Transcription factor GATA6 and ISC gene SMOC2 in the regulation of BMP pathway in intestinal adenoma

Abstract

The first chapter identifies the transcription factor GATA6 as negative regulator of a transcriptional circuit dedicated to prevent the expansion of Adenoma Stem Cells (AdSCs) during the onset of colorectal cancer (CRC). In particular, we show that GATA6 directly activates the expression of the WNT pathway component LGR5 and represses BMP levels in adenoma by competing with the β-catenin/TCF4 complex for the binding to BMP4 enhancer regions. As a result of this mechanism, two compartments are established within an adenoma: a BMP positive differentiated cell zone and a BMP negative undifferentiated cell zone, where AdSCs reside. Genetic deletion of Gata6 increases BMP levels in the AdSC compartment, inhibiting self-renewal and intestinal tumorigenesis. These findings represent a key contribution to understand the mechanisms that regulate tumor hierarchy and reveal for the first time the existence of a niche that protects AdSCs from BMP signals.

The second chapter focuses on the functional characterization of Smoc2, a novel Intestinal Stem Cell (ISC) gene. We generated genetic mouse models in order to overexpress or ablate Smoc2 in the intestine. We found that SMOC2 acts as a BMP inhibitor in the intestine and that it is not only restricted to epithelial Stem Cells (SCs) but it is also expressed by the stroma. Although it is dispensable for normal ISC maintenance and intestinal homeostasis, high levels of SMOC2 are required for tumorigenesis. Indeed, Smoc2 overexpression leads to spontaneous development of hamartomas and enhances adenoma formation in mice with an Apc mutant background; inversely, Smoc2 deficiency decreases tumorigenesis and prolongs survival of Apc mutant mice. In particular, we observed that SMOC2-mediated BMP inhibition positively affects Insulin-like Growth Factor (Igf1) expression in adenoma endothelial cells (ECs). Our data suggest that SMOC2 could enhance tumor-associated inflammation through BMP-mediated Igf1 regulation in the stroma.

El primer capítulo describe la identificación del factor de transcripción GATA6 como regulador negativo de un circuito transcripcional fisiológico dedicado a reprimir la expansión de las células madre de los adenomas (Adenoma Stem Cells o AdSCs) en el inicio de la tumorogénesis colorrectal. De manera específica, mostramos como el factor GATA6 activa directamente la expresión del componente de la ruta de WNT, LGR5, y también directamente reprime niveles de hormona BMP (Bone Morphogenetic Protein) a través de la competición directa con el complejo beta-catenina-TCF4 por la unión a regiones enhancer del gen BMP4. Como resultado de este circuito transcripcional que hemos descubierto, en los adenomas se generan dos compartimentos, una zona positiva para la señalización mediada por BMP que contiene las células diferenciadas de los adenomas, y un área negativa para BMP, donde residen y se expanden las AdSCs. La ablación genética de Gata6 incrementa los niveles de BMPs en el compartimento de las AdSCs, inhibiendo la autorenovación de las mismas y por ende la tumorogénesis. Este descubrimiento representa una aportación clave para entender los mecanismos que regulan la jerarquía tumoral y revelan por primera vez la existencia de un nicho que protege las AdSCs de las señales de BMP.

El segundo capítulo describe la caracterización funcional de Smoc2, uno de los genes identificados en el laboratorio dentro del programa genético específico de las células madre del intestino (Intestinal Stem Cells o ISCs). Durante el transcurso de la tesis