Onderzoeksproject P7/32 (Onderzoeksactie P7)
De inflammatoire respons speelt een cruciale rol bij een hele reeks herstelprocessen en bij de verdediging
van het organisme tegen pathogenen. Alhoewel deze inflammatoire respons in hoofdzaak positieve effecten
heeft, kunnen er ook nadelige gevolgen optreden bij onvolledige of foute regulatie van het inflammatoire
antwoord. Als gevolg daarvan kunnen een aantal acute of chronische inflammatoire ziektes ontstaan. Deze
patiënten vertonen continue weefselschade die veroorzaakt wordt door celdood, extracellulaire matrix
reorganisatie en/of overmatige productie van inflammatoire cytokines. Veel inflammatoire stimuli maken
gebruik van de activering van de transcriptiefactor NF-B, die pro-inflammatoire genexpressie en
cellulaire overleving reguleert. Het is dus van primordiaal belang om de verschillende wegen die de NF-B
activiteit controleren te ontrafelen. Celdood en inflammatie zijn intrinsiek met elkaar verbonden.
Excessieve celdood, apoptose of necrose, kan tot weefselbeschadiging leiden met inflammatie en/of
degeneratie als gevolg. Omgekeerd kan inflammatie celdood processen moduleren. Recent werd door
onderzoekers van dit netwerk netwerk ontdekt dat necroptotische celdood (een gereguleerde vorm van
necrotische celdood) aan de basis zou kunnen liggen van een aantal inflammatoire ziekten. Verder blijken
veel vormen van stress te leiden tot de activering van de “unfolded protein response” (UPR) in het
endoplasmatisch reticulum (ER stress) en autofagie (een streng-gecontroleerd catabolisch proces
waarbij cel-eigen componenten gedegradeerd worden via lysosomen). Autofagie werd geïdentificeerd als
een belangrijk celdood en inflammatie modulerend proces. NF-κB controleert eveneens autofagie, dat op zijn
beurt een belangrijke rol speelt bij de overleving van gestresseerde cellen. ER stress kan zowel celdood als
activering van NF-B induceren. Daarom willen we binnen dit voorstel de moleculaire mechanismen
van celdood en NF-B verder bestuderen.
De interactie tussen celdood en inflammatie kan ook bijdragen tot de ontwikkeling van kanker omdat
inflammatoire cytokines overlevings- en anti-apoptotische mechanismen activeren. De modulerende rol van
celdood in inflammatie wordt eveneens geïllustreerd door het feit dat stervende cellen “danger/damage
associated molecular patterns (DAMPs)” genereren en vrijstellen, die op hun beurt de immuunrespons
kunnen initiëren of onderdrukken, en zo kunnen meehelpen aan de anti-tumor responsen tijdens
chemotherapie (= immunogene celdood). Verder lijken wijzigingen in de cellulaire huishouding van de
vetzuurproductie vaak noodzakelijk te zijn voor resistentie tegen celdood. Tenslotte moet nog vermeld
worden dat modulatie van celdood en inflammatie cruciaal is in de gastheerrespons op infectie door microorganismen.
De precieze moleculaire mechanismen die de interactie tussen deze cellulaire processen
controleren zijn echter nog onvolledig begrepen. Het identificeren op organisme niveau van de
werkingsmechanismen bij inflammatoire en infectieziektes en bij kanker blijft dus een immense uitdaging.
Verder willen we de fundamenteel moleculaire inzichten in de inflammatie-celdood relatie aanwenden in
therapeutische applicaties.
De voornaamste doelstellingen van ons netwerk zijn dan ook: (1) de identificatie van de moleculaire
mechanismen en signaalwegen die celdood en inflammatie reguleren, (2) het aantonen van hun relevantie
in muismodellen van infectie of inflammatoire ziektes en in kanker modelsystemen beschikbaar binnen
ons netwerk, en (3) het vertalen van deze basiskennis in potentiële therapeutische applicaties.
Ons netwerk bestaat uit 4 nationale en 2 internationale partners, die 16 onderzoeksgroepen samenbrengen
(7 Ugent, 2 K.U.Leuven, 3 Ulg, 2 WIV-ISP, S. Fulda, A. Samali) die allen wijde erkenning genieten binnen
hun specifiek onderzoeksdomein. Het netwerk telt drie universiteiten (Ugent, K.U.Leuven en Ulg), één
federaal instituut (WIV-ISP, Brussel) en twee internationale partners (Goethe University Frankfurt,
National University of Ireland, Galway). Deze uitgebalanceerde netwerksamenstelling, de link naar andere
onderzoeksnetwerken (MRP, Europese projecten, Methusalem, Hercules, FWO, IWT-SBO, WelBio) en de
reeds bestaande relaties met buitenlandse experten in de specifieke onderzoeksdomeinen van dit voorstel,
voorzien in de noodzakelijke kritische massa en toegevoegde waarde die praktisch niet kunnen
aangeleverd worden door één enkele onderzoeksgroep in een nationale context. Daarom zullen de
consortium vergaderingen fungeren als ‘mini-conferenties’ waarin de verschillende facetten van de
onderzoeksresultaten uit het domein van celdood en inflammatie gepresenteerd en bediscussieerd zullen
worden.
Objectief 1: Identificatie van de moleculaire mechanismen en signaalwegen die celdood en inflammatie controleren.
NF-κB signalisatie controleert de expressie van talrijke pro-inflammatoire genen en moduleert celdood. Gedereguleerde NF-κB activering kan bijdragen tot inflammatoire ziektes en kanker.
