A súlyos veleszületett neutropénia genetikai hátterének magyarországi feltérképezése és a betegség hátterében lévő tényezők megismerése
Title in English
Mapping the genetic background of severe congenital neutropenia in Hungary and unraveling the factors behind the disease
Keywords in Hungarian
ritka betegség, granulocitopénia, hematológiai betegség, metabolizmus, örökletes, apoptosis, DNS mutáció
Keywords in English
rare disease, granulocytopenia, hematologic disease, metabolism, inherited, apoptosis, DNA mutation
Discipline
Haematology, immunology, thrombosis, infectious diseases (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Haematology
Biological basis of diseases related to the above (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: Metabolism
Panel
Clinical Medicine
Department or equivalent
Dept. of Molecular Biology (Semmelweis University)
Participants
Bögel, Gábor Csala, Miklós Kereszturi, Éva Kriván, Gergely Lédeczi, Zsigmond Száraz, Péter
Starting date
2012-02-01
Closing date
2016-05-31
Funding (in million HUF)
17.958
FTE (full time equivalent)
5.47
state
closed project
Summary in Hungarian
Súlyos veleszületett neutropéniára (SCN) jellemző a neutrofil granulociták funkcióbeli és mennyiségi elégtelensége. Az SCN a ritka betegségek közé tartozik. Magyarországon kb. 5-7 ilyen betegséget hordozó gyermekről van tudomásunk, az ő genetikai és metabolikus állapotukról viszont keveset tudunk. Több különböző gén mutációja okoz SCN-t, pl. ELANE, HAX1, GFI1, G6PC3, G6PT , stb. A betegség patofiziológiája épp ezért elég összetett és csak részben ismert. Ide tartozik az „unfolded protein response” - az endoplazmás retikulum adaptív stressz válasza -, a megváltozott oxidatív státusz, károsodott szénhidrát-anyagcsere, stb. A vezető kutató már foglalkozott a G6P transzporter defektusban megváltozott szénhidrát-anyagcsere granulocita apoptózist okozó hatásával. A pályázat célkitűzése, hogy: (1) feltérképezze, hogy a magyarországi SCN beteg hordoznak-e G6PC3 mutációt, valamint ennek kapcsán annak feltérképezése, hogy az ismert egyéb mutációk milyen gyakoriságban vannak jelen a magyarországi SCN populációban; (2) modellezze a talált G6PC3 genetikai eltérést promielocita HL-60-as sejteken; (3) találjon közös biokémiai, és/vagy patobiokémiai vonásokat a különböző genetikai változatokban a sejtes modelleket alkalmazva; (4) kiderítse milyen metabolikus és funkcionális utak érintettek SCN-ben; (5) megállapítsa, milyen események következnek be a megismert defektus esetében;
Summary
Summary of proposed research including key goals for scientifically qualified assessors (max. 200 words) Severe chronic neutropenia (SCN) is a rare disease accompanied with quantitative and qualitative deficiencies of neutrophil granulocytes. In Hungary as we know there are approx. 5-7 children affected in this disease, but not too much is known about their genetic and metabolic background. Distinct genetic variants are causing SCN, e.g. ELANE, HAX1, GFI1, G6PC3, G6PT etc. The pathophysiology of this illness is accordingly complex and only partially understood. It concerns the unfolded protein response, altered oxidative status, impaired carbohydrate metabolism, etc. The principal investigator was already working with altered carbohydrate metabolism and granulocyte apoptosis caused by functionally inactive G6P transporter. The investigator’s expectations in this proposal are the followings: (1) mapping G6PC3 mutations in Hungarian SCN patients, and mapping which other SCN causing genetic mutations are present in Hungary; (2) modelling the genetic defects of G6PC3 on promyelocyte HL-60 cell lines; (3) to find biochemical and/or pathobiochemical connection in the different variants using cellular models; (4) unravel metabolic and functional pathways affected in different SCN-s; (5) to find out which are the downstream events in any of the discovered defects;
Final report
Results in Hungarian
A projekt a glukóz-6-foszfát (G6P) jelentőségét vizsgálta neutrofil granulocitákban. Genetikai vizsgálatokat végeztünk súlyos veleszületett neutropeniás (SCN) betegekben, a G6P anyagcseréjéhez tartozó géneket is megvizsgáltuk. Magyarországi SCN betegeken 21 vizsgált betegből négy esetében találtunk betegséget okozó mutációt. Három beteg ELA2 mutációt hordoz, egy betegnél kimutattuk a glükóz-6-foszfatáz-béta (G6PC3) gén nonszensz mutációját. Ez az első kezelés alatt álló és diagnosztizált G6PC3 mutációt hordozó eset Magyarországon (SCN IV). A többi esetben az egyéb vizsgált génekben (GFI, WASP, ADPGK) sem találtunk betegséget okozó mutációt.
