Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "De impact van hypoxie op de ontsteking en het ontstaan van tumoren in Coltitis Ulcerosa." "Max Mazzone" "Laboratorium voor Tumorinflammatie en Angiogenese (VIB-KU Leuven), Universitätsklinikum Heidelberg, Royal College of Surgeons in Ireland, University College Dublin" "Colitis Ulcerosa (UC) is een drainerende intestinale inflammatoire aandoening die ongeveer 1:200 personen treft, deze algemeenheid is proportioneel hoog in Europa. Naast het beleven van zware klinische symptomen, ontwikkelen 10-18% van de UC patiënten eveneens inflamatoire gerelateerde darmkanker. De moleculaire mechanismen die zowel pathologie als het verhoogd risico voor kanker bij UC-patiënten ondersteunen blijven onduidelijk en efficiënte behandeling is een duidelijk gedefineerde klinische nood. Het werd onlangs duidelijk dat de micro-omgeving in UC aanzienlijke gevolgen heeft voor inflammatie en tumor progressie via de bevordering van immune, angiogenetische en metabolische processen. We testen de hypothese dat de micro-omgeving (specifiek weefselhypoxie) een key-determinator voor mucosale inflammatie en het risico voor het ontwikkelen van darmkanker in UC patienten. Hypoxie is een kenmerk van intestinentale mucosa tijdens UC. Hydroxylasen zijn zuurstof sensing enzymen die de transcriptionele respons naar hypoxia controleren door het reguleren van de hypoxie-induceerbare factor (HIF;4). Voorgaand onderzoek dat gebruik maakt van een systeembiologische aanpak, geïnformeerd door iteratieve wiskundige modellering en biologische experimenten implicerend dat de HIF pathway een key signaling hub is tijdens chronische inflammatie. Gebaseerd hierop, voorspellen we dat de mate en tijdsduur van mucosale hypoxie ervaren door UC patienten een key driver is van ziekteprogressie. In deze proof of concept studie voor systemen geneeskunde, zullen we gebruik maken van een klinische aanpak geintegreerd met computional biologie en voorafgaande gegenereerde wiskundige modellen geinformeerd door klinische metingen om de relatie tussen weefsel hypoxie/ HIF activatie en inflammatie/tumor ontwikkeling in UC patienten te onderzoeken. De succesvolle voltooiing van dit programma laat ons toe gepersonaliseerde preventie, diagnose en behandelingsregimen te promoten voor UC patienten gebaseerd op de individuele micro-omgeving kenmerken van hun ziekte." "Daphnia: van een ecologisch naar een biomedisch microbioom model in de context van hypoxie" "Ellen Decaestecker" "Biologie, Campus Kulak Kortrijk, Klinische Digestieve Oncologie" "In en op het oppervlak van een gastheer leven microbiota zoals bacteriën. Deze microbiële gemeenschap wordt het microbioom genoemd en heeft een invloed op de gastheer fysiologie en gezondheid. Zo kan het in verband worden gebracht met ziektebeelden zoals darmaandoeningen en toleranties van de gastheer voor milieustressoren. Helaas is het onderzoek naar causale bijdragen van het gastheer-geassocieerde microbioom aan ziektebeelden of aan stress gekoppelde fenotypes erg beperkt door complexe interacties tussen microbiota binnenin de gastheer enerzijds en tussen de gastheer en de microbiota anderzijds. Lange tijd werden voornamelijk gewervelde diermodellen gebruikt om causale verbanden te onderzoeken, maar meer recent is er een toenemende interesse voor het gebruik van alternatieven, zoals ongewervelde diermodellen. Dit komt voornamelijk omdat deze modellen het potentieel hebben om te worden gebruikt in grootschalige studies op een kosten-, arbeids- en middelenefficiënte manier zonder ethische beperkingen. Het doel van dit doctoraat was om het gebruik van de watervlo, Daphnia magna, als interdisciplinair testmodel voor gastheer-microbiota interacties te onderzoeken. Meer specifiek richtten we ons op het effect van hypoxie, een lage hoeveelheid aan zuurstof, op deze interacties aangezien de microbiota-geïnduceerde veranderingen ten gevolge van hypoxie onvoldoende bestudeerd zijn in ecologie en daarenboven in verband worden gebracht met ziektebeelden bij de mens.In de eerste twee hoofdstukken, werd het gebruik van Daphnia als ecologisch modelsysteem voor het testen van gastheer-microbiota interacties onder hypoxie onderzocht. In het eerste hoofdstuk vergeleken we het effect van