Integration of cellular signaling pathways in health and disease.

Inleiding en algemene doelstelling Inzicht in de werking van het menselijk lichaam vereist een grondige kennis van de moleculaire signalen die plaatsvinden op het niveau van individuele cellen. Dankzij diverse receptoren kunnen cellen veranderingen in hun omgeving waarnemen en een snelle cellulaire reactie op gang brengen. Receptoractivatie initieert tal van complexe moleculaire signaalwegen, die uiteindelijk de aard van de cellulaire respons bepalen: celgroei en celdifferentiatie, beweging en contractie, de vrijzetting van signaalmoleculen en ook celdood. Het disfunctioneren van zulke cellulaire signaalwegen ligt aan de basis van vele ziekten bij de mens, ondermeer cardiovasculaire en neurodegeneratieve ziekten, infectieziekten, diabetes en kanker. De algemene doelstelling van dit project is het verkrijgen van nieuwe inzichten in de eigenschappen en interacties van verschillende cellulaire signaalwegen onder normale en pathologische omstandigheden. Een beter begrip van deze processen vormt mogelijk de basis voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Omwille van de diversiteit en complexiteit van de cellulaire signaalwegen, vereist dit onderzoek een veelzijdig en multidisciplinair team van onderzoekers, alsook de permanente ontwikkeling van innovatieve technologieën. Wij stellen een netwerk voor bestaande uit zeven Belgische en twee buitenlandse partners, met zeer complementaire expertise op het vlak van cellulaire signaalwegen, met inbegrip van Ca2+, fosfoinositiden, plasmamembranaire en nucleaire receptoren, chromatine-signalering, proteïne-fosforylatie/defosforylatie en andere post-translationele modificaties. Het netwerk heeft toegang tot een breed scala van cellulaire en moleculaire technieken en tot relevante genetisch gemodificeerde cellulaire en muismodellen, alsook tot patiëntenstalen, hetgeen een translationele benadering mogelijk maakt. Het netwerk omvat tevens een partner gespecialiseerd in interactoom-biologie en bioinformatica, hetgeen zeer belangrijk is voor het integreren van de interacties tussen de verschillende cellulaire signaalwegen. Naast de uitgebreide onderzoeksmogelijkheden biedt het netwerk ook unieke kansen voor de opleiding en uitwisseling van doctoraatsstudenten en postdoctorale onderzoekers. Het netwerk is een vervolg op het succesvolle IAP P6/28 consortium, waardoor al talrijke vruchtbare samenwerkingsverbanden tussen de netwerkpartners bestaan. Kort overzicht van de geplande onderzoek Het geplande onderzoek is onderverdeeld in zes werkpakketten (WPs), elk gericht op een specifiek type van cellulaire signaaltransductie: WP 1: Mechanismen en (patho)fysiologische aspecten van ionentransport. In dit WP zal de functie en regulatie van de verschillende transport eiwitten worden bestudeerd, in relatie tot hun normale, fysiologische rol en hun rol bij het ontstaan van ziekten. Het onderzoek naar het moleculaire werkingsmechanisme van TRP (transient receptor potential) kanalen en P-type ATPasen, hun cellulaire regeling en functionele interactie met andere transporteiwitten en signaalwegen kan belangrijke nieuwe inzichten verschaffen betreffende pijn, ontsteking, nierfunctie, suikerhuishouding, hartfalen en kanker. WP 2: Fosforylatie in celproliferatie en kankermodellen. Dit WP heeft tot doel de rol van eiwitfosforylatie in diverse modellen van kanker te onderzoeken, gericht op de precieze werking specifieke tumor onderdrukkende, oncogene of angiogene signaalmoleculen, zoals PP2A, PP1, Akt/PKB, AMPK, SHIP2, p53 en Stat3. Deze processen zullen worden geanalyseerd via klassieke moleculair biologische benaderingen, maar ook door verschillende 'omics' strategieën, inclusief interactomics en phosphoproteomics. Dit onderzoek kan uiteindelijk leiden tot de identificatie van nieuwe doelwitten voor therapeutische interventie. WP 3: Ca2+ in leven en dood van de cel. In dit WP onderzoeken we hoe Ca2+ signalen cruciale cellulaire processen regelt, waaronder celgroei, celdood en autofagie. Aan bod komen 1) de rol van de intracellulaire Ca2+ kanalen in apoptose en hun regeling door eiwitten van de Bcl-2 familie, 2) de rol van IP3 receptoren en P-type ATPasen in de inductie en regulatie van autofagie, en 3 ) de rol van TRP-kanalen in cel proliferatie en neuronale uitgroei. De resultaten van dit WP zijn relevant voor de pathofysiologie van kanker, cardiale hypertrofie en spierdystrofie. WP 4: Fosfoinositide-afhankelijke controle van celgroei en celmetabolisme De focus van dit WP is op de verschillende enzymen die de interconversie van membraan phosphoinositides katalyseren, en hun effecten op celgroei en celmetabolisme. Met name de functionele regulatie van PI kinases (vb. PI 5-kinase, PIKfyve), inositolfosfaat kinase (vb. IPMK), PI fosfatasen (vb. SHIP2), en proteïne kinases (PKB/Akt en PDK1), en hun rol in celgroei, glucose- en vetzuurmetabolisme worden onderzocht. De resultaten van dit onderzoek zullen nieuwe inzichten verschaffen in de mechanismen die betrokken zijn bij het ontstaan van diabetes, obesitas en het metabool syndroom. WP 5: Signalering via chromatine-modificerende enzymen Dit WP behandelt de effecten van cellulaire signaalwegen op genexpressie. Bijzondere aandacht zal uitgaan naar covalente modificaties van histonen, waaronder fosforylering, acetylering en ubiquitinatie van specifieke residuen in de N-terminale histon-staarten. De rol van de enzymes proteïne fosfatase-1 (PP1), histon deacetylase (HDAC) en deubiquitinerende enzymen (DUBS) in bloedvatontwikkeling en kanker zal worden onderzocht. WP 6: Analyse van signaalcomplexen via interactomics. Het begrijpen van de functie en regulatie van de signaaleiwitten vereist een gedetailleerde kennis van de grotere eiwitcomplexen waarvan zij deel uitmaken. Gezien elke cel enkele duizenden eiwitten tot expressie brengt, is het aantal potentiële eiwit-eiwit complexen in een cel immens. De netwerkpartners beschikken over een uniek gamma aan moleculaire en in silico technieken om eiwit-eiwit interacties op grote schaal te analyseren, alsooktechnieken om dergelijke interacties specifiek te verstoren. In dit WP zullen deze technologieën verder worden ontwikkeld en toegepast op belangrijkste elementen uit WP1-5 (TRP-kanalen, P-type ATPasen, fosfatases/kinases, receptoren ...). De functionele en pathofysiologische gevolgen van deze interacties zullen dan nader worden onderzocht binnen de verschillende WPs.

Trefwoorden:Pathways, Cellular, Integration

Disciplines:Laboratoriumgeneeskunde, Palliatieve zorg en zorg rond het levenseinde, Regeneratieve geneeskunde, Andere basiswetenschappen, Andere gezondheidswetenschappen, Verpleegkunde, Andere paramedische wetenschappen, Andere translationele wetenschappen, Andere medische en gezondheidswetenschappen