Onderzoek Waleed Marei

Abstract

Obesitas vormt een wereldwijd probleem dat niet alleen de vruchtbaarheid van vrouwen maar ook de gezondheid van de nakomeling kan schaden. Obesitas heeft een directe negatieve impact op de eicel ontwikkeling als gevolg van oxidatieve stress (OS) en mitochondriale disfunctie. Overerving van deze disfunctionele mitochondria brengt epigenetische programmering, ontwikkeling en postnatale gezondheid in gevaar. De eicel en het jonge embryo missen het vermogen om de processen van mitofagie (het verwijderen van disfunctionele mitochondriën(MT)) en mitogenese (de synthese van nieuwe mitochondriën) te activeren. Hoewel gangbare preconceptiezorg, zoals dieet normalisatie, de metabole gezondheid verbeteren, zien we dat de eicel mitochondriën afwijkingen blijven vertonen. MT-gerichte antioxidanten en mitofagie inducerende stoffen zijn heel doeltreffend in het opheffen van MT-disfunctie in somatische cellen en kunnen zo de metabole gezondheid verbeteren. Het potentieel van deze stoffen in preconceptiezorg met een focus op de eicel werd nooit onderzocht. Dit onderzoek met muizen richt zich specifiek op de eicel mitochondriën als sleutel tot het verbeteren van de kwaliteit van vrouwelijke gameten onder obesogene condities. Het onderzoek zal functionele en moleculaire parameters combineren om een duidelijk inzicht te krijgen in de effecten van MitoQ, Liraglutide en Rapamycine op de kwaliteit van eicellen en embryo's, epigenetische programmering en de gezondheid van het nageslacht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Co-promotor: De Neubourg Diane
• Co-promotor: Marei Waleed
• Co-promotor: Martinet Wim
• Mandaathouder: Loier Lien

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Obesitas wordt een wereldwijde bedreiging, die niet alleen de vruchtbaarheid van vrouwen vermindert, maar ook de gezondheid van het nageslacht aantast. De kwaliteit van de oöcyten die zich ontwikkelen onder obesitas-geassocieerde metabole stress gaat aanzienlijk achteruit, voornamelijk door oxidatieve stress (OS) en mitochondriale (MT) disfunctie. De defecte mitochondriën worden overgedragen op het embryo, met aanhoudend hoge OS-niveaus, wat leidt tot transcriptie, epigenetische en fenotypische veranderingen en lage zwangerschapspercentages, zelfs wanneer klinische geassisteerde voortplantingsbehandelingen worden gebruikt. Vroege embryo's missen het vermogen om deze cellulaire homeostase te herstellen of mitofagie en mitogenese te activeren om zo de MT-functies te verjongen en de overleving van het embryo te ondersteunen. De huidige klinische ingrepen tijdens de preconceptieperiode, zoals dieet normalisatie en vasten, verbeteren de systemische metabole gezondheid maar slagen er niet in de MT-functies van de eicel te corrigeren. Recente MT-gerichte antioxidanten en stoffen die mitofagie induceren blijken efficiënt in het bestrijden van MT-disfunctie bij verschillende stofwisselingsziekten. Deze behandelingen zouden de kwaliteit van oöcyten kunnen verbeteren wanneer zij in vitro worden toegediend, maar hun efficiëntie om MT-functies te verbeteren in metabool gestreste eicellen van zwaarlijvige vrouwen in vivo is nog niet eerder onderzocht, maar wel zeer actueel en belangrijk. In dit project veronderstellen we dat behandelingen met specifieke farmaca de MT-functies in eicellen kunnen ondersteunen. Een gerichte vermindering van MT-oxidatieve stress of activering van mitofagie en mitogenese tijdens de preconceptie periode bij obese vrouwen kan de kwaliteit en de ontwikkelingscompetentie van de eicel verbeteren. We nemen aan dat deze aanpak ook de kwaliteit van het resulterende embryo zal verbeteren en daarenboven de epigenetische programmering tijdens de verdere ontwikkeling zal normaliseren. Daarom willen we eerst de MT-functies en -kwaliteit van eicellen in vivo verbeteren bij vrouwen met obesitas door gebruik te maken van MitoQ, een MT-gerichte antioxidant (d.w.z. voor MT-gerichte ondersteuning), of Liraglutide, een krachtig anti-diabetisch geneesmiddel dat steeds meer gebruikt wordt voor gewichtscontrole en waarvan bekend is dat het mitofagie stimuleert via de SIRT1-PINK1-Parkin-afhankelijke ubiquitinepathway (REPAIR en REJUVINATIE). Hiervoor gebruiken we een gevalideerd outbred Swiss muismodel om zo de pathofysiologische relevantie voor de mens te vergroten. Ten tweede willen we de efficiëntie van verschillende MT-gerichte therapieën testen en vergelijken wanneer ze in vitro worden toegediend tijdens in vitro cultuur van embryo's afkomstig van rijpe eicellen van obese muizen (EMBRYO RESCUE). We zullen de effecten vergelijken van MitoQ, Liraglutide en Rapamycine om mitofagie te induceren door de mTOR-TORC1 pathways af te remmen. Bovendien zal er onderzocht worden of de MT-therapie de door obesitas veroorzaakte epigenetische veranderingen in de geproduceerde embryo's kan verminderen. Ten slotte, en dat is het belangrijkste, zullen we als eersten het effect van deze OOCARE op de gezondheid van de nakomelingen na de embryotransfer onderzoeken. Gezien de pandemische impact van obesitas en metabole aandoeningen, is dit fundamentele onderzoek nodig als basis voor de ontwikkeling van efficiënte strategieën om de menselijke vruchtbaarheid bij de conceptie te verbeteren. Hierbij moeten we eerst focussen op de mitochondriën van de eicel. Daarenboven stelt deze fundamentele aanpak ook de gezondheidsresultaten bij kinderen van zwaarlijvige moeders centraal. Het project combineert de complementaire expertise over eicelkwaliteit binnen het Gamete Research Centre, geleid door Prof. Jo Leroy, met de kennis over autofagie van Prof. Wim Martinet (Laboratorium voor Fysiofarmacologie).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Co-promotor: Marei Waleed
• Co-promotor: Martinet Wim
• Mandaathouder: Loier Lien