zuurstof concentraties (normaal versus hypoxie) op de prestaties van Daphnia, de microbiële gemeenschap van Daphnia en de microbiële gemeenschap van het medium die Daphnia omringt en dit voor twee genotypes. We ontdekten dat een lage hoeveelheid zuurstof de prestaties van Daphnia in het algemeen negatief beïnvloedde. Beide genotypes hadden een kleinere kans om te overleven en hadden een lagere reproductie in hypoxie ten opzichte van in een normale zuurstof concentratie. Hoewel beide genotypes door een lage zuurstof concentratie kleiner bleven, was er een significant verschil tussen de genotypes waarbij de ene kleiner was dan de andere in hypoxie terwijl er geen verschil was tussen beide genotypes bij een normale zuurstof concentratie. Ten gevolge van de hypoxie blootstelling vertoonde de microbiële gemeenschap van zowel de Daphnia als van het medium verschuivingen in de bacteriële samenstelling en structuur. Een trend naar een lagere alfadiversiteit binnen de microbiële gemeenschap van Daphnia ging gepaard met een trend naar een hogere alfadiversiteit in het medium. Dit veroorzaakte een sterk door hypoxie geïnduceerd verschil in de microbiële gemeenschap van het omringende medium en dat van Daphnia.Voortbouwend op het eerste hoofdstuk werd in hoofdstuk twee onderzocht wat het effect van het genotype en een geadapteerd darmmicrobioom is op hypoxie tolerantie. Meer specifiek onderzochten we of het genotype een rol speelt in hypoxie tolerantie en of Daphnia die een microbioom ontvingen die al eerder blootgesteld was aan hypoxie, een hogere hypoxie tolerantie hadden dan Daphnia die een microbioom ontvingen die aan een normale zuurstof concentratie blootgesteld was. Door middel van een transplant experiment werden twee genotypes van bacterievrije ‘ontvanger’ Daphnia geïnoculeerd met darm microbiota van donoren van hun eigen genotype of van het andere genotype, die vooraf waren blootgesteld aan normale of hypoxische zuurstofconcentraties. Daphnia hadden een hogere overlevingskans in hypoxie wanneer zij een microbioom kregen dat vooraf aan hypoxie was blootgesteld, maar de blootstelling van het microbioom vooraf had geen invloed op de lichaamsgrootte. Bovendien vonden wij aanwijzingen voor een tijdsafhankelijke respons van het Daphnia microbioom op hypoxie, die zich slechts gedeeltelijk vertaalde in de prestaties van de gastheer. Terwijl vroeg in de transplantatie het genotype van de donor een belangrijke factor was voor de beïnvloeding van het microbioom van de ontvangers, was aan het eind van de transplantatie de blootstelling van de donor de meest beïnvloedende factor van de microbioom samenstelling en structuur.In de laatste twee hoofdstukken, werd het gebruik van Daphnia als biomedisch modelsysteem voor het testen van gastheer-microbiota interacties onderzocht. Hiervoor werd gekeken of het mogelijk was een brede poel van menselijke bacteriën of een specifieke menselijke bacterie binnen te brengen in Daphnia. In hoofdstuk drie werd via een fecale transplantaties een brede poel van menselijke microbiota geïnoculeerd in Daphnia individuen met of zonder microbioom. We bouwden proof-of-concept op dat Daphnia menselijke fecale donor microbiota kan opnemen en dat de impact van fecale microbiota transplantaties op de prestaties van Daphnia dosisafhankelijk is. De fecale concentraties die resulteerden in de hoogste overleving konden in verband worden gebracht met de hoogste unieke ASV's in de darm van de ontvangende Daphnia. Bovendien was een hogere concentratie nodig voor Daphnia met een microbioom in vergelijking met Daphnia zonder een microbioom om de donor microbiota op te nemen. Het succespercentage van deze eerste fecale microbiota transplantaties in Daphnia was laag en het protocol moet verder worden geoptimaliseerd om de microbiële opname bij blootstelling aan menselijke microbiota verder te verhogen.In het laatste hoofdstuk werd via mono-associatie experimenten een menselijke bacterie (E. coli RCC443) geïnoculeerd in Daphnia met of zonder microbioom. We konden proof-of-concept opbouwen dat causale effecten veroorzaakt door specifieke facultatief anaërobe bacteriën kunnen worden getest in bacterievrije Daphnia via mono-associatie experimenten. En dit zelfs zonder algen aan het dieet toe te voegen waardoor contaminatie door de voedselbron van Daphnia vermeden kan worden in het onderzoek naar causale verbanden. Bij het vergelijken van de prestaties van Daphnia in aan- en afwezigheid van een microbioom vonden we aanwijzingen voor interspecifieke competitie tussen de bacteriën in de Daphnia darm en de toegediende menselijke bacterie. E. coli had een sterker negatief effect op de overleving van Daphnia wanneer Daphnia een microbioom hadden in vergelijking met wanneer ze bacterievrij waren. Verder bleek de invloed van een hypoxische omgeving, die gunstig is voor de facultatief anaërobe bacterie E. coli, de prestaties van Daphnia negatief te beïnvloeden wanneer deze geïnoculeerd was met de E. coli bacterie.Uit deze thesis besluiten we dat hypoxie de prestaties van de gastheer beïnvloedt op een grotendeels genotype-onafhankelijke manier. We toonden aan dat zowel gastheer-geassocieerde als omringende microbiële gemeenschappen verschuiven in hypoxie en dat de microbioom gemedieerde reacties op hypoxie in Daphnia slechts gedeeltelijk vertaald worden naar gastheerprestaties in hypoxie, maar dat deze wel tijdsafhankelijk zijn. Aangezien klimaatsveranderingen de primaire oorzaak zijn van hypoxie en naar verwachting in het komende decennium zullen verergeren, zijn deze bevindingen relevant in de context van de acclimatisatie en het evolutionaire potentieel van de gastheer tijdens klimaatveranderingen. In de laatste hoofdstukken hebben we de basis gelegd voor het gebruik van Daphnia als modelsysteem in de biomedische wereld om causale gastheer-microbiota interacties te bestuderen. Dit door -voor zover wij weten- als eerste een protocol te beschrijven om menselijke fecale microbiota in Daphnia te transplanteren en door mono-associatie experimenten uit te voeren met menselijke facultatieve anaërobe bacteriën. Dit kan in de toekomst worden uitgebreid tot het testen van effecten van specifieke bacteriën op de expressie van geconserveerde genen die relevant zijn voor zowel de ecologische als de biomedische onderzoekswereld. Daphnia kan dus gebruikt worden als model systeem om gastheer-microbiota interacties te onderzoeken in de context van hypoxie, maar verder onderzoek is nodig voor de implementatie van Daphnia als model systeem in het biomedische onderzoeksveld." "Wat zijn de effecten van intermittente hypoxie bij obese kinderen met slaap apnoe en hoe gaan we deze tegen: het Snore Enough? Snore More! Project." "Stijn Verhulst" "Laboratorium Experimentele geneeskunde en Pediatrie (LEMP)." "Obesitas en obstructief slaapapneu (OSA) zijn frequente aandoeningen bij kinderen die gepaard gaan met hart- en vaatziekten, maar geen gecombineerde behandeling kennen. Gewichtsverlies kan beide aanpakken en OSA kan dit bevorderen door een verhoogd energieverbruik tijdens slaap. Gewichtsverlies kost echter tijd waardoor patiënten langer aan OSA morbiditeit worden blootgesteld. Dit SESEM project focust op hypoxie in het vetweefsel via een uniek platform. Effecten van intermittente (owv ademhalingspauzes bij OSA) op de chronische hypoxie in het vetweefsel zijn onbekend. Een translationeel model van obese muizen blootgesteld aan intermittente hypoxie en een klinische studie op vetweefselbiopten van adolescenten +/- OSA die bariatrische chirurgie ondergaan, zullen gebruikt worden om dit effect te bestuderen. In een volgende stap zal ik de beschermende effecten van melatonine onderzoeken omwille van mogelijke anti-inflammatoire en cardioprotectieve effecten. Zowel in het diermodel als de biopsie studie hoop ik de effecten van melatonine in het vetweefsel en de optimale dosis die de hypoxie-gerelateerde effecten moduleert te identificeren. Tenslotte zal ik via een gerandomiseerde studie in een gestandaardiseerd gewichtsverlies programma aantonen dat dit unieke translationele platform (muismodel - humane vetweefsel biopsies - klinische studie) cruciale inzichten kan verschaffen in nieuwe adjuvante behandelingen bovenop gewichtsverlies voor het zwaarlijvig kind +/- OSA." "Verbeteren van de immuunmetabole fitheid van NK cellen in hypoxie ter bevordering van hun functionele capaciteiten in de tumormicro-omgeving." "Jorrit De Waele" "Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)" "Cellulaire kankerimmuuntherapie zit in de lift om immuuncheckpuntinhibitoren op te volgend als doorbraak in de kankerimmuuntherapie, doch toont enkel doeltreffendheid voor hematologische maligniteiten. Solide tumoren leggen immers verscheidene hindernissen op aan immuuncellen. Hun tumormicro-omgeving (TME) is een metabole woestenij die het functioneren van effector immuuncellen aantast. Centraal in deze TME staat hypoxie, wat tegenwoordig erkend wordt als barrière voor immuuntherapie door zijn effecten op zowel tumorcellen als immuuncellen. In dit project focussen we op natuurlijke killer (NK)-cellen als effector immuuncellen met groot potentieel tot adoptief celproduct omwille van zijn inherente cytolytische capaciteiten maar ook zijn veiligheids- en logistieke profielen. Desalniettemin, zelfs bewapend met chimere antigene receptoren (CAR) slagen NK-cellen er niet in hun functies ten volle uit te oefenen in hypoxie. Hier zullen we onze lead verder karakteriseren en valideren teneinde een (CAR) NK-cellen te ontwikkelen dat capabel is in de hypoxische TME. Dit kan de ontwikkeling vooruit stuwen van de next-generation metabool verbeterede CAR NK-cellen tegen solide tumoren." "Analyse van de mogelijke duale effecten van hypoxie pathway modulatie op bot en het systemisch energie metabolisme" "Christa Maes" "Onderzoekscentrum voor Skeletale Biologie en Engineering" "Metabole ziekten zoals osteoporose, obesitas en diabetes zijn veelvoorkomende comorbiditeiten. Diabetes is geassocieerd met slechte botkwaliteit en problematische botheling. De hypoxie signaal cascade is net gekend als anabool voor bot en fractuurherstel. Het gastlabo ontdekte recent dat genetische activatie van hypoxie signalisatie in botcellen leidt tot verhoogde botmassa, en tegelijk ook tot een betere glucosehuishouding. Hieruit vloeit de intrigerende hypothese dat activatie van de hypoxie signalisatie een veelbelovende strategie zou kunnen zijn om een gecombineerd therapeutisch effect te bekomen op zowel bot als metabolisme.Daarom zullen we hier onderzoeken welke cellen instaan voor deze effecten, skeletale stam- en progenitor cellen of mature osteoblasten. Ook gaan we na of precies de verhoogde glucose opname en het meer glycolytisch metabolisme in botcellen met geactiveerde hypoxie signalisatie, verantwoordelijk zijn voor de verbeterde globale glucose homeostase. Bovendien analyseren we of hypoxie signalisatie activatie kan zorgen voor verbeterd botherstel in de context van diabetes. Door ook farmacologisch de hypoxie signalen te induceren gaan we trachten om de botmassa, het energiemetabolisme, en fractuurheling in diabete muizen te verbeteren.Deze basis en translationele studies zullen enerzijds mechanistische inzichten geven, en anderzijds aantonen of de hypoxie signaalcascade therapeutisch interessant kan zijn om gunstige effecten te bekomen op bot en metabolisme" "Interindividuele variatie in de fysiologische adaptaties aan hypoxie" "Martine Thomis" "Abdominale Transplantatie, Onderzoeksgroep Fysieke Activiteit, Sport & Gezondheid, Onderzoeksgroep Inspanningsfysiologie" "Dit doctoraatsproject bestudeert de inter-individuele variabiliteit in een aantal fysiologische aanpassingen aan hoogte. Ondanks tal van onderzoeken is men er nog steeds niet in geslaagd om te voorspellen of iemand zich goed of slecht aanpast aan verminderde beschikbaarheid van zuurstof (hypoxie). Dit project beantwoordt gedeeltelijk deze vraag door aan te tonen dat iemands genetisch profiel mede bijdraagt aan variabiliteit in hoogtetolerantie. Bovendien tonen wij voor de eerste keer aan dat enkele moleculaire adaptaties aan hypoxie deels onder invloed staan van genetisch factoren. Naast de niet-modificeerbare genetische factoren, kunnen externe omgevingsfactoren ook bijdragen aan de inter-individuele verschillen in hoogtegevoeligheid. Wij bestudeerden de invloed van eennutritionele factor, m.n. nitraatsupplementatie, en toonden aan dat deze de negatieve effecten van hypoxie op prestatiecapaciteit deels kan tegengaan. Inzicht in de fysiologie aan de grenzen van menselijke tolerantie voor hypoxie is een waardig doel op zich, maar kan bovendien naast eengezonde populatie, ook voor een patiëntenpopulatie van groot belang zijn. Met dit project staan we terug een stapje dichter bij het voorspellenvan