L ÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL EQUIPO DEL DR BUSTELO

Líneas de Evaluación Funciones de la Lectura Tipos de

Xosé R

L íneas de investigación del equipo
del Dr. Bustelo

La principal línea de investigación del grupo de investigación del Dr. Bustelo se centra en el estudio de la función de genes que contribuyen a la génesis y progresión del cáncer. Estos genes, denominados “proto-oncogenes” en su versión fisiológica normal y “oncogenes” en su versión alterada genéticamente, codifican proteínas que juegan papeles cruciales en procesos de crecimiento, diferenciación, motilidad y otras funciones celulares. Mientras que en condiciones fisiológicas normales estas moléculas ejercen papeles que son importantes para asegurar el desarrollo y homeostasis fisiológica de organismos multicelulares, su hiperactivación por mutación conlleva la desregulación de dichos procesos celulares y, consecuentemente, la generación de células tumorales.

Dentro de este campo de la Oncología Molecular, el grupo del Dr. Bustelo ha contribuido de manera importante a la caracterización funcional de un nuevo grupo de oncogenes, la familia Vav. Estas moléculas actúan como enzimas dependientes de fosforilación en tirosinas que activan a las GTPasas Rho/Rac durante procesos de señalización celular. Esta acción es fundamental durante procesos de señalización fisiológica para activar programas de cambio citoesquelético, migración celular y otras respuestas intracelulares como pueden ser procesos inflamatorios, inmunes o proliferativos. Cuando se desregulan, las vías de señalización moduladas por las oncoproteínas Vav contribuyen al desarrollo de diversas patologías como son el cáncer, inmunodeficiencias y establecimiento de latencias y/o infecciones virales.

El grupo de investigación liderado por el Dr. Bustelo emplea una filosofía holística para el estudio de esta familia de oncoproteínas, lo que conlleva un estudio global de todos los miembros de la familia Vav a nivel bioquímico, celular y de organismo. Además, los abordajes experimentales siguen un enfoque pluridisciplinar que incluye el uso de técnicas de genética molecular, Biología estructural y celular, bioquímicas, de señalización celular y de alta capacidad de procesamiento (genómica y proteómica). Las contribuciones más importantes de este grupo de investigación se mencionan a continuación.

Identificación del mecanismo de activación y de la función de las proteínas Vav

Al igual que la gran mayoría de oncogenes conocidos, el descubrimiento de las proteínas Vav se debió a la activación oncogénica del proto-oncogén vav1 durante procesos de transferencia génica. Trabajos posteriores indicaron que la proteína Vav1 parecía poseer una expresión ligada a procesos hematopoyéticos y que su activación oncogénica estaba ligada a la deleción de su extremo amino-terminal. Pese a ello, no se pudo descubrir la función específica de la proteína Vav1 ni si ésta representaba una molécula única en el genoma o, en cambio, pertenecía a una familia de oncoproteínas más amplia. El trabajo del grupo del Dr. Bustelo permitió contestar a ambas preguntas. Por un lado, este laboratorio demostró que Vav1 actuaba como un enzima especializado en la activación de las GTPasas Rho/Rac, un grupo de proteínas relacionadas con el oncogén Ras con papeles en la organización citoesquelética y en procesos asociados con la motilidad, proliferación y supervivencia celular. Además, se pudo demostrar que esta actividad enzimática no era constitutiva, sino que se encendía cuando la proteína Vav1 se fosforilaba en partes concretas de su molécula. Por otro lado, este laboratorio aisló dos moléculas altamente relacionadas, las proteínas Vav2 y Vav3, lo que indicó que Vav1 era miembro de una familia más extensa de proteínas implicadas en la activación de las GTPasas Rho/Rac. Tras su aislamiento, estas nuevas proteínas fueron estudiadas pormenorizadamente por su laboratorio, lo que ha permitido conocer en detalle sus perfiles de expresión, su integración en procesos de señalización celular, la regulación de su actividad catalítica, su interacción específica con sus sustratos enzimáticos y el grado de similitud funcional de los miembros de la familia Vav. La extensión de este trabajo a nuevos miembros de la familia Vav identificados en invertebrados permitió demostrar que los mecanismos de regulación de esta familia de oncoproteínas fueron establecidos muy tempranamente a nivel evolutivo.

