TesisTesis leídas en la Universidad de Granadahttps://hdl.handle.net/10481/1912024-03-29T00:02:01Z2024-03-29T00:02:01ZMotional frequency spectroscopy in a Penning trap via a single laser-cooled ionBerrocal Sánchez, Joaquínhttps://hdl.handle.net/10481/898872024-03-08T12:46:08ZMotional frequency spectroscopy in a Penning trap via a single laser-cooled ion
Berrocal Sánchez, Joaquín
This thesis reports on the use of laser cooling and manipulation techniques for
the determination of the motional frequencies in a Penning trap. The optical detection
of the motional state of the system has the advantages of being universal,
demanding only one ion of interest, and being robust against imperfections of the
trapping fields. In this work, the first experimental results, as well as several technical
improvements are presented: a novel optical system, a customized cryogenic
pump, and two ion sources. 40Ca+ has been characterized as a radiofrequency
detector at the Doppler limit, developing a laser-pulsed measurement protocol to
read out the ion’s oscillation amplitude from an EMCCD and a PMT. The alternating
determination of the cyclotron frequency of two individual calcium isotope
ions (40Ca+ vs ACa+ with A = 42, 44, 48) has yielded the first mass ratio measurements
of the optical method. Experiments on balanced (40Ca+ - 40Ca+) and
unbalanced (42Ca+ - 40Ca+) Coulomb crystals have been used to study the validity
of the generalized invariance theorem. These measurements constitute the first
implementation of the method on a universal platform. To bring the accuracy of
the technique to a competitive level, it will be necessary to cool the crystal down
to its ground state of motion.; Esta tesis doctoral trata sobre el uso técnicas de enfriamiento y manipulación
láser para la determinación de las frecuencias de movimiento en una trampa Penning.
La detección óptica del estado de movimiento del sistema tiene las ventajas
de ser universal, necesitar de un solo ion de interés, y ser altamente robusta frente
a imperfecciones en los campos de atrapamiento. En este trabajo se presentan los
primeros resultados experimentales al respecto, así como diversas mejoras técnicas
llevadas a cabo: un nuevo sistema óptico de diseño propio, una bomba criogénica
a medida y dos fuentes de iones. El ion 40Ca+ ha sido caracterizado como detector
de radiofrecuencia en el límite Doppler, desarrollando un protocolo de medida en
el que se pulsa el enfriamiento láser para leer la amplitud de oscilación del ion a
partir de una cámara EMCCD y un PMT. La determinación alterna de la frecuencia
de ciclotrón de dos iones individuales de isótopos de calcio (40Ca+ vs ACa+ con
A = 42, 44, 48) ha arrojado las primeras medidas de cocientes de masas usando el
método óptico. Por su parte, los experimentos con cristales de Coulomb de dos
iones de la misma especie (40Ca+ - 40Ca+) y de especies diferentes (42Ca+ - 40Ca+)
se han utilizado para estudiar la validez del teorema de invariancia generalizado.
Esta últimas medidas constituyen la primera implementación del método en una
plataforma universal. Se concluye necesario enfriar el cristal hasta el estado fundamental
de movimiento para elevar la precisión de la técnica a un nivel competitivo.
Contribution of rare variants in coding regions to severe tinnitusEscalera Balsera, Albahttps://hdl.handle.net/10481/898832024-03-08T12:10:22ZContribution of rare variants in coding regions to severe tinnitus
Escalera Balsera, Alba
El acúfeno es la percepción subjetiva de un ruido tonal en ausencia de una fuente acústica
externa. La prevalencia en la población mundial oscila entre el 10% y el 30%; no obstante, el
acúfeno se considera un trastorno cuando se asocia con angustia emocional, disfunción
cognitiva y/o activación autonómica. La Enfermedad de Meniere (EM) es un trastorno del oído
interno caracterizado por vértigo episódico, hipoacusia neurosensorial, acúfeno y/o sensación
de plenitud ótica. Aunque los ataques de vértigo son el síntoma principal en los primeros años
de la enfermedad, muchos pacientes con EM describen el acúfeno como el síntoma más
molesto. La hipótesis de esta tesis fue que la gravedad del acúfeno está relacionada con una
carga de variantes raras en las regiones codificantes de los individuos; por lo tanto, el objetivo
fue identificar los principales genes y procesos biológicos asociados con el acúfeno severo.
