[en] In mental illness, the search for biomarkers has been slowed down by the impossibility of obtaining neural samples from living patients. The olfactory neuroepithelium ("Olfactory NEuroepithelium", ONE) is a peripheral nervous tissue that represents an interesting surrogate model to study the effects of drugs on the brain, as well as the etiopathogenesis of the disease itself, since it is closely related to the central nervous system. In the present thesis we use human ONE-derived cells as a tool to search for biological risk factors in mental disorders, specifically risk factors enhanced by cannabis use and risk and response factors to pharmacological treatment in bipolar disorder I (BDI). Cannabis is the third most commonly used psychoactive substance, but it also receives considerable attention as a potential therapeutic drug. BD is a highly heritable psychiatric illness, with a lifetime prevalence of 1-3%. The first-line treatment is lithium which achieves a satisfactory response in monotherapy of approximately 30%. The lack of neurobiological understanding of these pathologies prevents the improvement of current treatments and the discovery of new therapeutic targets. In this thesis we use ONE cells from chronic cannabis users and healthy control subjects to evaluate alterations in relevant cellular processes, and identify changes in functional proteomic pathways due to cannabis use. Following a similar strategy, we seek biomarkers that can help predict clinical response to lithium in patients with BD who respond (lithium responder, LR) or do not respond (lithium non responder, LNR) to lithium, and discover new therapeutic targets. In addition, we will study the neural differentiation potential of olfactory neuroepithelium-derived cells in vivo. ONE cells from cannabis users showed alterations in the expression of proteins related to the cytoskeleton, cell proliferation and cell death. Our results indicate that cannabis may alter key processes in the developing brain, some of which are similar to those reported in mental disorders such as schizophrenia and bipolar disorder. Further studies showed that cannabis caused increased cell size and morphological alterations evident through β-Tubulin III staining, as well as increased expression of β-actin and decreased focal adhesion, suggesting abnormalities of the cytoskeleton and cell adhesion system. On the other hand, proteomic analysis performed on both BD patient-derived cells and blood samples (Peripheral Blood Mononuclear Cell, PBMCs) extracted from patients showed that the PKA signaling pathway was down-regulated in LR patientderived ONE cells compared to healthy control cells, but was up-regulated in LNR. In vitro treatment with lithium restored the PKA pathway, but exclusively in LR patients. One of the functions of PKA signaling is the regulation of the cytoskeleton, so we studied the cellular functions that could be affected by it. We observed that cells from both groups of BD patients showed fewer substrate adhesion points, which was restored after lithium treatment, while cells from LNR patients showed an increase in cell size that was not restored by lithium. We also observed a decrease in cell migration in both LNR and LR patients with respect to the control that was not restored by lithium. We also performed ROC analysis of several proteins that stood out as significant discriminating markers of lithium response. Furthermore, of the 48 proteins that changed their expression when comparing LR or LNR cells with control cells, only one of them, the TK2 protein, was restored only in LR after lithium treatment (AUC: 93.8%; Pvalue: 0.006). In vivo, olfactory neuroepithelium-derived progenitor cells after four weeks of implantation survive, these cells do not present glial markers (GFAP, IBA1), however, there is a high percentage of Neun+ cells in the hippocampus of adult nude mice. These results would indicate that human ONE cells are able to integrate into the neuronal circuitry of a nude mouse and differentiate into mature neurons. However, no significant differences in neuronal differentiation were observed between the different experimental groups (mice with grafted cells from controls, LR and LNR patients). Although taking into account the distribution of MITs in the different areas of the hippocampus we observed an increase of MIT cells coexpressing NeuN only in LNR patients with respect to LR patients. The results of this thesis will allow us to better understand the biological basis of cannabis use and BD, to identify new biomarkers that indicate which patients are more likely to respond adequately to lithium treatment, and to pave the way for the development of new pharmacological therapies.

