Cellen in onze organen zijn omgeven door een extracellulaire matrix, samengesteld met verschillende macromoleculen, waaronder het collageen. Ons doel is te begrijpen hoe cellen de omringende extracellulaire matrix remoduleren of vernieuwen. Meer in het bijzonder zijn wij geïnteresseerd in veranderingen van het baarmoederslijmvlies, het endometrium, dit vooral tijdens de menstruele cyclus of in de context van endometrium pathologieën (ongewenste baarmoeder bloedingen, endometriose).

De extracellulaire matrix is een dynamische structuur

Onze organen bestaan uit cellen, die omgeven zijn door een extracellulaire matrix (ECM). Deze ECM speelt een centrale rol in de structurele en functionele organisatie van weefsels en organen. De bestandelen van de ECM, zoals collageen, behoren tot de meest voorkomende proteinen in het menselijk lichaam. De ECM dient vooral om de cellen samen te houden maar heeft ook een rol in signalisatie. Tevens onderhoudt het op deze manieren actieve wisselwerking met de ommigende cellen. Gedurende heel het leven, produceren en scheiden de cellen voordurend meerdere sorten ECM moleculen en enzymen uit. Deze enzymen zijn in staat specifieke ECM componenten af te breken. De synthese en de afbraak van de ECM moet dus lokaal en nauwkeurig gecontroleerd worden om een optimaal samenstelling van de matrix te verzekeren, in correlatie met structurele en functionele veranderingen van onze organen. Daartoe moeten de cellen verschillende signalen integreren, waaronder circulerende hormonen, een contacte met de ECM, en moleculaire boodschappers van de omringende cellen. Vele ziekten worden veroorzaakt door een onevenwicht tussen de synthese en de afbraak van ECM, zoals bijvoorbeeld in osteoporosis (excessieve afbraak) of in osteopetrosis (overmatige synthese). Verder is bij de ontwikkeling van veel ziekten de lokale verbouwing van de matrix nodig, zoals bij tumorogenis en de ontwikkeling van metastasen.

 

De cyclische vernieuwing van het menselijk endometrium

De menselijke baarmoeder is een opmerkelijk orgaan. Ongeveer elke maand, gedurende de actieve sekueel leven, ondergaat het baarmoederslijmvlies (endometrium) een cyclus waarin het eerst hervormd wordt, dan verdikt, en gewijzigd om de implantatie van een embryo toe te staan. Op het einde van een cyclus (zonder implantatie) of op het einde van de zwangerschap wordt het gedeeltelijk afgebroken. Deze cyclus, genaamd “menstruele cyclus” wordt geörkestreerd door veranderingen in de concentraties van de geslachtshormonen: oestrogeen en progesteron. Samengevat, een verhoogde concentratie in oestrogeen (enkele dagen na het begin van de menstruatie) veroorzaakt de verdikking van het endometrium. Tien dagen later, verhoogde concentratie in progesteron veroorzaakt de baarmoederveranderingen. Deze wijzigingen zijn bedoeld om de verankering en de implantatie van een embryo te vergemakkelijken en ze zijn essentieel voor de verdere ontwikkeling. Als de implantatie succesvol plaats vindt, zullen de placenta cellen ervoor zorgen dat de productie van progesteron aangehouden wordt gedurende heel de zwangerschap. Maar in afwezigheid van een implantatie, zal de concentratie van oestrogeen en progesteron dalen in de bloedsomloop en in de doelorganen. Dit signaal veroorzaakt, in de baarmoeder, de snelle afbraak van de endometriaal ECM, resulterend in het uiteenvallen van de oppervlakkige delen van het endometrium en een breuk van kleine bloedvaten. In de vroege jaren 1990, heeft ons laboratorium gevonden dat de vernietiging van de endometriale ECM (tijdens een menstruatie) gebeurt door de werking van een klasse van enzymen: de matrix metalloproteinases (MMPs). Het belang van lokale controle is hier perfect geïllustreerd: ondanks de agressiviteit van de uitgescheiden enzymen is de omvang van de weefselvernietiging strikt gereguleerd op cellulair niveau en wordt de rest van de uterus niet beschadigd tijdens de menstruatie. Weefselafval en bloed worden vervolgens buiten het lichaam verwijderd. De synthese van een nieuwe ECM en weefselherstel (meestal zonder littekens) beginnen al tijdens de menstruatie. Een nieuwe cyclus van groei en verandering kan beginnen.

 

Endometrium pathologieën

Bij patiënten die lijden aan abnormale baarmoeder bloedingen, het endometrium ECM degradatie ontsnapt aan de hormonale controle en treedt buiten de verwachte periode. Welke mechanismen mislukken, zijn nog niet duidelijk.

Bij patiënten met endometriose (ongeveer 10% van de vrouwelijke bevolking) worden kleine stukjes endometrium gevonden buiten de baarmoeder, vooral in de peritoneale holte waar de eierstokken zich bevinden. Een waarschijnlijke bron van deze weefselimplantaten zou de retrograde migratie  zijn (tegen de stroom) van fragmenten afkomstig van het menstrueel endometrium tot in de eileiders. De endometriose letsels zijn van natuur niet problematisch. Ze kunnen echter ongemak en pijn veroorzaken afhankelijk van de plaats van hun implantatie doordat ze cyclisch veranderen in reactie op de veranderingingen van de circulerende concentraties van geslachtshormonen in de bloedbaan. Endometriose is ook geassocieerd met onvruchtbaarheid door nog slecht begrepen mechanism. Dit zou kunnen gekoppeld zijn aan een ontsteking van de buikholte, als gevolg van endometriose. Eventueel zou het ook te maken kunnen hebben met abnormaliteiten van het endometrium zelf (in situ).