Se realizó la secuenciación del exoma de los 310 pacientes con EM. En base al cuestionario
Tinnitus Handicap Inventory (THI), se crearon cuatro subgrupos. Los individuos con un THI
por encima del tercer cuartil conformaron el subgrupo de acúfeno severo (I4) y por debajo del
primer cuartil el subgrupo sin molestias causadas por el acúfeno (I1). Se llevaron a cabo análisis
de carga génica (Gene Burden Analyses, GBA) para identificar genes enriquecidos en variantes
con alta probabilidad de ser de pérdida de función (loss-of-function, LoF) o variantes con baja
probabilidad de ser LoF y con un impacto moderado en la proteína, siendo la mayoría de ellas
de cambio de sentido (missense). Además, se estudiaron las variantes en el número de copias
(copy number variants, CNVs) y las variantes estructurales (structural variants, SVs).
Los resultados muestran que: (1) Once genes fueron asociados con la EM familiar a través de
una revisión sistemática. (2) Veintiocho genes se identificaron como candidatos para el acúfeno
severo, participando en la axogénesis, la respuesta auditiva del tronco cerebral, la transmisión
sináptica y la organización de los estereocilios de las células ciliadas. (3) Dieciséis genes se
identificaron como candidatos para individuos sin acúfeno, formando parte de la protección
contra el daño de las células ciliadas cocleares y de la estructura de la membrana tectorial. (4)
El acúfeno y la hiperacusia estaban fuertemente asociados en pacientes con la EM,
compartiendo causas genéticas. Estos resultados respaldan que la molestia causada por los
acúfenos que algunos pacientes con EM experimentan puede explicarse parcialmente por
diferencias en las variantes genéticas raras que presentan.; Tinnitus is the subjective perception of tonal broad-band noise without an external acoustic
source. The prevalence in the world population is between 10% and 30%; nevertheless, tinnitus
is considered a disorder when it is associated with emotional distress, cognitive dysfunction
and autonomic arousal. Meniere Disease (MD) is an inner ear disorder characterised by
episodic vertigo associated with sensorineural hearing loss, tinnitus and aural fullness.
Although vertigo attacks are considered the main symptom in the first years of the disease,
persistent tinnitus is described as the most troublesome symptom by many MD patients. This
thesis hypothesis was that tinnitus severity is related to an overload of rare variants in the
coding regions of the individuals; therefore, the aim was to identify the central genes and
biological processes associated with severe tinnitus.
Exome sequencing was performed for the 310 MD patients included in this study. According
to the Tinnitus Handicap Inventory (THI) questionnaire, they were clustered into four
subgroups. Individuals with a THI above the third quartile composed the severe tinnitus
subgroup (I4) and those below the first quartile were the subgroup without disturbance caused
by tinnitus (I1). Gene Burden Analyses (GBA) were carried out to target genes enriched in
variants with high confidence of being loss-of-function (LoF) or variants with low confidence
of being LoF and with a moderate impact in the protein, being missense most of them.
Moreover, copy number variants (CNV) and structural variants (SV) were studied.
The results show: (1) Eleven genes have been associated with familial MD through a systematic
review. (2) Twenty-eight genes were identified as candidates for severe tinnitus, clustering in
four groups according to their expression and involved axogenesis, auditory brainstem
response, synaptic transmission and hair cell stereocilia organisation as main biological
functions. (3) Sixteen genes were identified as candidates for individuals without tinnitus,
clustering also in four subgroups by the expression and being part of the protection of cochlear
hair cells against damage and the structure of the tectorial membrane. (4) Tinnitus and
hyperacusis were strongly associated in MD patients, which shared genetic causes. These
results support that MD patients who experience bothersome tinnitus can be partially explained
by differences in the rare genetic variants that they carry.
Microbiota asociada a la glándula uropigial de aves; diversidad y funciones en escenarios de parasitismo y comunicación socialMartínez-Renau, Esterhttps://hdl.handle.net/10481/898802024-03-13T11:55:08ZMicrobiota asociada a la glándula uropigial de aves; diversidad y funciones en escenarios de parasitismo y comunicación social
Martínez-Renau, Ester
Los animales han evolucionado en ambientes dominados por microorganismos, con los que
mantienen relaciones tanto de parasitismo, como de comensalismo, e incluso de mutualismo,
en las que ambos, el microorganismo simbionte y el hospedador se benefician de la
interacción. Estos microorganismos mutualistas son, en muchas ocasiones, necesarios para
la supervivencia y reproducción de los animales, facilitando o realizando funciones
esenciales tales como la digestión de nutrientes, la síntesis de vitaminas, la activación y
mantenimiento del sistema inmune, la producción de compuestos volátiles que median en la
comunicación del individuo, la protección frente a patógenos, etc. Dado los beneficios
derivados de adquirir y mantener una comunidad bacteriana adecuada, los caracteres de los
animales que permitan ensamblar una microbiota óptima adaptada a su medio deberían estar
sujetos a selección natural. Los animales pueden empezar a adquirir estas bacterias durante
la etapa embrionaria, y seguir incorporando simbiontes a lo largo de su vida. Algunos
simbiontes se transmiten verticalmente, es decir, de padres a hijos, generalmente en las
primeras etapas de vida. Sin embargo, la adquisición de bacterias directamente del ambiente
(transmisión horizontal) en el que se incluyen los individuos con los que se mantiene un
contacto físico (ambiente social) es también importante para el ensamblaje de una microbiota
adecuada, ya que permite que la microbiota se pueda adaptar a las características del ambiente
dónde vive el animal de forma plástica.
