[en] Cell reprogramming is a cellular restructuring process of somatic cell fate into a pluripotent state similar to that of embryonic stem cells. Given the significant differences between both states, this transformation is associated with a profound reorganization of the cellular phenotype at all levels. To do this, somatic cells must overcome many cellular and molecular barriers along the process. Both cellular states show differences in the mitochondrial morphology and cell metabolism: somatic cells have to modify their mitochondrial network, from a tubular to a fragmented morphology, and reconvert their metabolism, from an oxidative to a glycolytic state. This doctoral dissertation reveals that the mitochondrial and metabolic reorganization is an early barrier that cells must overcome to reach the pluripotent state. It is shown that cell reprogramming-induced mitochondrial fission is dependent on an early Drp1-S579 phosphorylation by Erk1/2 and Cdk1 kinases in a c-Myc-dependent manner. Simultaneously, Erk1/2 activation is dependent on downregulation of Dusp6 by expresión of Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc. Data shown here suggest that c-Myc orchestrate the metabolic change during this cellular reconversion. Thus, c-Myc promotes aerobic glycolysis by inducing the expression of glycolytic enzymes and inhibiting oxidative phosphorylation by upregulation of Atpif1. In parallel, c-Myc also activates both pentose phosphate pathway and de novo fatty acid biosynthesis, two anabolic pathways that support the macromolecular synthesis necessary for cell proliferation. During this metabolic switch, a remodeling of lipid content takes place in a c-Myc-dependent manner. Overall, these data suggest significant similarities between the stochastic phase of cell reprogramming and the early events that lead to tumor development.

[es] La reprogramación celular es el proceso de reconversión del destino celular somático a un estado pluripotente similar al de las células madre embrionarias. Dadas las importantes diferencias entre ambos estados, esta transformación supone una profunda reorganización del fenotipo celular a todos los niveles. Para ello, las células somáticas deben sortear una serie de barreras celulares y moleculares a lo largo de este proceso hasta alcanzar su destino final de célula madre pluripotente inducida. Entre las importantes diferencias que presentan ambos tipos celulares resaltan la morfología mitocondrial y el metabolismo celular: durante la reprogramación celular las células somáticas tienen que modificar su red mitocondrial, desde una morfología tubular a otra fragmentada, y reconvertir su metabolismo, desde un estado oxidativo a otro glucolítico. Este trabajo de tesis doctoral revela que la reconversión de la red mitocondrial y el metabolismo celular es una barrera temprana de la reprogramación celular que las células deben salvar para alcanzar el estado pluripotente inducido. Se demuestra que la fisión mitocondrial inducida por la expresión de los factores Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc durante la reprogramación celular es dependiente de la fosforilación temprana del residuo serina 579 de la proteína de fisión mitocondria Drp1, que las proteínas responsables de esta modificación son las quinasas Erk1/2 y Cdk1, y que este proceso es dependiente del factor c-Myc. La activación temprana de Erk1/2 es, a su vez, dependiente del silenciamiento de la fosfatasa de proteínas Dusp6 inducido por la expresión de Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc. Los datos mostrados en este trabajo sugieren que el cambio metabólico durante esta reconversión celular está impulsado por c-Myc. Así, c-Myc favorece la glucólisis aerobia durante los primeros estadios del proceso mediante la activación de la expresión de enzimas glucolíticas y la inhibición de la fosforilación oxidativa al inducir la expresión de la proteína inhibidora de la ATP sintasa mitocondrial Atpif1. La reprogramación celular es un proceso dependiente de la proliferación celular. En paralelo al cambio metabólico, c-Myc activa la ruta de las pentosas fosfato y la biosíntesis de novo de ácidos grasos, ambas rutas anabólicas necesarias para el sostenimiento de la síntesis de macromoléculas durante la proliferación celular. Durante este proceso de reorganización del metabolismo celular, tiene lugar una profunda remodelación del contenido lipídico de una manera dependiente de c-Myc, afectando al tipo de lípidos estructurales de la célula y a sus residuos acilo. El incremento de la fisión mitocondrial, su activación a través de la fosforilación de Drp1-S579, la regulación de Drp1 por parte de Erk1/2 y Cdk1, el silenciamiento de Dusp6, el cambio metabólico desde un estado oxidativo a otro glucolítico, la inhibición de la fosforilación oxidativa a través de Atpif1, la activación del anabolismo, y la remodelación del contenido lipídico de la célula son procesos vinculados a la transformación celular de ciertos tipos de cánceres. En conjunto, los datos aquí mostrados revelan importantes similitudes entre la fase estocástica de la reprogramación celular y los eventos iniciales que dan lugar al desarrollo de tumores.