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Maternale metabole aandoeningen, bv. obesitas, treffen miljoenen mensen wereldwijd en veroorzaken subfertiliteit. De gewijzigde ovariële micro-omgeving en de directe invloed op de eicelkwaliteit staan hierbij centraal. De eicel ondergaat een dynamische epigenetische reprogrammering tijdens de folliculaire ontwikkeling. Het tijdig verwerven van epigenetische modificaties is essentieel voor genomische imprinting en regulatie van transcriptie tijdens de daaropvolgende ontwikkeling. Aangetaste eicellen vertonen persistente epigenetische defecten die de gezondheid van de nakomeling schaden. Recente inzichten vanuit de kankerbiologie tonen dat mitochondriën metabole veranderingen doen resulteren in epigenetische (dys)regulatie door gewijzigde bioenergetica en beschikbare intermediaire metabolieten. We toonden aan dat mitochondriale dysfunctie de verminderde eicelkwaliteit door metabole stress verklaart. Fundamenteel inzicht in de mitochondriale-nucleaire communicatie in groeiende eicellen ontbreekt echter, maar is cruciaal voor het ontwikkeling van efficiënte interventies ter verbetering van eicelkwaliteit en fertiliteit, en om de gezondheid van de nakomelingen te beschermen. Het doel is om het directe verband tussen mitochondriale dysfunctie en epigenetische wijzigingen in groeiende eicellen te onderzoeken, na te gaan of deze veranderingen te voorkomen of reversiebel zijn, en de invloed van deze mitochondriale behandelingen op de gezondheid van de nakomeling te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Co-promotor: Marei Waleed
• Mandaathouder: Meulders Ben