Identificación del mecanismo intramolecular que regula la activación fisiológica y oncogénica de las proteínas Vav

La alteración genética más frecuente que conlleva la activación oncogénica de los miembros de la familia Vav es la deleción de sus regiones amino-terminales. El grupo de investigación del Dr. Bustelo pudo demostrar que la eliminación de dicha región conllevaba la generación de proteínas que, al revés que las versiones silvestres, eran constitutivamente activas independientemente de sus niveles de fosforilación. Estos resultados fueron de gran transcendencia en el campo, puesto que permitieron dar una explicación unificada a los procesos de activación normales y oncogénicos de estas proteínas. Con el fin de elucidar el mecanismo intramolecular que mantenía a las proteínas Vav en estado inactivo cuando estaban desfosforiladas y el porqué de su activación cuando se fosforilaban o mutaban en su extremo amino-terminal, el grupo de investigación del Dr. Bustelo, en colaboración con el del Dr. Óscar Llorca (Centro de Investigaciones Biomédicas, CSIC, Madrid), resolvió recientemente la estructura tridimensional de las formas Vav silvestres no fosforiladas (inactivas) y fosforiladas (activas) así como de uno de sus mutantes oncogénicos mediante técnicas avanzadas de microscopía electrónica. Este trabajo permitió revelar el mecanismo de activación fisiológico y oncogénico de esta familia, los cambios dinámicos que experimentaban las proteínas Vav durante ambos tipos de activación y, al mismo tiempo, inferir información valiosa sobre posibles vías con las que modificar su actividad a nivel farmacológico.

Identificación de nuevas vías de señalización mediadas por las oncoproteínas Vav

Con el fin de conocer el mecanismo de actuación de las oncoproteínas Vav a nivel biológico, el grupo del Dr. Bustelo ha identificado las rutas de señalización estimuladas por estas proteínas tanto en células normales como transformadas. Dentro de este campo, los estudios genómicos llevados a cabo recientemente por su laboratorio han permitido identificar las funciones celulares que son alteradas durante la transformación celular inducida tanto por las proteínas Vav como sus sustratos. Finalmente, su grupo ha descubierto que las proteínas Vav participan en fenómenos de amplificación y diversificación de las señales intracelulares y que, por tanto, juegan un papel esencial para la estimulación de múltiples vías de señalización. Curiosamente, entre estas vías dependientes de la acción de las proteínas Vav se encuentra la ruta de Ras, una proteína esencial para la proliferación de células normales y tumorales. Esta última observación ha sido de gran relevancia, puesto que ha roto los esquemas clásicos por los que se creía se activaba la ruta de señalización de la oncoproteína Ras en células linfoides. Estos datos convierten a las oncoproteínas Vav en dianas de interés desde el punto de vista farmacológico, puesto que indican que su inhibición bloqueará la activación de múltiples vías de señalización lo que, sin duda, podría suponer una ventaja para el tratamiento efectivo de patologías que, como el cáncer o enfermedades relacionadas con el sistema inmune, dependen de la desregulación simultánea de múltiples vías de señalización para su evolución y consolidación.

Participación de las proteínas Vav en patologías de interés clínico

Más recientemente, el grupo del Dr. Bustelo se ha centrado en el estudio del papel de estas proteínas en procesos patológicos. Estos trabajos han permitido identificar cánceres donde las vías de señalización mediadas por las proteínas Vav están desreguladas así como descubrir la importancia de estas moléculas en el mecanismo de acción de ciertas drogas antitumorales. Además, en colaboración con el Dr. Simas (Gulbekian Institute, Lisboa, Portugal), este grupo ha descubierto que las proteínas Vav son usadas por proteínas específicas de herpesvirus para promover fenómenos de latencia viral.

Más recientemente, el grupo de investigación del Dr. Bustelo ha demostrado que las proteínas Vav3 y Vav2 son importantes para mantener la homeostasis del sistema cardiovascular. Así, mediante el uso de ratones modificados genéticamente que carecían del proto-oncogén vav3, este grupo de investigación pudo demostrar que la ausencia de la proteína Vav3 en ratones producía taquicardia, hipertensión y defectos graves en el corazón, vasos sanguíneos y riñón. Como en el caso de las disfunciones cardiovasculares encontradas en pacientes, este laboratorio pudo demostrar que el desarrollo de estos defectos era progresivo en el tiempo, alcanzando niveles más graves a medida que los ratones envejecían. Se descubrió también que la aparición de los defectos cardiovasculares podían ser eliminados eficientemente a través de la administración de drogas usadas comúnmente en el tratamiento de pacientes afectados de hipertensión, como son el propranolol, el captopril o el losartán, lo que sugiere que estos animales representan un modelo animal experimental excelente para mejorar nuestro conocimiento sobre el desarrollo de la enfermedad cardiovascular y sus tratamientos. Otro de los aspectos relevantes de este trabajo fue la observación de que los defectos cardiovasculares detectados en este modelo animal parecían ser la consecuencia de una activación crónica del sistema nervioso simpático, una rama del sistema nervioso que está a cargo de la regulación de procesos biológicos básicos como las respuestas a peligro, la respiración, el sistema cardiovascular, etc. Esto tiene un gran interés desde el punto de vista clínico, puesto que la taquicardia dependiente del sistema simpático se considera actualmente como un factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades cardiovasculares en humanos. Se ha postulado también que la hiperactividad cardiaca derivada de estimulación simpática es responsable de la elevación de la presión arterial en los estadios más tempranos del desarrollo de la hipertensión esencial, una suposición que ha sido corroborada por este trabajo.

