Identification and functional analysis of intestinal stem cell genes in homeostasis and cancer

Abstract

The first chapter of this thesis describes the study of intestinal stem cells (ISCs) and their relationship to colon cancer. We describe the transcriptional landscape of intestinal epithelial populations through the use of the surface marker EphB2 which allowed us to build an ISC-specific gene signature. Elevated levels of this signature characterize CRC patients with high risk of disease relapse after therapy. Furthermore, our studies led us to discover that colon cancers are organized according to a hierarchical structure similar to that present in the normal colonic epithelium. EphB2- high cells retain an ISC-like phenotype and behave as cancer stem cells (CSCs). The second chapter of this thesis focuses on the description of the function of Mex3a, a novel ISC-specific gene. We generated genetic mouse models to disrupt Mex3a function in vivo. We show that this RNA binding protein is required for embryonic development, but dispensable in adult intestines. By generating a Mex3a reporter mouse we have been able to identify intestinal cells that resemble label-retaining cells. This mouse strain has also allowed us to purify stem/progenitor cells from other tissues. We demonstrate that Mex3a is a translational activator that interacts with the protein HuR. Our data suggest that Mex3a may be involved in the response of stem cells to stress.

El primer capítulo de esta tesis describe el estudio de células madre intestinales (CMIs) y su relación con el cáncer de colon. Describimos los perfiles de expresión génica de las distintas poblaciones intestinales utilizando la expresión del receptor EphB2. Esto nos permitió describir la firma genética de las CMIs. Observamos que los tumores de colon con altos niveles de expresión de la firma genética de CMI tienen mayor probabilidad de recaer después de terapia. Además de estas observaciones, describimos que los tumores de colon se organizan con una estructura similar a la del colon normal. Finalmente observamos que las células tumorales con altos niveles de EphB2 retienen una identidad de célula madre intestinal y se comportan como células madre tumorales. El segundo capítulo de esta tesis se centra en el estudio del gen Mex3a, el cual es un nuevo gen específico de células madre intestinal. Generamos ratones modificados genéticamente para eliminar la función de Mex3a in vivo. Observamos que este gen es esencial para el desarrollo embrionario, pero que es dispensable para la homeostasis del intestino adulto de ratón. También generamos un ratón reportero de Mex3a que nos permitió purificar una población de células intestinales que se asemejan a “células retenedoras de marcaje”. Además, con este ratón reportero pudimos purificar células madre de otros tejidos. Demostramos que Mex3a es un activador traduccional que interacciona con la proteína HuR. Nuestros datos sugieren que Mex3a podría estar involucrado en como las células madre responden a estrés.