A G6PC3 enzimet túltermeltetve megállapítottuk, hogy az enzim egyes egyéb terminális „cukor-foszfátokat” jobban hidrolizál, mint a G6P-t. A G6PC3 által hidrolizált szubsztrátok csökkentő sorrendben: xilulóz-5-foszfát, ribóz-5-foszfát, szorbitol-6-foszfát, fruktóz-6-foszfát, G6P, 6-foszfoglukonolakton, eritróz-4-foszfát. A G6PC3 részleges tisztításával humán fehérvérsejtekből ugyanezt az eredményt kaptuk.
HL-60 sejtek granulocitává történő differenciálódása során a G6P metabolizmusával összefüggő gének közül az ADP dependens glukokináz (ADPGK) expressziója a tízszeresére indukálódott. A fehérjének a funkciója eddig nem volt ismert. Csendesítéssel és túltermeltetéssel kapott eredményeink azt mutatták, hogy a granulocitává differenciálódott HL-60-as sejtekben az ADPGK biztosítja a megfelelő NADPH-ellátást a fokozott szuperoxid termeléshez.
Results in English
The project aimed to broaden our knowledge about neutrophil glucose-6-phophate (G6P)metabolism and its role in neutrophil function. We were mapping patients with severe congenital neutropenias (SCN) searching for a defect in G6P metabolism.
Mapping of SCN in Hungary led to the following results: we found disease causing mutations in four of 21 investigated patients. Three patients are carrying ELA2 mutations; one patient has a nonsense mutation in glucose-6-phosphatase-beta (G6PC3) gene. This latter is the first observed and diagnosed G6PC3 mutation in Hungary (SCN IV). In the other investigated patients/genes (GFI, WASP, ADPGK) we have not found any disease causing mutations.
Overexpression studies of G6PC3 showed that this enzyme metabolises some terminal sugar phosphates even better than glucose-6-phosphate. The substrates investigated to be hydrolyzed by G6PC3 in descending order: xylulose-5-phosphate, ribose-5-phosphate, sorbitol-6-phosphate, fructose-6-phosphate, G6P, 6-phosphogluconate, erythrose-4-phosphate. Partial purification of G6PC3 from human WBC-s gave the same results.
Investigations on genes altered in HL-60 cells during granulocyte like differentiation have shown that ADP dependent glucokinase, a G6P metabolism related gene is upregulated. The function of this protein was partially unknown. Using siRNA and overexpression studies we have shown that ADPGK ensures NADPH supply for respiratory burst into granulocyte differentiated HL60 cells.
Kardon Tamás, Pittner Rebeka, Száraz Péter: ADP függő glukokináz szerepe leukociták szuperoxid termelésében, A MGYT-MIT-MAKIT Gyermekimmunológiai Munkacsoport ülése 2013., 2013
Rebeka Pittner, Péter Száraz, Tamás Kardon: Role of ADP dependent glucokinase in respiratory burst of differentiated HL-60 cells, BIOKÉMIA XXXVIII. évf.3. 57.old, 2014
R. Pittner, T. Kardon: The role of ADP dependent glucokinase in the peroxide production of HL-60 cells, FEBS Journal 281 (Suppl. 1) 65–783, 2014
Rebeka Pittner, Gergely Kriván, Zsigmond Lédeczi, Tamás Kardon: Endoplasmic reticulum stress response in G6PC3 deficient white blood cells, Haematologica 2015; 100(s1), 702, 2015
Rebeka Pittner, Gergely Kriván, Zsigmond Lédeczi, Tamás Kardon: G6PC3 deficient human white blood cells exhibit distinct endoplasm, FEBS J. 282, Issue Supplement s1, July 2015, page 111, 2015
Kardon Tamás, Pittner Rebeka, Száraz Péter: Szénhidrát-anyagcserében részt vevő fehérjék vizsgálata HL-60 sejtek differenciálódása során, • A Magyar Élettani, Farmakológiai és Mikrocirkulációs Társaságok 2013. évi Közös Tudományos Kongresszusa, 2013
Kardon Tamás, Pittner Rebeka, Kriván Gergely: A súlyos veleszületett neutropénia (SCN) genetikai hátterének magyarországi feltérképezése és a betegség hátterében lévő tényezők megismerése, MGYGYT – Magyar Gyermekgyógyászok és Gyermek-hematológusok Társasága évi munkaértekezlete, 2015
Lédeczi Zsigmond, Pittner Rebeka, Bőgel Gábor, Kardon Tamás: Glükóz-6-foszfatáz-β szubsztrátspecificitásának és biológiai jelentőségének vizsgálata, 46. Membrán-Transzport Konferencia, Sümeg, 2016
