One gene multiple disorders: the role of ABCC6 in calcification  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
104227
Type K
Principal investigator Váradi, András
Title in Hungarian Egy gén, számos betegség: az ABCC6 szerepe az érfalak meszesedésében
Title in English One gene multiple disorders: the role of ABCC6 in calcification
Keywords in Hungarian érelmeszesedés, kalcifikáció, PXE, állatmodellek, allél-specifikus terápia
Keywords in English atherosclerosis, calcification, PXE, animal models, allele-specific therapy
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Ortelius classification: Cytochemistry
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants Apró, Anna
Bálint, Bálint László
Dedinszki, Dóra
Dévay, Piroska Mária
Fülöp, Krisztina
Paku, Sándor
Pomozi, Viola
Szeri, Flóra
Tőkési, Natália
Vető, Borbála
Starting date 2013-01-01
Closing date 2016-12-31
Funding (in million HUF) 43.920
FTE (full time equivalent) 9.29
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Kutatásunk célja a betegséget okozó ABCC6 misszensz mutánsok megváltozott funkciója mögött álló molekuláris defekt felderítése, valamint a misszensz mutációk hatásának farmakológiai kijavítását célzó allél-specifikus beavatkozás kifejlesztése. További célunk olyan kísérleti modellek kifejlesztése, amelyek alkalmasak a lágy szöveti kalcifikáció élő állatban történő vizsgálatára, és lehetővé teszik a mineralizációt befolyásoló vegyületek és beavatkozási technikák tesztelését. Vizsgálni fogjuk hogy milyen szerepet játszanak a keringésben jelenlévő sejtek az ABCC6 közvetítésével szabályozott lágy szöveti kalcifikációban.
A fenti célok elérése érdekében újfajta in vitro és in vivo kísérleteket fogunk kidolgozni a (a mesterségesen kiváltott) kalcifikáció kvantitatív meghatározása érdekében, valamint a misszensz mutáció(k) által okozott elváltozás allél-specifikus kijavításának modellezéséhez.
Vad típusú és Abcc6 -/- egereket, valamint zebrahal modellt fogunk in vivo modellként használni.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az ABCC6 gént – amely egy ABC transzporter fehérjét kódol –a pseudoxanthoma elasticum (PXE) betegség “génjeként” azonosították 2000-ben. A PXE fő tünete a szisztémás lágy szöveti, érfali kalcifikáció. Egyéb rendellenességek is kötődnek az ABCC6 fehérjéhez: az ABCC6 gén mutációi okozhatják a GACI (generalized arterial calcification of infancy) súlyos betegség kialakulását, valamint ún. PXE-like betegség alakulhat ki, ezekben az esetekben koagulációs faktorok hiánya okozta tünetek párosulnak a PXE-vel. A betegek a gamma-glutamil karboxiláz (GGCX) gén mutációja mellett ABCC6 mutációt is hordoznak. A beta-talasszémiás páciensek jelentős hányadánál (kb 5%) alakulnak ki PXE-szerű tünetek, valószínűleg az ABCC6 gén csökkent expressziójának következtében. Populáció-genetikai tanulmányok azt mutatják, hogy egy funkciónális ABCC6 allél hiánya növeli a szívkoszorúér megbetegedés (CAD – coronary artery disease) kockázatát. Az Abcc6 kritikus szerepét igazolták egerekben is. A zebrahal Abcc6 modellt az állat Abcc6a és Abcc6b géjeinek szelektív kiütésével hozták létre.
Cél 1: A betegséget okozó ABCC6 misszensz mutánsok megváltozott funkciója mögött álló molekuláris háttér felderítése, valamint a misszensz mutációk hatásának farmakológiai kijavítását célzó allél-specifikus beavatkozás kifejlesztése.
Cél 2: Olyan kísérleti modellek kifejlesztése, amelyek alkalmasak a lágy szöveti kalcifikáció vizsgálatára élő állatban, és lehetővé teszik a mineralizációt befolyásoló vegyületek és beavatkozási technikák tesztelését.
Cél 3: A keringésben jelenlévő sejtek szerepének meghatározása az ABCC6 közvetítésével szabályozott lágy szöveti kalcifikációban.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Eredményeink új, allél-specifikus terápiák alapját képezhetik, és közelebb visznek az arteriális és egyéb lágy szöveti mineralizáció mechanizmusának megértéséhez.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az érelmeszesedés súlyos egészségügyi probléma, amely a népesség széles rétegét érinti. A kalcifikáció folyamatát – egyebek mellett - genetikai faktorok is szabályozzák. A szabályozásban résztvevő egyik, a közelmúltban azonosított gén az ABCC6. Mutáns ABCC6 fehérjével rendelkező betegekben korai és erőteljesebb kalcifikáció figyelhető meg. Célunk, hogy megértsük, hogy a mutációk hogyan vezetnek a fehérje funkciójának sérüléséhez, és hogy olyan módszereket fejlesszünk ki, amelyekkel a hibásan működő fehérje a betegben gyógyszerek segítségével “megjavítható”. Olyan állatmodelleket fogunk a kutatásba bevezetni, amelyek segítségével a meszesedés folyamata jobban megérthető.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
We intend to reveal the molecular background of the altered function of disease-causing ABCC6 missense mutations and to develop allele-specific intervention for pharmacologically correcting the effect of the missense disease-causing mutation(s). Our further plan is to develop experimental models to study soft tissue calcification in living animals to obtain methods suitable for testing compounds and intervention techniques influencing mineralization. In addition we will investigate the role of circulating blood cells in ABCC6-mediated regulation of soft tissue cacification.
To achive these aims we plan to establish novel in vitro and in vivo experimental setups for studying (experimentally induced) calcification on a quantitive manner as well as for modeling allele-specific intervention correcting the effect of the missense mutation(s). We will use wt and Abcc6-/- mice and zebrafish as in vivo models.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The ABCC6 gene encoding an ABC protein was first identified as the disease gene of pseudoxanthoma elasticum (PXE), a pathological condition characterized by systemic soft tissue calcification. Other disorders are also associated to ABCC6: generalized arterial calcification of infancy can be caused by mutations in the ABCC6 gene and PXE-like disorder with multiple coagulation factor deficiency can develop in ABCC6 mutation carriers if they are carriers of a mutation in the gamma-glutamyl carboxylase (GGCX) gene. A significant portion (approximately 5%) of beta-thalassemic patients develops PXE-like phenotype most probably due to the down-regulation of ABCC6. Population genetic studies suggest that one non-function allele of ABCC6 may increase the risk of coronary artery disease (CAD). The critical role of Abcc6 has been confirmed in the Abcc6-/- mice. A zebrafish Abcc6 model has also been established by knocking down the Abcc6a and Abcc6b genes of the animal.
Aim 1: To reveal the molecular background of the altered function of disease-causing ABCC6 missense mutations and to develop allele-specific intervention for pharmacologically correcting the effect of the missense disease-causing mutation(s).
Aim 2: To develop experimental models to study soft tissue calcification in living animals suitable for testing compounds and intervention methods influencing mineralization.
Aim 3: To determine the role of circulating blood cells in ABCC6-mediated soft tissue cacification inhibiton.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our results may establish novel allele-specific therapies of calcification diseases and a deeper basic knowledge of arterial and other soft tissue mineralization.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Arterial calcification is a major health problem which affects a large portion of the population. Genetic factors control the progress of calcification. One recently identified gene involved in controling the procedure is ABCC6. If mutation is present in the gene accelerated calcification is observed. Our goal is to understand how mutations harm the function and to develop methods to “repair the sick (non-functioning) protein”.




