigra (SN) to the basal ganglia striatum, a pathological process highlighted microscopically by the formation of insoluble cytosolic protein aggregates, known as Lewy bodies and Lewy neurites. The pathogenic mechanisms leading to PD remain poorly understood, arguably owing to the lack of suitable animal and cellular experimental models of the disease. Therefore, there is an urgent need for developing reliable experimental models that recapitulate the key features of PD. The recent development of induced pluripotent stem cell (iPSC) technology has enabled the generation of patient-specific iPSC and their use to model human diseases, although it is currently unclear whether this approach could be useful to successfully model age-related conditions. Importantly, disease modeling using iPSC largely relies on the existence of efficient protocols for the differentiation of disease-relevant cell types. Here, we first developed an efficient protocol for the differentiation of iPSC to authentic midbrain-specific DA neurons with SN properties by forced expression of LMX1A using a lentivirus-mediated gene delivery system. Next, we generated an iPSC-based cellular model of PD that recapitulates key phenotypic features of PD, such as DA neuron loss and α-synuclein accumulation in DA neurons from PD patients. Overall, our results demonstrate that we have developed a valuable tool for elucidating the pathogenic mechanisms leading to PD, as well as an experimental platform for screening new drugs that may prevent or rescue neurodegeneration in PD. / La malaltia de Parkinson (MP) és una malaltia neurodegenerativa incurable que causa invalidesa i mort prematura. Els pacients de la malaltia de Parkinson presenten alteracions motores degudes a una degeneració gradual de les neurones dopaminèrgiques que projecten des de la substància nigra fins a l’estriat. A nivell microscòpic s’observa la presència d’agregats proteics insolubles en el citosol de les neurones coneguts com cossos o neurites de Lewy. Els mecanismes patològics responsables de la MP no es coneixen bé, possiblement a causa de la manca de models animals i cel•lulars adequats. Per tant, existeix una gran necessitat de desenvolupar models experimentals fiables que recapitulin les característiques bàsiques de la MP. El recent desenvolupament de les cèl•lules mare pluripotents induïdes (iPSC) ha permès la generació de iPSC específiques de pacient i el seu ús per modelar malalties humanes, ara bé, no és clar si aquesta estratègia es pot utilitzar per modelar exitosament malalties d’origen tardà, com ara la MP. És important destacar que el modelatge de malalties utilitzant iPSC, es basa, en gran mesura en l'existència de protocols eficients per a la diferenciació de les iPSC cap al tipus cel•lular rellevant per a la malaltia. Durant aquest període, per primera vegada, s’ha desenvolupat un protocol per a l’eficient diferenciació de les iPSC cap a neurones dopaminèrgiques amb les propietats característiques de neurones dopaminèrgiques nigrostriatals, mitjançant l’expressió forçada de LMX1A utilitzant vectors lentivirals. A continuació, s’ha generat un model cel•lular usant iPSC derivades de pacients de MP que recapitula les principals característiques fenotípiques de la malaltia, com ara la pèrdua de neurones dopaminèrgiques i l'acumulació de α-sinucleïna en les neurones dopaminèrgiques. En general, els nostres resultats demostren que hem desenvolupat una eina valuosa per a l’estudi dels mecanismes patològics que condueixen a la MP, així com una nova plataforma pel descobriment de nous fàrmacs encaminats a prevenir o evitar la neurodegeneració.