Siguiendo una línea de investigación similar, otros estudios de este laboratorio han permitido descubrir que la proteína Vav2 participa también en el funcionamiento óptimo del sistema cardiovascular. Sin embargo, a diferencia de lo que acontecía en el caso de la deficiencia del proto-oncogén vav3, este laboratorio pudo demostrar que la patología de los animales knockout para el proto-oncogén vav2 no se debe a una hiperestimulación del sistema nervioso simpático, lo que indica que Vav2 y Vav3 promueven la homeostasis cardiovascular a través de procesos biológicos distintos.

Las aplicaciones prácticas de estos dos últimos estudios son muy amplias. Por un lado, los dos modelos animales desarrollados en estos trabajos permitirán estudiar la evolución de cada uno de los pasos progresivos que desencadenan la hipertensión esencial, una enfermedad de alta incidencia pero que carece todavía de una base molecular conocida. Por otro lado, estos animales permitirán acometer estudios genéticos adicionales para identificar otros genes que cooperen –tanto negativa como positivamente– en este proceso, lo que ayudará a ampliar el elenco de genes implicados en el desarrollo de esta patología. Finalmente, en el caso de los ratones knockout para el proto-oncogén vav3, estos animales son un modelo experimental único para buscar nuevas drogas que permitan el tratamiento de enfermedades relacionadas con el sistema nervioso simpático, como son la propia hipertensión o los síndromes asociados a condiciones de estrés crónico.

En resumen, el trabajo de este grupo de investigación ha permitido descubrir y caracterizar una nueva familia de proteínas de señalización que juega papeles esenciales en procesos de desarrollo, mitogénicos y patológicos. Gracias a estos avances, se ha pasado de desconocer absolutamente la función de este oncogén a definir de manera precisa su función, su mecanismo de activación tanto en respuestas fisiológicas como oncogénicas, la identificación de elementos reguladores y efectores de su ruta de señalización y, finalmente, al descubrimiento de nuevos miembros de esta familia de señalización. Gracias a estos avances, las proteínas Vav son quizá el grupo de activadores de las GTPasas Rho/Rac mejor caracterizados funcionalmente tanto in vivo como in vitro en estos momentos.

Miembros actuales del grupo del Dr. Bustelo

Estudiantes predoctorales

María Barreira

Filipa Bravo

Antonio Castro

Investigadores postdoctorales

Dra. Carmen Citterio

Dra. Pilar Martín

Dr. Mauricio Menacho

Dra. Celia Quevedo

Dr. Vincent Sauzeau

Dra. María Ángeles Sevilla

Investigadores sénior

Dra. María José Caloca

Dra. Mercedes Dosil

Dra. María José Montero

Técnicos de Laboratorio

María Teresa Blázquez

Javier Tamame

Antiguos miembros del laboratorio implicados en estos trabajos

Dr. Miguel A. López-Lago

Dra. Inmaculada M. Berenjeno

Nieves Movilla

Dra. Rosario Prieto

Dr. José R. Couceiro

Dr. Sergio Ruiz

Dr. Kornel E. Schuebel

Dr. José Luis Zugaza

X osé R. Bustelo. Curriculum Vitae

El Dr. Xosé R. García Bustelo nació en Iria Flavia (Padrón, A Coruña) en el año 1962. Cursó sus estudios de licenciatura en la Facultad de Biología de la Universidad de Santiago de Compostela durante los años 1980-1985. Tras ello, realizó su formación doctoral durante los años 1985-1990 en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Santiago de Compostela bajo la dirección del Dr. Manuel Freire Rama.

Tras finalizar su doctorado, el Dr. Bustelo trabajó durante los siguientes diez años en los Estados Unidos, inicialmente en el Bristol Myers Squibb Pharmaceutical Research Institute (Princeton, Nueva Jersey) bajo la dirección del Dr. Mariano Barbacid (años 1990-1996) y posteriormente, ya como investigador independiente, en el Departamento de Patología de la Universidad del Estado de Nueva York (Stony Brook, Nueva York).