 

Final report

  
Results in Hungarian
1) Prelinikai kisérletek segítségével megalapoztuk azt a módszert, amely allél-specifickus terápiát tesz lehetővé a pseudoxanthoma elasticum (PXE) nevű öröklődő betegség gyógyítására. Elvégeztük az ABCC6 mutációinak statisztikai elemzését, és megállapítottuk, hogy a betegek mintegy 75%-ában legalább egy misszensz allél található. Olyan in vivo preklinikai egér modellt dolgoztunk ki, amelyben a human ABCC6 fehérje májban történő expressziója valósítható meg, tanulmányozható annak sejten belüli lokalizációja, és az is, hogy jelenléte megakadályozza-e a kötőszöveti meszesedést. Olyan gógyszer-molekulát találtunk, amely “korrigálja” a mutáns ABCC6-formáknak a sejten belüli mis-lokalizációját, és ennek következtében a mutáns fehérje képes ellátni az eredeti fiziológiás funkcióját. 2) Az ABCC6 transzporter a májban expresszálódik, és a májsejtekeből az ATP felszabadulását segíti elő amelypirofoszfáttá (PPi), a meszesedés inhibitorává alakul. Megállapítottuk, hogy a szájon át bejuttatott PPi mind emberben, mind egérben felszívódik, és kifejti hatását, habár általánosan elterjedt az a nézet, hogy a szájon át bejuttatott PPi bioavailability-je zérus. Meszesedési betegségek állatmodelljeit felhasználva kimutattuk, hogy a PPi jeletősen csökkenti a kötőszöveti meszesedést, és igéretes terápiának bizonyul ezekben a betegségekben. Eredményeink alapján Hollandiában egy 85%-ban a magyarországi kutatócsoport szellemi tulajdonát képező szabadalmi bejelentést tettünk.
Results in English
1) Our preclinical experiments have laid the foundation for the allele-specific therapy of pseudoxanthoma elasticum (PXE), a rare genetic disease. PXE is a recessively inherited disorder that causes the pathological mineralization of connective tissues, due to mutations in the ABCC6 gene and approximately 75% of PXE patients is with at least one missense allele. We developed a preclinical mouse model expressing the human ABCC6 in the liver, which enables us to study its cellular localization and its ability to prevent soft tissue calcification. We have identified a drug that acts as a "chemical chaperone", correcting the mislocalization of mutant ABCC6 variants, as well as restoring its physiological function of preventing ectopic calcification. 2) ABCC6 is a transporter expressed in the liver and it facilitates the release of ATP what is the source of pyrophosphate (PPi), a potent inhibitor of calcification. We have discovered that orally administered PPi is absorbed in both humans and mice, and functions as an inhibitor of calcification. These results challenge that the oral bioavailability of PPi is zero. We have shown that PPi significantly attenuates the calcification of soft tissues and arteries in two different mouse models of ectopic calcification disorders, making it to be a promising therapeutic option in these diseases. Based on the above described results, a patent, of which 85% is owned by the Hungarian research group, has been filed in the Netherlands.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=104227
Decision
Yes