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Uit de meest recente WHO verslagen blijkt dat meer dan 10% van de vrouwen op reproductieve leeftijd lijden aan een gedaalde vruchbaarheid. Een slechte eicel- en embryokwaliteit is hiervan een van de hoofdoorzaken. Dit wordt ondermeer veroozaakt door ouderdom. Echter, ook metabole stoornissen (zoals bij metabool syndroom en diabetes Type 2) kunnen de eicel en het embryo schaden, zoals blijkt uit uitvoerig onderzoek dat ondermeer in ons laboratorium werd uitgevoerd. Metabole stress verandert het eicel- en embryo micromilieu en kan zo rechtstreeks het pre-implantatie embryo schaden. Een dag 7 embryo vertoont tekenen van oxidatieve stress, mitochondriale dysfuncties, een veranderd metabool profiel, stress in het endoplasmatisch reticulum en verhoogde apoptose. Onze onderzoekslijn focust intussen op het ontwikkelen van preventieve en therapeutische stratgieën om de kwaliteit van de vrouwelijke gameet en de gezondheid van de nakomeling te vrijwaren. In dit project gaan we op zoek naar een efficiënte manier om geneesmiddelen op een veilige manier tot in de eicel te kunnen transporteren om op die manier heel specifiek de werking van de mitochondria en het endoplasmatisch reticulum te optimaliseren. Dit vergt hydrofobe bestanddelen die daarenboven de barrière die gevormd door de cumuluscellen en de zona pellucida kunnen « passeren ». Het bereiken van de mitochondria op het subcellulaire niveau vormt een uitdaging door de complexe opbouw van het binnenste membraan, de ongewone fosfolipiden (Cardiolipin) en door een sterke negatieve lading. Informatie over clathrine- en caveoline-geassicieerde endocytose in eicellen is daarenboven heel beperkt evenals de kennis over de vorming van endosomen en de liposomale degradatie. Het begrijpen van deze mechanismen en van de rol van de communicatie via de gap junctions is cruciaal om het aanleveren van therapeutische of protectieve componenten aan de eicel te kunnen sturen. Deze kennis moet de basis vormen van de ontwikkeling van strategieën voor een betere opname en retentietijd van een mogelijk actief bestanddeel. Proteoom onderzoek uitgevoerd in ons eigen laboratorium toont aan dat eiwitten die belangrijk zijn voor dit proces van endocytose, duidelijk tot expressie komen en tevens duidelijk beïnvloed worden door eicelkwaliteit, stress op celniveau en een ongunstig eicel-micromilieu. Dit onderzoeksproject wil de eigenschappen van deze endocytose-gerelateerde opnameprocessen beter in kaart brengen. Hiervoor zal gebruik gemaakt worden van zowel gen- als eiwitexpressie analyse technieken, inhibitie- assays en tracermolecules. De eicelontwikkelingscompetentie wordt als standaard kwaliteitsparameter mee opgenomen in het onderzoek. De opname van bepaalde testmolecules zal worden bestudeerd evenals de distributie ervan in de eicel. Uiteindelijk wil dit onderzoek inzicht verwerven in de toepasbaarheid van een efficiente "eicel-behandeling".

Onderzoeker(s)

• Promotor: Marei Waleed

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit Project heeft tot doel om de rol en het mogelijke belang van preconceptie zorg bij obese patienten te onderzoeken in relatie tot een betere vruchtbaarheid. Heel specifiek zal met behulp van een muismodel worden onderzocht in hoeverre dieet normalisatie, dieet restrictie, fysieke aktiviteit of een combinatie hiervan kan leiden tot een verbeterde eicel-en embryo kwaliteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Co-promotor: Bols Peter
• Co-promotor: De Neubourg Diane
• Co-promotor: Marei Waleed

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een afwijkend maternaal metabolisme typisch bij metabool syndroom en obesitas wordt steeds vaker in verband gebracht met een gedaalde vruchtbaarheid. We hebben omstandig aangetoond dat bepaalde van deze metabole veranderingen de samenstelling van het micro-milieu van de eicel veranderen met rechtstreeks nefaste gevolgen voor de eicel- en embryokwaliteit. Obesitas bedreigt niet alleen het algemeen welzijn wereldwijd maar wordt nu ook in verband gebracht met een hogere mortaliteit bij de volwassen nakomelingen. Fundamenteel onderzoek wijst steeds vaker op het grote belang van "uterine programming" tijdens de vroege zwangerschap. Men weet echter niet of dit programmeren veroorzaakt wordt door specifieke factoren in het obesogeen dieet dan wel door de resulterende maternale obese metabole toestand. In deze studie gaan we uit van de hypothese dat obesitas of een obesogeen dieet van de moeder rond conceptie of tijdens de hele zwangerschap het micromilieu van het groeiende embryo en de foetus beïnvloedt. Dit zal leiden tot een wijziging in de "uterine programming" met gecompromitteerde gezondheid en reproductiefysiologie van de nakomeling tot gevolg. Om deze hypothese stap voor stap te onderzoeken zal er gebruik gemaakt worden van LDLR-/- muizen die een obesogeen dieet gevoed krijgen A) meerdere weken voor geplande conceptie waardoor obesitas ontstaat; B) alleen de dagen rond het moment van conceptie of C) tijdens de volledige dracht. Bij de geboorte worden de pups van alle behandelingsgroepen uniform gevoed door "pleeg-voedsters". De nakomelingen krijgen steeds een uniform dieet en worden systematisch onderzocht waarbij per werkpakket ofwel de algemene gezondheid ofwel de ovariële reserve, het proces van folliculo- en oöogenese, de kwaliteit van het pre-implantatie embryo, of de uterine receptiviteit en het vermogen om een zwangerschap te ondersteunen tot de geboorte van een gezonde nakomeling worden bestudeerd. Dit strategisch experimenteel model laat ons toe de meest kwetsbare zwangerschapsperiode voor "uterine programming" te identificeren en de gevolgen voor elke cruciale stap in de reproductiefysiologie te beschrijven. We zijn er van overtuigd dat dit projectvoorstel een significante en cruciale bijdrage zal leveren tot het concept van "Developmental Origin of Health and Fertility" door het grote belang te beklemtonen van epigenetische invloeden van een maternaal metabolisme of dieet op de gezondheid en de vruchtbaarheid van de nakomeling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Co-promotor: De Keulenaer Gilles
• Co-promotor: Marei Waleed
• Mandaathouder: Moorkens Kerlijne