 

Ons onderzoek

De algemene doelstelling van ons onderzoek is om de moleculaire mechanismen te begrijpen waarmee de endometrium cellen de afbraak en het vroege herstel van de ECM tijdens de menstruatie regelen. Bij uitbreiding willen wij ook bepalen hoe het falen van deze mechanismen bijdragen aan het ontstaan ​​van abnormale baarmoeder bloedingen en endometriose.

Menstruatie met externe bloedingen komt alleen voor bij vrouwen en in een zeer beperkt aantal andere soorten evolutionaire verwanten, zoals mensapen (chimpansee, orang-oetan,...). In tegenstelling tot andere onderzoeksteams, die de verbouwing van de endometrium van de muis bestuderen (waardoor extrapolatie tot de mens beperkt is), hebben we gekozen om onze experimenten uit te voeren op menselijke weefsels van hysterectomie (operatieve verwijdering van de baarmoeder). Dit is voor ons mogelijk ​​door onze samenwerking met het departement van gynecologie van het Sint-Lucas Hospitaal. Sinds onze ontdekking van de belangrijke rol van de MMPs, heeft ons onderzoek een aantal moleculen geïdentificeerd die werken als regulatoren van de lokale productie of activiteit van deze MMPs in reactie op hormonale schommelingen. Dit zijn voornamelijk de cytokines, waaronder interleukine-1α, TGF-β en Lefty-A. In de afgelopen jaren bestudeerden we ook de transitie tussen de afbraak en het vroege herstel van de ECM tijdens de menstruatie.

Samengevat, uitgeende van de resultaten van ons fundamenteel onderzoek, hopen we nieuwe therapeutische benaderingen van baarmoederslijmvlies pathologieën te identificeren. Maar tevens  proberen wij ook om onze bevindingen te extrapoleren naar niet-uteriene pathologieën die het gevolg zouden kunnen zijn van een verstoord evenwicht tussen synthese en afbraak van ECM.

The extracellular matrix (ECM) plays a central role in the structural and functional organization of tissues and organs. ECM degradation is the initial step of physiological tissue remodeling and requires a tight regulation that is escaped in several pathologies. The cycling human endometrium is a remarkable example of physiological ECM remodeling under hormonal control and represents a unique experimental model to investigate underlying mechanisms. Our laboratory was the first to demonstrate that menstrual bleeding is due to a dramatic change in the focal expression and/or activation of enzymes called matrix metalloproteinases (MMPs). Our current investigations aim at (i) clarifying the mechanisms of local regulation of tissue remodeling in the cycling human endometrium, in particular through cellular interactions, (ii) investigating the role of MMPs in abnormal uterine bleeding by developing a model of human endometrial xenografts in immunodeficient mice and (iii) investigating the control of local MMP activity by individual cells, in particular through cell membrane binding and endocytosis. Our experimental strategies combine various technologies including morphological and biochemical examination, cell and explant culture, animal model, molecular biology, confocal microscopy, …

 

1. Local control of tissue breakdown and repair

Both endocrine and paracrine factors participate in controlling the expression of MMPs involved in menstrual breakdown of the human endometrium. Several genes encoding MMPs and cytokines show maximal endometrial mRNA concentrations around menstruation. However, their expression profiles substantially diverge during the other phases of the cycle, indicating a differential response to the ovarian steroids, estradiol and progesterone. Moreover, menstrual breakdown is limited to the superficial part of the endometrium, further suggesting the contribution of local regulators that integrate hormonal impregnation and local environmental changes. We recently compared the transcriptome of the superficial and basal layers of the menstrual endometrium. The data suggested new potential actors of the regulatory network at menstruation, not only for tissue breakdown but also for early tissue repair.

 

2. Endometrial xenografts and abnormal uterine bleeding

Metrorrhagia, i.e. abnormal endometrial bleeding, occurs spontaneously in many women without obvious organic lesions and is more frequent in patients on long-term progesterone contraception. In both conditions, we found that metrorrhagia is associated with menstrual-like stromal breakdown, particularly in foci containing low levels of ovarian steroids receptors, correlating with increased expression and activity of several MMPs. We have recently developed endometrial xenografts in immunodeficient mice. This new experimental model should enable us to further investigate the mechanisms of physiological and abnormal endometrial bleeding, endometrial angiogenesis and vessel maturation through pericyte recruitment.

 

3. Membrane control of MMPs activity

After activation, MMPs activity is generally controlled by soluble inhibitors (TIMPs) but can also be regulated by endocytosis. Looking at mechanisms of MMPs clearance, we found that RAP, a natural antagonist of the low-density lipoprotein receptor-related protein (LRP-1), causes a strong accumulation of some MMPs in the conditioned medium of endometrial explants. Although LRP-1 mRNA is fairly stable during the menstrual cycle, the protein level of LRP-1 is minimal at menses. Thus, LRP-1-mediated endocytosis of MMPs could represent an additional regulatory mechanism of MMPs activity during the menstrual cycle, in synergy with TIMPs. Current projects aim at investigating the mechanisms of post-translational control of LRP-1.

Complete list on PubMed
Patrick Henriet
Institut de Duve
Avenue Hippocrate 75 - B1.75.05
B-1200 Bruxelles
Tel:
+32 2 764 75 41
Fax:
+32 2 764 75 43
Etienne Marbaix
Institut de Duve
Avenue Hippocrate 75 - B1.75.05
B-1200 Bruxelles
Tel:
+32 2 764 75 41
Fax:
+32 2 764 75 43
Ons Onderzoeksrapport van 2018 is beschikbaar ​"icone" Download