Uno de los principales beneficios que los animales obtienen de la interacción con la
microbiota simbionte que se desarrolla dentro o sobre su cuerpo es la defensa contra
microorganismos patógenos. Algunas bacterias producen sustancias antibióticas que pueden
impedir el crecimiento y desarrollo de microorganismos potencialmente patógenos, evitando
así infecciones tanto en el propio individuo, como en su descendencia. En algunos animales
estas bacterias pueden incluso desarrollarse o cultivarse en glándulas especializadas, como
puede ser la glándula uropigial de las aves. La secreción uropigial contiene compuestos con
propiedades antimicrobianas y, recientemente se ha visto en las abubillas (Upupa epops) que
esta capacidad antimicrobiana es debida, al menos en parte, a las bacterias simbiontes que se
desarrollan en su glándula. En las últimas décadas se han ido aislando bacterias asociadas a
esta glándula o a su secreción en distintas especies de aves, lo que abre la posibilidad de que
las relaciones mutualistas entre las bacterias simbiontes productoras de sustancias
antimicrobianas asociadas a la glándula uropigial y sus hospedadores, esté más extendida entre la filogenia de las aves de lo que conocíamos hasta el momento. Por tanto, si las
características antimicrobianas de estas bacterias estuvieran mediando en la defensa de sus
hospedadores contra microorganismos patógenos, cabría esperar que existiera una variación
entre especies y que tanto la microbiota como sus características se ajustaran al riesgo de
sufrir infecciones patógenas por sus hospedadores.
Las bacterias simbiontes en los animales, además, también tienen un rol importante
en la comunicación tanto inter- como intraespecífica, por ejemplo, mediante la producción
de compuestos volátiles que los receptores perciben mediante el olfato. Este es el caso de las
bacterias asociadas a la glándula uropigial de diversas especies de aves, pero, en la abubilla,
el papel de las bacterias de la glándula uropigial no se limita a una posible comunicación
olfativa, sino que también desempeñan un papel crucial en la comunicación visual entre
machos y hembras. La coloración de la secreción uropigial de las abubillas depende de la
comunidad bacteriana que en ella se desarrolla, y las hembras utilizan esta secreción
coloreada como sustancia cosmética para impregnar sus huevos y, de esa forma, señalizar a
los machos su calidad y la de su descendencia. En general, la coloración cosmética mediada
por la glándula uropigial de las aves se ha estudiado, principalmente, en contextos de
selección sexual, con solo algún ejemplo en contextos de comunicación paterno-filial. Los
pollos de las especies altriciales muestran sus bocas de coloraciones llamativas a sus padres
durante el reparto de cebas, y así señalizan su calidad genética o necesidades a corto plazo.
Esta coloración podría modificarse o potenciarse si los pollos utilizaran la secreción
uropigial, que puede ser transparente o coloreada al ojo humano, como sustancia cosmética
para maquillar sus bocas. Si lo hicieran, los pollos estarían transmitiendo, no solo la
información proveniente de la coloración de sus bocas, sino también la información derivada
de la coloración de su secreción uropigial. Si en el resto de especies de aves más allá de la
abubilla la coloración de la secreción uropigial también dependiera, en parte, de la microbiota
asociada a esta glándula, estas bacterias estarían desempeñando un papel crucial en la
comunicación visual intraespecífica, más concretamente entre padres e hijos.
Los objetivos de esta tesis se encuadran en estos contextos de defensa contra
microorganismos patógenos y de comunicación entre padres e hijos. En ella estudiamos el
posible papel que pueden desempeñar las bacterias en algunas funciones ya conocidas de la
glándula uropigial de las aves.
