Inducción de la regeneración y adquisición del diseño corporal en planarias: Señalización de las vías JNK y WNT no canónica

La regeneración de tejidos requiere la coordinación entre la proliferación de las células madre, su diferenciación y la muerte celular de aquellas células innecesarias. Así mismo, la producción de los tejidos debe copiar la identidad y proporción de los que se han perdido, de manera que las estructuras regenerantes se integren con las preexistentes y recuperen su funcionalidad. Para profundizar en el conocimiento de estos procesos, empleamos nuestra especie modelo, la planaria Schmidtea mediterranea, debido a su impresionante capacidad regenerativa. La presencia de una población de células madres, los neoblastos, y la capacidad de decodificar las señales producidas tras una herida, las hace capaces de regenerar un organismo nuevo, perfectamente proporcionado y funcional a partir de cualquier fragmento. Además, la regeneración de la planaria es especialmente destacable ya que es el único organismo capaz de regenerar completamente de novo su sistema nervioso central. La vía Wnt/ßcatenin se encarga de establecer el eje corporal Antero-Posterior durante el desarrollo embrionario de los Metazoa y también durante la regeneración de planarias. La señalización Wnt no canónica/ßcatenin-independiente comprende diferentes vías, de las cuales la más estudiada es la vía de la “Planar Cell Polarity” (PCP), que se encarga de garantizar la polaridad a lo largo de un plano, una propiedad fundamental de todas las células y tejidos, que es esencial para coordinar la morfogénesis tanto de estructuras determinadas como del embrión. La Jun-N-ternimal Kinase (JNK) es una proteína que forma parte de la superfamilia de las MAPKs, activada en respuesta al estrés para coordinar procesos celulares básicos, como la proliferación, la diferenciación y la muerte celular. Esta tesis analiza dos grandes bloques de procesos que ocurren durante la regeneración y el recambio tisular de la planaria: i) la aportación de información posicional por parte de la señalización de la vía Wnt no canónica durante la formación del sistema nervioso y durante la polarización y posicionamiento de los cilios y ii) la coordinación de la respuesta regenerativa temprana y del “remodeling” por parte de la vía JNK. Dentro del primer bloque, mostramos que Dvl-2 y otros dos componentes del complejo de la PCP, VanGogh y Diversin, controlan la polarización y el posicionamiento apical de los cuerpos basales ciliares a través de la remodelación del esqueleto de actina. Estos resultados demuestran la funcionalidad y conservación de la vía PCP en planarias y por lo tanto, su existencia en un organismo del superphylum de los lophotrocozoa. Además, demostramos que el ligando no canónico Wnt5 restringe la migración neuronal para posicionar el sistema nervioso a través de Dishevelled y de su receptor Ror y que junto con Slit, forman un sistema en el que mutuamente regulan el establecimiento de sus límites de expresión para así definir un corredor para la regeneración y mantenimiento del sistema nervioso. Por último, mostramos que la vía JNK es necesaria específicamente cuando la herida viene acompañada de pérdida de tejido y que coordina la inducción de la respuesta regenerativa, ya que modula la expresión de genes en respuesta a una amputación, activa la muerte celular por apoptosis y establece un control temporal de la entrada en mitosis de los neoblastos. Además, la inducción de la muerte celular apoptótica por parte de la JNK es necesaria para recuperar y mantener tanto las proporciones del organismo como la conformación de los órganos preexistentes tras la amputación o durante el decrecimiento. En resumen, esta tesis aporta información sobre la señalización molecular necesaria durante la inducción de la respuesta regenerativa y la adquisición del diseño corporal durante la regeneración y el recambio tisular homeostático de la planaria Schmidtea mediterranea.Regeneration of lost tissues depends on the precise interpretation of signals that coordinate the onset of proliferation, cellular differentiation and cell death. Moreover, tissue production must mimic the identity and proportion of the missing ones in order to integrate the regenerated and preexisting structures and recover functionality. To get more insights about these processes, we use our model organism, the planarian Schmidtea mediterranea, due to its amazing regenerative abilities. The presence of adult pluripotent stem cells combined with the ability to decode signaling after wounding enable planarians to regenerate a complete and proportioned animal from any tiny fragment. The Wnt/β-catenin branch is essential for the establishment of the antero-posterior body axis during metazoan embryogenesis and also during planarian regeneration. Wnt/β-catenin independent signaling encompasses several pathways, of which the most studied is the planar cell polarity (PCP), which is responsible for planar polarization of cell and structures within a plane. Jun-N-ternimal Kinase (JNK) is a protein that belongs to the MAPKs superfamily and regulates essential cellular processes, such as stem cell proliferation, differentiation and cell death, in response to stress. This thesis analyzes two groups of processes that occurs during planarian regeneration and tissue renewal: - 1. The positional information given by the non canonical Wnt pathway during nervous system regeneration and the polarization and positioning of the cilia. Here we show that the non canonical Wnt5 ligand restricts neuronal migration to position nervous tissues through Dishevelled and its receptor Ror. Additionally, we demonstrate the conservation of the PCP pathway within the lophotrocozoan superphylum, since the PCP components Dvl-2, VanGogh and Diversin control polarization and apical positioning of the cilia basal bodies through actin remodeling. - 2. The coordination of wound healing response and remodeling by the JNK pathway. Here we show that JNK modulates the expression of wound-related genes, triggers apoptosis and attenuates the onset of mitosis in stem cells specifically after tissue loss. Furthermore, JNK-induced apoptosis is required to recover and maintain proportionality and organ conformation. Summing up, this thesis gives information about the molecular signaling coordinating wound healing and patterning during planarian regeneration and tissue renewal