Tras su regreso a España en el año 2000, el Dr. Bustelo ingresó en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), donde ha trabajado como Científico Titular (2000-2004), Investigador Científico (2004-2005) y, actualmente, Profesor de Investigación. Durante esta etapa, su carrera investigadora se ha desarrollado en el Centro de Investigación del Cáncer de Salamanca, un instituto mixto de investigación del CSIC y la Universidad de Salamanca que dirige el Dr. Eugenio Santos.

Junto con estos puestos científicos, el Dr. Bustelo ha participado en diversas actividades de gestión científica, entre las que destacan la Vicedirección del Centro de Investigación del Cáncer de Salamanca (años 2000-2005), la Dirección de la Unidad de Genómica y Proteómica de la misma institución (2001-presente) y la pertenencia al Comité Ejecutivo de la Asociación Española de Investigación del Cáncer (ASEICA, 2003-2007). Actualmente, es el coordinador nacional del Programa de Genómica y Proteómica de la Red Temática de Investigación Cooperativa en Cáncer (2003-presente) y miembro de los comités de dirección de la RTICC (2007-presente) y del Instituto Nacional de Proteómica (2005-presente).

La principal línea de investigación de su grupo de investigación se centra en el estudio de la función de genes que contribuyen a la génesis y progresión del cáncer. Estos genes, denominados “proto-oncogenes” en su versión fisiológica normal y “oncogenes” en su versión alterada genéticamente, codifican proteínas que juegan papeles cruciales en procesos de crecimiento, diferenciación y motilidad celulares. Mientras que en condiciones fisiológicas normales estas moléculas ejercen papeles que son importantes para asegurar el desarrollo y homeostasis fisiológica de organismos multicelulares, su hiperactivación por mutación conlleva la desregulación de dichos procesos celulares y, consecuentemente, la generación de células tumorales.

Dentro de esta área de investigación, la aportación más importante del laboratorio del Dr. Bustelo ha sido el descubrimiento de un nuevo grupo de proto-oncogenes, la familia Vav. El trabajo de su grupo de investigación ha permitido la identificación y caracterización de los tres miembros de la familia presentes en humanos (Vav1, Vav2 y Vav3), el descubrimiento de su mecanismo de activación fisiológico y oncogénico, el conocimiento de su estructura molecular, la elucidación de sus vías de señalización y la identificación de los procesos biológicos que están controlados por las proteínas Vav. Finalmente, las investigaciones llevadas a cabo por el grupo del Dr. Bustelo han permitido también demostrar que la activación espuria de estas proteínas contribuye a diversas patologías de interés clínico como son el cáncer, enfermedades cardiovasculares, disfunciones inmunológicas e infecciones de ciertos virus. Las investigaciones en este campo se han traducido en más de setenta publicaciones científicas en revistas de reconocido prestigio, tres tesis doctorales y dos patentes.

Tomados globalmente, estos estudios han permitido conocer mejor procesos clave para el desarrollo de patologías de alta incidencia en humanos, obtener información molecular para el diseño de nuevas vías terapéuticas que tengan como base las proteínas Vav o sus elementos de regulación/señalización, y generar modelos animales de interés para comprender mejor procesos patológicos humanos y para acometer la búsqueda de nuevos fármacos para patologías de origen tumoral o cardiovascular.

El trabajo del laboratorio del Dr. Xosé R. Bustelo ha sido posible gracias a la financiación de agencias nacionales (Ministerio de Educación y Ciencia, Fondo de Investigaciones Sanitarias), regionales (Junta de Castilla y León), fundaciones sin ánimo de lucro (Fundación Areces) e instituciones internacionales como el 7^th Framework Programme (Unión Europea), la Association for Internacional Cancer Research (Reino Unido) y el National Cancer Institute-National Institutes of Health (EE.UU.).

Además del presente Premio “Severo Ochoa” de Investigación Biomédica otorgado por la Fundación Ferrer, el trabajo científico realizado por este investigador ha sido reconocido con diversos galardones internacionales y nacionales, como son el Catacosinos Young Investigator Award for Cancer Research (1996, EE.UU.), el Baldwin Award for Breast Cancer Research (1997, EE.UU.), el Sinsheimer Award for Cancer Research (1997, EE.UU.), el Premio Nacional de Oncología de la Fundación Echevarne (2003, España), la Medalla de Ouro de la Irmandade de Fillos e Amigos de Padrón (2006, España), el Premio de la Fundación Mutua Madrileña (2007, España) y el Premio de Investigación Pfizer (2007, España). Su línea y grupo de investigación han sido reconocidos como Grupo de Investigación de Excelencia de Castilla y León el año pasado por parte del gobierno autónomo castellano-leonés.

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