[es] En las enfermedades mentales, la búsqueda de biomarcadores se ha visto frenada por la imposibilidad de obtener muestras neurales de pacientes vivos. El neuroepitelio olfativo ("Olfactory NEuroepithelium", ONE) es un tejido nervioso periférico que representa un interesante modelo sustitutivo para estudiar los efectos de fármacos en el cerebro, así como la propia etiopatogenia de la enfermedad, ya que está estrechamente relacionado con el sistema nervioso central. En la presente tesis utilizamos células derivadas de ONE humano como herramienta para buscar factores de riesgo biológicos en los trastornos mentales, concretamente factores de riesgo potenciados por el consumo de cannabis y factores de riesgo y de respuesta al tratamiento farmacológico en el trastorno bipolar tipo I (bipolar disorder I, BDI). El cannabis es la tercera sustancia psicoactiva más consumida, pero también recibe una atención considerable como posible fármaco terapéutico. El BD es una enfermedad psiquiátrica altamente heredable, con una prevalencia a lo largo de la vida del 1-3%. El tratamiento de primera línea es el litio que consigue una respuesta satisfactoria en monoterapia de aproximadamente un 30%. La falta de comprensión neurobiológica de estas patologías impide la mejora de los actuales tratamientos y el descubrimiento de nuevas dianas terapéuticas. En esta tesis utilizamos células ONE de consumidores crónicos de cannabis y de sujetos control sanos para evaluar alteraciones en los procesos celulares relevantes, e identificar cambios en las vías proteómicas funcionales debido al consumo de cannabis. Siguiendo una estrategia similar, buscamos biomarcadores que puedan ayudar a predecir la respuesta clínica al litio en pacientes con BD que responden (lithium responder, LR) o no al litio (lithium non responder, LNR), y descubrir nuevas dianas terapéuticas. Además, estudiaremos el potencial de diferenciación neural de las células derivadas del neuroepitelio olfativo in vivo. Las células del ONE de consumidores de cannabis mostraron alteraciones en la expresión de proteínas relacionadas con el citoesqueleto, la proliferación y la muerte celular. Nuestros resultados indican que el cannabis puede alterar procesos clave del cerebro en desarrollo, algunos de los cuales son similares a los registrados en trastornos mentales como la esquizofrenia y el trastorno bipolar. Estudios posteriores demostraron que el cannabis provocaba un aumento del tamaño de las células y alteraciones morfológicas evidentes a través de la tinción de β-Tubulina III, así como una mayor expresión de β- actina y una disminución en la adhesión focal, sugiriendo anormalidades del citoesqueleto y del sistema de adhesión celular. Por otro lado, el análisis proteómico realizado tanto en las células derivadas de pacientes con BD como en muestras de sangre (Peripheral Blood Mononuclear Cell, PBMCs) extraídas de los pacientes mostró que la vía de señalización PKA estaba regulada a la baja en las células del ONE derivadas de pacientes LR en comparación con las de control sano, pero estaba regulada al alza en LNR. El tratamiento in vitro con litio restauró la vía PKA, pero exclusivamente en pacientes LR. Una de las funciones de la señalización PKA es la regulación del citoesqueleto, por eso, estudiamos las funciones celulares que podrían verse afectadas por este. Observamos que las células de ambos grupos de pacientes de BD mostraban menos puntos de adhesión al sustrato, que se restableció tras el tratamiento con litio, mientras las células de pacientes LNR mostraron un aumento del tamaño celular que no fueron restauradas por el litio. Observamos también una disminución en la migración celular tanto en pacientes LNR y LR respecto al control que no fue restaurada por el litio. Realizamos también un análisis ROC de varias proteínas que destacaron como marcadores significativamente discriminantes de la respuesta al litio. Además, de las 48 proteínas que cambiaron su expresión al comparar las células de LR o LNR con las de control, sólo una de ellas, la proteína TK2, se restauró sólo en LR tras el tratamiento con litio (AUC: 93,8%; Pvalue: 0,006). In vivo, las células progenitoras derivadas de neuroepitelio olfativo tras cuatro semanas de implantación sobreviven, estas células no presentan marcadores gliales (GFAP), sin embargo, hay un alto porcentaje de células Neun+ en el hipocampo de ratones nude adultos. Estos resultados indicarían que las células humanas ONE son capaces de integrarse en el circuito neuronal de un ratón nude y diferenciarse hacía neuronas maduras. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas en la diferenciación neuronal entre los diferentes grupos experimentales (ratones con células injertadas de controles, pacientes LR y LNR). Aunque si se tiene en cuenta la distribución de las células progenitoras humanas derivadas del neuroepitelio olfativo en las diferentes áreas del hipocampo podemos observar un aumento de células humanas que coexpresan NeuN solo en los pacientes LNR respecto a los LR. Los resultados de esta tesis permitirán comprender mejor las bases biológicas del consumo de cannabis y del BD, identificar nuevos biomarcadores que indiquen qué pacientes tienen más probabilidades de responder adecuadamente al tratamiento con litio, y allanar el camino para el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas.