Thesis: Paula Doria Borrell

Directores/as: Vicente Pérez García

Title: The role of BAP1 in early human placentation: Implications for trophoblast differentiation and preeclampsia

Abstract: La placenta humana es un órgano especializado y transitorio, esencial para el crecimiento fetal y la adaptación materna durante el embarazo. Como principal interfaz entre los tejidos maternos y fetales, la placenta media el intercambio de nutrientes, oxígeno, hormonas y productos de desecho, al tiempo que ejerce funciones endocrinas e inmunológicas.
La placentación se origina en el trofectodermo del blastocisto, donde los citotrofoblastos, la población proliferativa, se diferencian en dos linajes clave: los trofoblastos extravellosos, que invaden el endometrio materno y remodelan las arterias espirales, y los sincitiotrofoblastos, que forman la interfaz materno-fetal. Las alteraciones en estos procesos subyacen a complicaciones importantes del embarazo, siendo la preeclampsia una de las principales causas de morbilidad y mortalidad materna y perinatal. Por ello, comprender los mecanismos moleculares que regulan la placentación temprana es crítico para mejorar el diagnóstico y tratamiento de los trastornos del embarazo. Los últimos avances han permitido establecer líneas celulares de células madre de trofoblasto humano inmortalizadas capaces de diferenciarse en ambos linajes, así como organoides tridimensionales de trofoblasto que reproducen las propiedades celulares y funcionales de la placenta humana.
La proteína asociada a BRCA1 (BAP1) es una desubiquitinasa nuclear y un supresor tumoral con diversas funciones en la regulación del ciclo celular, apoptosis, reparación del daño en el ADN, metabolismo, ferroptosis y expresión génica. Como subunidad catalítica del complejo Polycomb Repressive–Deubiquitinase (PR-DUB), BAP1 elimina la ubiquitina de la histona H2A, en la lisina 119 (H2AK119Ub), contrarrestando la acción del Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1).
Los estudios funcionales demuestran que BAP1 es esencial para la placentación temprana en ratones, y su función reguladora dentro del complejo PR-DUB parece estar conservada en humanos. Curiosamente, los niveles de BAP1 deben reducirse durante la invasión trofoblástica, un fenómeno que recuerda los mecanismos mediante los cuales las mutaciones de BAP1 promueven la metástasis tumoral. Basándose en estos hallazgos, esta tesis explora el papel de BAP1 en el desarrollo temprano de la placenta humana, con el objetivo de comprender las vías moleculares controladas por BAP1 y cómo su alteración puede contribuir a complicaciones del embarazo.
Para abordar estas preguntas, se emplearon líneas de célula madre de trofoblasto humano (hTSC) y citotrofoblastos primarios aislados de placentas de primer trimestre, cultivados en sistemas bidimensionales y tridimensionales. Paralelamente, se analizaron tejidos placentarios de dos cohortes clínicas independientes junto con bases de datos públicas. Los modelos se analizaron mediante técnicas moleculares y funcionales, junto con análisis transcriptómicos, proteómicos y
epigenéticos para evaluar los efectos de la disminución y sobreexpresión de BAP1 en la biología del trofoblasto.
Los resultados de esta tesis identifican a BAP1 como un regulador clave del estado de células madre y de la identidad epitelial del trofoblasto, con un papel conservado entre células humanas y de ratón. En modelos de hTSC y organoides, la expresión sostenida del complejo BAP1 mantiene el estado indiferenciado al reforzar la adhesión célula-célula, mientras que su reducción activa programas de transcripción que promueven la diferenciación hacia ambos linajes. La pérdida de BAP1 no altera la red génica central de células madre, pero aumenta la proliferación y reduce la adhesión. De manera contraria, la sobreexpresión de BAP1 reduce la proliferación y potencia vías relacionadas con la adhesión. Estos hallazgos confirman la conservación evolutiva del papel dual de BAP1: estabilizar las características epiteliales y limitar la proliferación en células madre, siendo clave para la diferenciación del trofoblasto y proporcionando una nueva ventana para comprender la disfunción trofoblástica en placentas con preeclampsia de inicio temprano (EO-PE).
Los análisis transcriptómicos y proteómicos revelaron vías específicas alteradas por la desregulación de BAP1, incluyendo el metabolismo de glicoproteínas y las rutas MAPK, Hippo y JAK–STAT. La firma génica derivada de los resultados de los organoides con sobreexpresión de BAP1 segregó claramente las placentas EO-PE respecto a los controles, pero no separó las placentas con restricción del crecimiento intrauterino (IUGR) o diabetes gestacional (GDM). Esta especificidad indica que los cambios transcripcionales inducidos por BAP1 están alineados con la fisiopatología de EO-PE más que con disfunción placentaria general. Además, los estudios en tejido mostraron una sobreexpresión de BAP1, ASXL3 y ASXL2 en EO-PE, pero no en preeclampsia de inicio tardío (LO-PE) o IUGR, sugiriendo que la alteración de PR-DUB se asocia específicamente con la forma más severa y temprana de la enfermedad.
Este trabajo revela cómo un conocido supresor tumoral orquesta el desarrollo temprano de la placenta. El papel de BAP1 en el mantenimiento de la identidad epitelial y su regulación controlada durante la especificación invasiva reflejan fenómenos observados en tumores con deficiencia de BAP1. Los trofoblastos con sobreexpresión de BAP1 reproducen características clave de la EO-PE, incluyendo la alteración en la formación de STB y EVT, un aumento de la adhesión y una reducción de la proliferación, proporcionando un modelo in vitro fisiológicamente relevante