Sepsis is a complex syndrome that causes an exaggerated immune response as a result of infection, which can lead to organ dysfunction and ultimately death. In some cases, sepsis can progress to septic shock, which is characterized by acute organ dysfunction that can result in severe circulatory and metabolic failure, increasing the risk of mortality. Patients with sepsis or septic shock who are admitted to the Intensive Care Unit (ICU) and experience organic dysfunction and need for mechanical ventilation for at least 7 days are classified as chronically critically ill (CCI). If they are hospitalized for at least 14 days and meet a series of specific immunological and metabolic characteristics, they are classified as patients with PICS (Persistent Inflammation, Activation of Catabolism, and Immunosuppression Syndrome). Therefore, early detection of sepsis is essential for disease management, and understanding which molecular and epigenetic mechanisms are altered in each group of patients can help predict their evolution. The identification of new biomarkers will allow the establishment of adequate follow-up protocols for these patients to reduce high mortality and improve the quality of life of septic patients who survive sepsis. In this doctoral thesis, the effect of citrullinated histones was characterized in a model of human endothelial cells. These histones are released into the bloodstream by innate immunity processes, such as ETosis (extracellular traps), and the endothelial tissue is the first to come into contact with the histones. Likewise, circulating and citrullinated histone levels were analyzed in plasma samples and correlated with the clinical characteristics of surviving and non-surviving patients with sepsis and SS. Thanks to this, we identified that citrullinated histones do not cause damage to endothelial cells, especially in comparison with those histones without induced modifications, and are capable of activating endothelium-mediated immune responses. In addition, we observed that in patients, histones were related to coagulation and immunomodulation factors, while citrullinated histones were negatively correlated with coagulation events. On the other hand, we characterized which microRNA expression changes and DNA methylation patterns are involved in the evolution of septic patients, CCI, and PICS. Thanks to this, we observed that the analysis of miR-10395-3p, miR-122, let-7a-5p, and miR-133a, or the gene methylation changes of IL12RB2, LEF1, TCF7, CD3G, PDCD1, DEFA4, IL10, and TNFSF4 will allow us to predict at early stages which patients will evolve into these clinical subgroups. Likewise, miR-150-5p and miRNA-335-5p will help discern which patients will present persistent inflammation, while miR-27b and miR-4512, together with the methylation changes of the PRTN3, CLEC2D, CD3D, PRF1 genes, would help discern whether patients who develop PICS will suffer long-term immunosuppression.La sepsis es un síndrome complejo que provoca una respuesta inmunitaria exacerbada como resultado a una infección, lo que puede causar disfunción orgánica y, en última instancia, la muerte. La sepsis puede avanzar a shock séptico (SS), caracterizado por una disfunción orgánica aguda que puede provocar una insuficiencia circulatoria y metabólica grave, aumentando el riesgo de mortalidad. Los pacientes con sepsis o SS ingresados durante al menos 7 días en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) que presentan disfunción orgánica y necesidad de ventilación mecánica se clasifican como enfermos críticos crónicos (ECC), los cuales, si están ingresados al menos 14 días y cumplen una serie de características inmunológicas y metabólicas específicas, se clasifican como pacientes con PICS (Síndrome de inflamación persistente, activación del catabolismo e inmunosupresión). Por lo tanto, la detección temprana de la sepsis es fundamental para el manejo de la enfermedad, y comprender los mecanismos moleculares que llevan a los diferentes fenotipos clínicos ayudará a predecir su evolución. La identificación de nuevos biomarcadores permite establecer protocolos de seguimiento adecuados para estos pacientes, con el objetivo de reducir la elevada mortalidad y mejorar la calidad de vida de los pacientes sépticos que sobreviven a una sepsis. En esta tesis doctoral se caracterizó, en un modelo de células endoteliales humanas, cómo afectan las histonas citrulinadas. Estas histonas son liberadas al torrente sanguíneo mediante procesos de la inmunidad innata, como la ETosis, siendo el tejido endotelial el primero en entrar en contacto con las histonas. Así mismo, se correlacionaron los niveles plasmáticos de histonas circulantes y citrulinadas con las características clínicas de los pacientes con sepsis y SS supervivientes y no supervivientes. Así, se identificó que las histonas citrulinadas no causan daño a las células endoteliales, aunque sí son capaces de activar respuestas inmunitarias mediadas por el endotelio, facilitando la respuesta inmune. Además, en los pacientes con SS, observamos que las histonas circulantes se relacionaron con factores de coagulación e inmunomodulación, mientras que las histonas circulantes citrulinadas correlacionaron negativamente con los eventos de coagulación. Por otro lado, se caracterizó cómo están involucrados los cambios de expresión de microRNAs y los patrones de metilación del DNA en la evolución de los pacientes con sepsis, ECC y PICS. Se observó que los niveles circulantes del miR-10395-3p, miR-122, let-7a-5p y miR-133a, así como los cambios de metilación de los genes IL12RB2, LEF1, TCF7, CD3G, PDCD1, DEFA4, IL10, TNFSF4 a tiempos iniciales indican qué pacientes evolucionarán a estos subgrupos clínicos. Así mismo, los microRNAs miR-150-5p y miRNA-335-5p sugieren una inflamación persistente, mientras que los microRNAs miR-27b y miR-4512, junto a los cambios de metilación de los genes PRTN3, CLEC2D, CD3D, PRF1 podrían ayudar a discernir qué pacientes sufrirán una inmunosupresión a largo plazo.