hoogtegevoeligheid." "Nucleair metabolisme in de controle van kankercellen methylome onder hypoxie." "Bernard Thienpont" "Departement Menselijke Erfelijkheid, Laboratorium voor Functionele Epigenetica" "Hypoxie induceert zowel metabolische als epigenetische remodellering in kankercellen. Verschillende biochemische reacties die zuurstof nodig hebben, worden direct geremd, zoals oxidatieve fosforylering en (di)oxygenatie, met gevolgen voor DNA-methyleringsprofielen. TET-enzymen zijn inderdaad dioxygenasen en hun verminderde activiteit regelt de dynamiek van DNA-methylatie in kankercellen onder hypoxie. Het moet echter nog worden bepaald hoe hypoxisch geïnduceerde metabolische veranderingen zich gezamenlijk vertalen naar de specifieke DNA-methylatiesignaturen. Hier stellen we voor dat nucleaire nanoreactoren, bestaande uit complexen van transcriptiefactoren, metabolische en epigenetische enzymen, de balans en genomische verdeling regelen van belangrijke metabolieten die betrokken zijn bij DNA-methylatie onder hypoxie in kankercellen. We gaan verder dan onze moleculaire karakterisering en laten zien hoe het begrijpen van de fundamentele mechanismen van hypoxie de ontwikkeling van nieuwe farmacologische interventies tegen kanker mogelijk maakt." "Karakterisatie van de rol van hypoxie signalisatie en cel metabolisme in osteocyten voor bothomeostase en botpathologie" "Geert Carmeliet" "Klinische en Experimentele Endocrinologie" "Onze voorlopige gegevens laten zien dat interferentie met de zuurstofsensoren in osteocyten van de muis, de respons op hypoxie hierbij  nabootst, botmassa beïnvloedt en muizen beschermt tegen osteoporose-geïnduceerd botverlies. Dit botfenotype was geassocieerd met de vorming van nieuwe bloedvaten en ingrijpende veranderingen in het glucose- en glutaminemetabolisme. Of en hoe deze pathways bijdragen aan het lot en het gedrag van osteocyten blijft echter onbekend en zal in dit project verder worden onderzocht." "Biologische zuurstofdetectiesystemen in appel tijdens hypoxie" "Bart Nicolai" "Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren (MeBioS)" "Het doel van het voorgestelde werk is om de metabole en transcriptomische responsen van appels te bestuderen om hypoxische opslag te initiëren in relatie tot de activiteit van dit vermeende zuurstofsensorsysteem. In deze mate zal het effect van de zuurstofconcentratie op het zuurstofsensorsysteem en de metabolische responsen die het oproept, bij verschillende temperaturen worden bestudeerd in relatie tot de rijpheid van het fruit." "Methodeontwikkeling voor multimodale beeldvormingsmassaspectrometrie (LA-ICP-MS en MALDI-MS): combineren van element en moleculaire informatie om inzicht te krijgen in hypoxie gedreven processen in kanker." "Frank Vanhaecke" "Vakgroep Chemie" "Tumor hypoxie (zuurstoftekort) is een centraal thema geworden in kankerbehandeling, omdat het gelinkt is met progressie van kwaadaardige tumoren, therapieresistentie en uitzaaiing. Veel aspecten van hypoxie-geïnduceerde veranderingen moeten nog worden opgehelderd. Dit drijft de ontwikkeling van multi-modale beeldvorming voor het ontdekken van cruciale biomoleculen in de heterogene micro-omgeving van een tumor en de rol van essentiële minerale elementen in door hypoxie aangestuurde signaaltransductiepaden te onderzoeken. Matrix-geassisteerde laserdesorptie/ionisatie-beeldvormingsmassaspectrometrie (MALDI-MSI – voor ‘multiplexed’ moleculaire screening en moleculaire identificatie met hoge nauwkeurigheid) en laser ablatie-inductief gekoppeld plasma-beeldvormingsmassaspectrometrie (LA-ICP-MSI – voor doelgerichte bepaling van proteïnes met metaal-gelabelde antilichamen en karakterisering van het metalloom) zullen naar een hoger niveau getild worden en gecombineerd in een nieuwe multi-modale workflow voor het verkrijgen van informatie over de ruimtelijke verdeling van moleculen en elementen op cellulair niveau. Dit project richt zich op de ontwikkeling van nieuwe analysemethoden, een hoge doorvoer kalibratiestrategie en multi-modale beeldvorming om metallomische, metabolomische, proteomische, lipidomische en morfologische informatie van de micro-omgeving van borsttumoren te combineren om een completer beeld te verkrijgen van hypoxie-aangestuurde signaaltransductiepaden."