La tesis consta de dos partes bien diferenciadas. En la primera,
mediante un estudio interespecífico, exploramos la hipótesis de que las bacterias de la
glándula uropigial intervienen en la defensa contra patógenos produciendo compuestos
antimicrobianos que se suman a las defensas propias del animal.
En la segunda parte de la tesis, mediante aproximaciones experimentales usando como
especie modelo el estornino negro (Sturnus unicolor), estudiamos la hipótesis de que las
bacterias, a través de la producción o modificación de la coloración de la secreción uropigial,
pueden intervenir en los procesos de comunicación intraespecífica, concretamente entre
padres e hijos.
En su conjunto, los resultados de esta tesis evidencian importantes funciones de la
comunidad bacteriana asociada a la glándula uropigial de las aves, y apoyan la hipótesis
general de que estas bacterias desempeñan un papel fundamental en las funciones que ya
habían sido sugeridas para esta glándula. Esta microbiota, por un lado, protege a los
individuos de infecciones por microorganismos patógenos mediante la producción de
sustancias con propiedades antimicrobianas, y, por otro, interviene en la comunicación
intraespecífica entre padres e hijos, mediante la modificación de la coloración de la secreción.; Animals have evolved in a world dominated by microorganisms, engaging in relationships
ranging from parasitism and commensalism to mutualism, where both the symbiotic
microorganism and the host benefit from the interaction. These microorganisms often play
important roles in the survival and reproductive success of animals, by facilitating or carrying
out essential functions such as nutrient digestion, synthesizing vitamins, activating and
maintaining the immune system, producing volatile compounds involved in animal
communication, defending against pathogen infections, etc. Due to the benefits derived from
acquiring and maintaining a suitable bacterial community, animal characteristics that allow
the assembly of a bacterial community adapted to the environment should be under selection.
Animals initiate the acquisition of their microbiota during the embryonic stage, continuing
to acquire symbionts throughout their lives. Some bacterial symbionts are vertically
transmitted from parents to offspring, typically during early life stages. However, acquiring
symbionts directly from the environment in which animals develop (horizontal transmission),
including individuals with whom they maintain physical contact (social environment) is also
important for assembling an appropriate microbiota, since it allows the microbiota to adjust
to the specific environmental characteristics in which the animal lives.
One of the main benefits that animals obtain from the interaction with symbiotic
microbiota, either within or on their body, is the defence against pathogenic microorganisms.
Some bacteria produce antibiotic substances that impede the growth and development of
potentially harmful microorganisms, thereby preventing infection in the individual or their
offspring. In some animals, these bacteria thrive in specialized glands, such as the uropygial
gland of birds. Specific compounds of the uropygial secretion have antimicrobial properties,
and, recently, it was discovered in the Euorpean hoopoe (Upupa epops) that bacterial
symbionts developing in their uropygial glands contribute, at least partially, to these
antimicrobial properties. Over the past few decades, several bacterial strains have been
isolated from the gland or its secretion in different bird species, which opens de possibility
that the mutualistic interactions among gland-associated bacterial symbionts, producing
antimicrobial substances, and their host might be more widespread than previously thought.
Therefore, if the antimicrobial properties of these bacteria contribute to the host defences
against pathogenic microorganisms, we would expect interspecific variations and an adjustment in the associated microbiota based on the risk of pathogenic infections
experienced by their host.
Symbiotic bacteria in animals also play an important role in both inter- and
intraspecific communication, for instance, by producing volatile compounds perceived by
receptors through smell. This is the case of several bird species, however, in the hoopoe the
role of uropygial gland bacteria extends beyond potential olfactory communication; they also
play a crucial role in visual communication between males and females. The colouration of
the hoopoe's uropygial secretion depends on the bacterial community that develops within
the gland, and females use this coloured secretion as a cosmetic substance to stain their eggs,
thus signalling the quality of both themselves and their offspring to males. In general,
cosmetic colouration mediated by the uropygial gland of birds has been studied mainly in
contexts of sexual selection, with only few examples in contexts of parent-offspring
communication. Nestlings of altricial bird species display brightly coloured mouths to their
parents when begging, signalling their genetic quality or short-term needs. This colouration
could be modified or enhanced if nestlings used the uropygial secretion, which can be
transparent or coloured to the human eye, as a cosmetic substance to make up their mouths.
If so, nestlings would convey not only information from the colouration of their mouths but
also information from the colouration of their uropygial secretion. If in bird species beyond
the hoopoe the colouration of the uropygial secretion also depended, partially, on the
associated microbiota, these bacteria would play a crucial role in intraspecific visual
communication, specifically between parents and offspring.