NF-κB signaalwegen (de zogenoemde klassieke en alternatieve NF-B signaalwegen) geïnitieerd door
inflammatoire cytokines (TNF, IL1, IL-33), microbiële en endogene liganden herkend door “pattern
recognition receptors” (TLRs, RIG-I, Nod2), antigen receptoren (TcR, BcR), ATP receptoren, oncogene
translocaties (IAP2/MALT1) en cellulaire stress condities (bv, ER-stress, foto-oxidatieve stress) zullen
bestudeerd worden. Verschillende partners in het consortium zullen ER-stress geïnduceerde signaal
transductie bestuderen: de regulatie, de cross-talk met NF-κB signalisatie en het finale effect op de cel (bv.
Immunogene tumorceldood). Het onderzoek zal hoofdzakelijk vertrekken vanuit de “molecule”, met focus op
sleutelmoleculen zoals ubiquitinylatie-modulerende enzymen (A20, cIAPs, CYLD), proteasen (MALT1,
caspasen), lipid-modificerende enzymen, en kinasen (NIK, TBK1, IKK, ATM, RIPKs, PERK), waarvan
gekend is dat zij ontregeld zijn in inflammatoire ziektes en/of kanker. Nieuwe eiwit-eiwit interacties, die als
substraten of regulatoren van de bestudeerde eiwitten kunnen fungeren, zullen geïdentificeerd worden en
verder geanalyseerd door middel van innovatieve proteomics end genomics methodes. Deze bevindingen
van het consortium zullen ook geïntegreerd worden in een bio-informatica netwerk om het globaal
functioneren en de mogelijke interacties met andere signaal-, metabolische- en ziektenetwerken beter te
begrijpen. Zeer recent werd aangetoond dat de S/T kinasen RIPK1 en RIPK3 een cruciale rol spelen in de
vorming van het necrosoom complex dat necroptosis induceert, maar eveneens interageren met het bioenergetisch
metabolisme. Op welke manier ER-stress en autofagie controle uitoefenen op celdood en
inflammatie, en hoe dit aanleiding geeft tot DAMP-vorming en -expositie (membraaneiwitten, intracellulaire
eiwitten, lipiden, cytokines, ATP, enz.) vormt een uitdagende vraagstelling. De studie van necroptotische en
ER-stress-geïnduceerde signaalcascades vormen twee belangrijke onderzoeksonderwerpen in dit IAP
netwerk. Deze DAMPs kunnen potentiële targets zijn om therapeutica te ontwikkelen die inflammatoire
reacties reduceren (anti-inflammatoire DAMPs) of zullen bijdragen tot betere antikanker behandelingen
(immunogene celdood geïnduceerd door chemotherapeutica). De cytokines IL-1β en IL-18 zijn belangrijke
mediatoren in inflammatie. Hun transcriptie wordt gereguleerd door NF-κB, maar om volledig actief te
worden, is ook post-translationele modificatie noodzakelijk door caspase-1, die gereguleerd wordt door
zogenoemde inflammasoom complexen. De ‘cross-talk’ tussen NF-κB signalisatie en het NLRP3
inflammasoom zal bestudeerd worden, alsook de betrokkenheid in de ontwikkeling van diabetes in obese
patiënten en de regulatie door onverzadigde vetzuren.
Objectief 2: Identificatie van de in vivo rol van celdood en inflammatie mediatoren in inflammatie- en
kanker-gerelateerde muismodellen
Om de fysiologische relevantie van onze bevindingen te toetsen, zullen er nieuwe transgene en conditionele
knock-out/knock-in muislijnen ontwikkeld worden (bv. A20, CYLD, optineurin, NIK, IKK, RIPK1, RIPK3,
RIPK4, enz.). Deze zullen uitgetest worden in specifieke ziektemodellen, waarvoor de expertise binnen ons
consortium aanwezig is (bv. Septische shock, CLP, diabetes, astma, huidontsteking, leverontsteking,
ontsteking van de ingewanden, multiple sclerosis, tumormodellen, neuronale degeneratie, enz.). Een zeer
interessante bevinding is dat RIPK1/RIPK3-afhankelijke necroptose een belangrijke speler lijkt te zijn in in
vivo inflammatoire reacties, zoals SIRS (systemic inflammatory response syndrome) en ontsteking van de
ingewanden. Daarom zal de rol van de RIPK1/RIPK3-signaalweg in bijkomende in vivo inflammatoire
modelsystemen (sepsis, neuronale degeneratie, huidontsteking, astma, kanker, diabetes, enz.) bekeken
worden. Dit zou kunnen leiden tot nieuwe therapeutische strategieën voor de behandeling van inflammatie
door het focuseren op necroptose als doelwit. We zullen ook de in vivo bijdrage van specifieke caspasen
(caspase-1, -3, -7) bestuderen alsook apoptotische celdood in inflammatoire modellen.
Objectief 3: Translationeel onderzoek ter identificatie van nieuwe potentiële therapeutische
applicaties voor de behandeling van inflammatie en kanker.
Verschillende partners zijn ook betrokken in de ontwikkeling van therapeutische tools die interfereren met
belangrijke inflammatoire mediatoren zoals TNF, IL-33, MMPs (matrix metalloproteinasen) of die de
inactivering van glucocorticoid receptoren verhinderen. Onderzoekers van ons netwerk hebben recentelijk
ontdekt dat RIPK1/RIPK3-afhankelijke necroptose een nieuwe piste zou kunnen zijn voor de inductie van
celdood in apoptosis-resistente cellen, waaronder primaire tumoren uit patiënten. Dit zou nieuwe
translationele perspectieven kunnen bieden om necroptose te introduceren als een nieuwe behandeling bij
apoptose-resistente kankers. Eens nieuwe DAMPS geïdentificeerd zijn (objectief 1), zullen we ook preklinische
DAMP(s)-gebaseerde therapeutische muismodellen voor de behandeling van inflammatie
(onderdrukken van DAMPs) of kanker (stimuleren van DAMPs) ontwikkelen.