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Oxidatieve stress, mitochondriale stress en endoplasmatisch reticulum (ER) stress zijn recentelijk naar voren geschoven als voornaamste oorzaak van gewijzigde pathways in de eicel van individuen met maternale metabole stress wat resulteert in teleurstellende vruchtbaarheidsresultaten. Opgereguleerde lipolyse, algemeen voorkomend in obesitas en andere metabole aandoeningen, doet de concentratie aan lipotoxische vetzuren in het follikelvocht toenemen dewelke een directe negatieve impact hebben op de eicel kwaliteit en verdere embryonale ontwikkeling. Eicel maturatie impliceert complexe nucleaire, cytoplasmatische en moleculaire veranderingen die de ontwikkelingscompetentie van de eicel en het embryo bepalen. In humane IVF centra worden eicellen gecollecteerd na hormonale stimulatie en dus na blootstelling aan metabole stress tijdens eicel maturatie in de follikel. Het is niet geweten of de achteruitgang in ontwikkelingscompetentie van deze metabool-gecompromitteerde eicellen hersteld of voorkomen kan worden door mitochondriale- en ER stress voor, tijdens of na de bevruchting te verlichten. Dit project heeft als doel het gevoelige spectrum voor preventatieve of reparatieve maatregelen te testen die mogelijks de in vitro embryo productie van metabool gecompromitteerde eicellen kan bevorderen, en om de intrinsieke kwaliteit van de hieruit ontstane embryo's te evalueren. Een gevestigd bovien in vitro model zal gebruikt worden om metabool gecompromitteerde eicellen te genereren en dit door blootstelling aan verhoogde pathofysiologische concentraties palmitinezuur. MitoQ, een zeer efficiënt en op mitochondriën gericht antioxidant, en Sirolimus, een specifieke ER-stress inhibitor, zal gebruikt worden om cellulaire stress tijdens de eicel maturatie, de bevruchting of de embryonale cultuur te verlichten. De embryonale ontwikkeling zal geëvalueerd worden en de blastocyst kwaliteit zal beoordeeld worden door het onderzoeken van blastocyst metabolisme, cel proliferatie, cel type, DNA schade, merkers voor cellulaire stress en apoptose. RNA-seq zal gebruikt worden om persistente veranderingen in het transcriptoom te detecteren. Deze studies zullen bijdragen tot het definiëren van het gevoelige en efficiënte spectrum in het aanpakken van intracellulaire stress als een mogelijke behandeling voor onvruchtbare patiënten die lijden aan metabole stoornissen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Marei Waleed

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onvruchtbaarheid is een belangrijk socio-economische probleem dat heel veel mensen wereldwijd treft. Maternale obesitas en andere metabole aandoeningen liggen vaak aan de basis van dit probleem. Een gedaalde eicelkwaliteit speelt meestal een belangrijke rol waarbij vooral de mitochondriale fucntie onder druk staat. Dit onderzoek heeft tot doel om mbv gecombineerde in vivo en in vitro modellen de mitochondriale functie and stress reacties in eicellen onder maternale metabole stoornissen in detail te onderzoeken. Er zal worden gezocht naar strategiëen om de kwaliteit van de eicellen te beschermen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Leroy Jo
• Mandaathouder: Marei Waleed

Onderzoeksgroep(en)

• Veterinaire fysiologie en biochemie

Project type(s)

• Onderzoeksproject