The aims of this thesis are framed within these contexts of defence against
pathogenic microorganisms and parent-offspring communication. We studied the possible
role that bacteria might play in some known functions of the uropygial gland of birds. The
thesis consists of two distinct parts. In the first part, through an interspecific study, we explore
the hypothesis that uropygial gland bacteria contribute to defence against pathogens by
producing antimicrobial compounds that complement the animal's own defences.
In the second part of the thesis,
through an experimental approach using the spotless starling (Sturnus unicolor) as a model
species, we studied the hypothesis that bacteria, by producing or altering the uropygial
secretion colouration, may be involved in intraspecific communication processes,
specifically between parents and their offspring.
Overall, the findings of this thesis demonstrate the importance of the bacterial
community associated with the uropygial gland of birds and support the general hypothesis
that these bacteria have a fundamental role in the functions previously suggested for this
gland. This microbiota, on one hand, protect birds from infections caused by pathogenic
microorganisms by producing substances with antimicrobial properties; and on the other
hand, mediate in the intraspecific communication between parents and offspring by
modifying the colouration of the secretion.
Conexión entre metabolismo óseo y sistema vascular en diabetes mellitus tipo 2. identificación de nuevas dianas terapéuticasGonzález Salvatierra, Sheilahttps://hdl.handle.net/10481/898752024-03-08T09:56:00ZConexión entre metabolismo óseo y sistema vascular en diabetes mellitus tipo 2. identificación de nuevas dianas terapéuticas
González Salvatierra, Sheila
La diabetes mellitus tipo 2 (DM2) se ha catalogado como la epidemia del siglo XXI. Esta
enfermedad metabólica crónica representa una de las más importantes emergencias sanitarias
a nivel mundial, debido a su acelerado crecimiento de prevalencia y a su elevada tasa de
mortalidad causada por complicaciones asociadas, entre las que destacan las enfermedades
cardiovasculares (ECV).
Cada vez hay una mayor evidencia científica que respalda la existencia de un eje de conexión
entre el metabolismo óseo y el sistema vascular. En concordancia, existe una elevada
prevalencia de pacientes con DM2 que padecen fragilidad ósea y ECV de forma simultánea,
poniendo de manifiesto la presencia de mecanismos fisiopatológicos comunes entre ambas
patologías. Este hecho ha generado un interés significativo en la identificación de
biomarcadores relacionados con el metabolismo óseo en el contexto de las enfermedades
vasculares. Sin embargo, en la actualidad, los conocimientos sobre los mecanismos de
conexión específicos que vinculan el metabolismo óseo y el sistema vascular siguen siendo
limitados.
En este contexto, este trabajo de investigación profundiza en el estudio de proteínas
implicadas en el metabolismo óseo que desempeñan además un papel fundamental en la
fisiopatología de la DM2 y en el desarrollo de ECV asociadas a la misma. En particular, esta
Tesis Doctoral se centra en el estudio de la función de osteoglicina y esclerostina, ya que se
hipotetiza que estas proteínas óseas juegan un importante papel a nivel vascular y que su
modulación podría ser crucial tanto para el diagnóstico de ECV asociadas con la DM2 como
para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas y preventivas para abordar estas
complicaciones.
Por un lado, en base a la controversia descrita en la literatura científica con respecto a la
función de osteoglicina en las enfermedades vasculares, junto con la falta de comprensión
sobre su papel en la homeostasis glucémica en humanos, se estudió la implicación de esta
proteína en diversas ECV. En primer lugar, se evaluó su utilidad como biomarcador de la
función renal alterada en DM2, para lo que se determinaron los niveles séricos de osteoglicina
en pacientes con DM2 y tasa de filtrado glomerular estimada (TFGe) normal, en pacientes
con DM2 y TFGe ligeramente reducida, y en sujetos control. Nuestro estudio transversal
mostró un incremento de osteoglicina sérica en pacientes con DM2 y una TFGe ligeramente
reducida, en comparación con los otros grupos de estudio, independientemente del sexo y la edad. Además, los niveles circulantes de osteoglicina se asociaron de forma independiente
con una función renal levemente alterada en los pacientes con DM2. Estos resultados
sugieren que el nivel sérico de osteoglicina podría considerarse como un biomarcador
indicativo de una incipiente disfunción renal en pacientes con DM2, independientemente de
la presencia de albuminuria. Este hallazgo respalda la potencial utilidad clínica de la
osteoglicina como una herramienta diagnóstica y preventiva para mitigar la progresión del
daño renal en pacientes con DM2.
En segundo lugar, se analizó la implicación de la osteoglicina en el desarrollo de la
aterosclerosis asociada a la DM2. En este caso, se determinaron los niveles de osteoglicina
tanto en suero como en tejido vascular procedente de pacientes con DM2, con
presencia/ausencia de ECV, así como de sujetos control, para analizar la asociación entre
esta proteína y la aterosclerosis en DM2. Además, se evaluó el efecto de la sobreexpresión
de osteoglicina en células del músculo liso vascular (CMLV) expuestas a condiciones
calcificantes, simulando así el entorno fisiopatológico de la DM2. Nuestros resultados
mostraron un aumento de los niveles séricos de osteoglicina en pacientes con DM2 en
comparación con los controles no diabéticos; sin embargo, esta elevación no se asoció al
desarrollo de aterosclerosis en esta población. Aunque, se mostró una posible relación entre
la osteoglicina y marcadores de resistencia a la insulina como el nivel de triglicéridos y el
índice de triglicéridos/colesterol de lipoproteínas de alta densidad; a nivel vascular, no se
encontraron diferencias en la expresión de osteoglicina entre los diferentes grupos de estudio.
Adicionalmente, los análisis in vitro revelaron que la sobreexpresión de osteoglicina en CMLV
en condiciones calcificantes aumenta la proliferación celular, aunque no afecta a la apoptosis,
y regula al alza la expresión de autotaxina, la cual está implicada en procesos inflamatorios.
En base a estos resultados, sugerimos que la osteoglicina puede jugar un papel en la
homeostasis glucémica, siendo un potencial biomarcador de resistencia a la insulina en
pacientes con DM2. Además, aunque la osteoglicina no parece ser un determinante clave en
la patogénesis de la aterosclerosis en pacientes con DM2 de forma directa, podría participar
indirectamente en el desarrollo del proceso aterosclerótico a través de la activación de la vía
autotaxina/ácido lisofosfatídico y la proliferación de las CMLV. Esto abre la puerta al estudio
de la osteoglicina como potencial diana terapéutica en la DM2.
Por otra parte, se profundizó en la función de la esclerostina, una proteína antagonista de la
vía Wnt/β-catenina inhibidora de la formación ósea, a nivel vascular. Recientemente se ha
demostrado que su influencia no se limita exclusivamente a la regulación del metabolismo óseo, sino que también desempeña un papel en la integridad vascular, actuando como un
modulador crucial de la señalización de la vía Wnt/β-catenina en el contexto de las ECV. A
pesar de estos avances, el papel específico de la esclerostina en las ECV aún no ha sido
completamente esclarecido. Por tanto, en este trabajo científico analizamos por primera vez
el papel perjudicial o protector de la esclerostina en el desarrollo de la aterosclerosis asociada
a la DM2. Para ello, se cuantificaron los niveles de esclerostina en muestras séricas y de tejido
vascular procedentes de pacientes con DM2, con presencia/ausencia de ECV, así como de
sujetos control. Además, se evaluó el efecto de la sobreexpresión de esclerostina en CMLV
expuestas a condiciones calcificantes, simulando en parte el entorno fisiopatológico de la
DM2. Nuestros resultados demostraron un aumento de los niveles séricos de esclerostina en
pacientes con DM2 y ECV en comparación con los controles sanos (especialmente en los
varones). Además, los niveles séricos más elevados de esclerostina se asociaron de forma
independiente con la ECV en pacientes con DM2 y se hallaron correlaciones significativas
entre los niveles circulantes de esclerostina y factores de riesgo cardiovascular (edad, duración
de la diabetes, TFGe, colesterol de lipoproteínas de baja densidad, calcio sérico y presión
arterial diastólica) y la periostina. Además, se mostró un aumento de la expresión de
esclerostina en los vasos calcificados procedentes de pacientes con DM2 y ECV en
comparación con los vasos no calcificados de los sujetos de control. Por último, se observó
una implicación de la esclerostina en la disminución de los depósitos de calcio, así como en
la supervivencia celular y en la regulación de la expresión de diferentes marcadores óseos y
de genes inflamatorios en las CMLV bajo condiciones calcificantes. Estos hallazgos sugieren
que la esclerostina podría desempeñar un papel protector en el desarrollo de la aterosclerosis
en pacientes con DM2. En base a estos resultados, el tratamiento con anti-esclerostina para
la enfermedad ósea debe utilizarse con precaución.
En resumen, esta investigación traslacional aborda la comprensión de la función
fisiopatológica de osteoglicina y esclerostina, destacando su impacto en la fisiología vascular.
Este análisis resulta crucial para avanzar en el diagnóstico temprano de la ECV y en el
desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas, abordando tanto las alteraciones en el
metabolismo óseo como en el sistema vascular, mejorando así la calidad de vida de los
pacientes con DM2.; 2 diabetes mellitus (T2D) has been catalogued as the epidemic of the 21st century. This
chronic metabolic disease represents one of the most significant global health emergencies
due to its accelerated prevalence growth and high mortality rate caused by associated
complications, prominently cardiovascular diseases (CVD).
There is increasing scientific evidence supporting the existence of an axis of connection
between bone metabolism and the vascular system. Accordingly, there is a high prevalence
of patients with T2D who suffer from bone fragility and CVD, highlighting the presence of
common pathophysiological mechanisms between both pathologies. This fact has generated
significant interest in the identification of biomarkers related to bone metabolism in the
context of vascular diseases. However, current knowledge of the specific connecting
mechanisms linking bone metabolism and the vascular system remains limited.
In this context, this research delves into the study of proteins involved in bone metabolism
that also play a fundamental role in the pathophysiology of T2D and in the development of
CVD associated with it. In particular, this Doctoral Thesis focuses on the study of the
function of osteoglycin and sclerostin, since it is hypothesized that these bone proteins play
an important role at the vascular level and that their modulation could be crucial for the
diagnosis of CVD associated with T2D and for the development of new therapeutic and
preventive strategies to address these complications.
On the one hand, based on the controversy described in the scientific literature regarding the
function of osteoglycin in vascular diseases, together with the lack of understanding of its
role in glycemic homeostasis in humans, the involvement of this protein in several CVD was
studied. First, we evaluated its usefulness as a biomarker of impaired kidney function in T2D
by determining serum osteoglycin levels in T2D patients and normal estimated glomerular
filtration rate (eGFR), in T2D patients and mildly decreased eGFR, and in control subjects.
Our cross-sectional study showed an increase in serum osteoglycin level in T2D patients and
mildly decreased eGFR compared to the other groups, independent of sex and age. In
addition, circulating osteoglycin levels were independently associated with mildly impaired
kidney function in patients with T2D. These results suggest that serum osteoglycin level
could be considered as a biomarker indicative of incipient kidney dysfunction in patients
with T2D, independent of the presence of albuminuria. This finding supports the potential clinical utility of osteoglycin as a preventive tool to mitigate the progression of kidney
damage in patients with T2D.
Second, the involvement of osteoglycin in the development of atherosclerosis associated
with T2D was analyzed. In this case, osteoglycin levels were determined in both serum and
vascular tissue from patients with T2D, with presence/absence of CVD, as well as in control
subjects, to analyze the association between this protein and atherosclerosis in T2D. In
addition, we evaluated the effect of osteoglycin overexpression in vascular smooth muscle
cells (VSMCs) under calcified environments, simulating the pathophysiological environment
of T2D. Our results showed a higher in serum osteoglycin levels in T2D patients compared
to non-diabetic controls; however, this increase was not associated with the development of
atherosclerosis in this population. Although, a possible relationship was shown between
osteoglycin and markers of insulin resistance such as triglyceride level and triglyceride/highdensity
lipoprotein cholesterol ratio. At the vascular level, no differences in osteoglycin
expression were found between the different study groups. Additionally, in vitro analyses
revealed that osteoglycin overexpression in VSMCs under calcified environments increases
cell proliferation, although it does not affect apoptosis, and upregulates the expression of
autotaxin, which is involved in inflammatory processes. Based on these results, we suggest
that osteoglycin may play a role in glycemic homeostasis, being a potential biomarker of
insulin resistance in patients with T2D. Furthermore, although osteoglycin does not appear
to be a key determinant in the pathogenesis of atherosclerosis in patients with T2D directly,
it could participate indirectly in the development of the atherosclerotic through the activation
of the autotaxin/lysophosphatidic acid pathway and the proliferation of VSMCs. This opens
the door to the study of osteoglycin as a potential therapeutic target in T2D.
On the other hand, the function of sclerostin, an antagonist protein of the Wnt/β-catenin
pathway that inhibits bone formation, has been further studied at the vascular level. Recently,
it has been shown that its influence is not exclusively limited to the regulation of bone
metabolism, but also plays a role in vascular integrity, acting as a crucial modulator of Wnt/β-
catenin pathway signaling in the context of CVD. Despite these advances, the specific role
of sclerostin in CVD has not yet been fully elucidated. Therefore, in this scientific study we
analyzed for the first time the detrimental or protective role of sclerostin in the development
of atherosclerosis associated with T2D. To this end, sclerostin levels were quantified in serum
and vascular tissue samples from patients with T2D, with presence/absence of CVD, as well
as in control subjects. In addition, we evaluated the effect of sclerostin overexpression in VSMCs under calcified environments, simulating in vitro the pathophysiological environment
of T2D. Our results demonstrated increased serum sclerostin levels in patients with T2D
and CVD compared to healthy controls (especially in males). Furthermore, higher serum
sclerostin levels were independently associated with CVD in patients with T2D and
significant correlations were found between serum sclerostin levels and cardiovascular risk
factors (age, duration of diabetes, eGFR, low-density lipoprotein cholesterol, serum calcium,
and diastolic blood pressure) and periostin. Furthermore, increased sclerostin expression was
shown in calcified vessels from patients with T2D and CVD compared to non-calcified
vessels from control subjects. Finally, we observed an involvement of sclerostin in the
decrease of calcium deposition, as well as in cell survival and in the regulation of the
expression of different bone markers, and of inflammatory genes in VSMCs under calcifying
conditions. These findings suggest that sclerostin could play a protective role in the
development of atherosclerosis in patients with T2D. Based on these results, anti-sclerostin
treatment for bone disease should be used with caution.
In summary, this translational research focuses on understanding the pathophysiological
function of osteoglycin and sclerostin, highlighting their impact on vascular physiology. This
analysis is crucial to advance in the early diagnosis of CVD and in the development of
preventive and therapeutic strategies, addressing both alterations in bone metabolism and in
the vascular system, thus improving the quality of life of patients with T2D.
Efecto de la diabetes gestacional en el epigenoma de la madre y su descendenciaLinares Pineda, Teresa Maríahttps://hdl.handle.net/10481/898722024-03-15T11:26:28ZEfecto de la diabetes gestacional en el epigenoma de la madre y su descendencia
Linares Pineda, Teresa María
La creciente prevalencia de la obesidad y la diabetes tipo 2 en los últimos
años se ha convertido en uno de los principales problemas de salud a nivel
mundial. La obesidad aumenta el riesgo de desarrollar diversas
enfermedades, incluyendo la diabetes tipo 2, hipertensión, enfermedades
cardiovasculares entre otras. La diabetes tipo 2 se caracteriza por una
deficiencia de insulina causada por la disfunción de la célula beta y la
resistencia a la insulina en los órganos diana. A pesar de los avances
médicos y las medidas de prevención, la prevalencia de estas condiciones
y sus comorbilidades sigue en aumento.
En este contexto, la Diabetes Gestacional (DG) nos puede ayudar a
entender cómo un ambiente adverso puede afectar a la salud tanto de la
madre como de la descendencia, ya que se ha visto que tienen mayor
probabilidad de desarrollar diabetes tipo 2, obesidad y otras
complicaciones metabólicas.
Se sabe que la metilación del ADN está influenciada por factores
ambientales como pueden ser la nutrición y el entorno intrauterino, lo que
puede estar influyendo en el desarrollo de la diabetes gestacional. Por ello
a lo largo de este trabajo hemos estudiado cómo el ambiente adverso
ocasionado por la hiperglucemia puede afectar al epigenoma y a su vez,
estas marcas epigenéticas pueden estar influyendo en el desarrollo de la
diabetes gestacional, diabetes tipo 2 u otras alteraciones del metabolismo
de la glucosa. En conclusión, nuestros hallazgos sugieren que existe un patrón de
metilación diferenciado entre DG y no DG. Los genes anotados en los DMPs
pueden estar involucrados en el desarrollo de la DG y en alteraciones de
variables metabólicas relacionadas. Además, existen marcas epigenéticas
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que difirieron entre los casos de DG y los controles durante el embarazo, lo
que podría servir potencialmente como biomarcadores para la predicción
de la DG, si se demostrara en etapas más tempranas del embarazo.
También hemos identificado un patrón distintivo en las muestras de saliva
entre los niños nacidos de madres que experimentaron DG durante el
embarazo en comparación con los niños nacidos de madres sin DG.
Algunos de estos DMPs persisten a la edad de un año y están asociados con
variables relacionadas con el patrón de crecimiento del niño.
Finalmente, demostramos que algunas marcas de metilación del ADN para
la diabetes tipo 2 están asociadas también con la DG, lo que sugiere
mecanismos epigenéticos compartidos entre la DG y la DM2.