 

List of publications

  
Pomozi V, Brampton C, Szeri F, Dedinszki D, Kozak E, van de Wetering K, Hopkins H, Martin L, Varadi A, Le Saux O: Functional Rescue of ABCC6 Deficiency by 4-Phenylbutyrate Therapy Reduces Dystrophic Calcification in Abcc6-/- Mice., JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY IN PRESS: p. IN PRESS. 2016 Nov 5. pii: S0022-202X(16)32624-0. doi: 10.1016/j.jid.2016.10.035, 2017
Jansen RS, Duijst S, Mahakena S, Sommer D, Szeri F, Váradi A, Plomp A, Bergen AA, Elferink RP, Borst P, van de Wetering K.: ATP-Binding Cassette Subfamily C Member 6-Mediated ATP Secretion by the Liver Is the Main Source of the Mineralization Inhibitor Inorganic Pyrophosphate in the Systemic Circulation., Arterioscler Thromb Vasc Biol. ATVBAHA.114.304017., 2014
Pomozi V, Brampton CN, Fülöp K, Chen LH, Apana AL, Li Q, Uitto J, Le Saux O, Váradi A: Analysis of Pseudoxanthoma Elasticum-Causing Missense Mutants of ABCC6 in vivo; Pharmacological Correction of the Mislocalized Proteins, J Invest Dermatol. 2014 Apr;134(4):946-53., 2014
Pomozi V, Le Saux O, Brampton CN, Apana A, Iliás A, Szeri F, Martin L, Monostory K, Paku S, Sarkadi B, Szakács G, Váradi A: ABCC6 is a basolateral plasma membrane protein., Circ Res. 2013;112(11):e148-51, 2013
Pomozi V, Brampton CN, Fülöp K, Chen LH, Apana AL, Li Q, Uitto J, Le Saux O, Váradi A: Analysis of Pseudoxanthoma Elasticum-Causing Missense Mutants of ABCC6 in vivo; Pharmacological Correction of the Mislocalized Proteins, J Invest Dermatol. 2013 Nov 11. doi: 10.1038/jid.2013.482., 2013
Arányi T, Bacquet C, de Boussac H, Ratajewski M, Pomozi V, Brampton CN, Pulaski L, Le Saux O, Váradi A: Transcriptional regulation of the ABCC6 gene and the background of impaired function of missense disease-causing mutations., Front Genet. 2013;4:27, 2013
Telbisz Á, Özvegy-Laczka C, Hegedűs T, Váradi A, Sarkadi B.: Effects of the lipid environment, cholesterol and bile acids on the function of the purified and reconstituted human ABCG2 protein., Biochem J. 2013 Mar 1;450(2):387-95., 2013
Uitto J, Váradi A, Bercovitch L, Terry PF, Terry SF: Pseudoxanthoma elasticum: progress in research toward treatment: summary of the 2012 PXE international research meeting., J Invest Dermatol. 2013 Jun;133(6):1444-9., 2013
Brampton C, Aherrahrou Z, Chen L-H, Martin L, Bergen AAB, Gorgels TGMF, Erdfdi J, Schunkert H, Szabó Z, Váradi A, Le Saux O: The level of hepatic ABCC6 expression determines the severity of calcification after cardiac injury, Am J Pathol 184:(1) pp. 159-170., 2014
Jansen RS, Duijst S, Mahakena S, Sommer D, Szeri F, Váradi A, Plomp A, Bergen AA, Elferink RP, Borst P, van de Wetering K.: ATP-Binding Cassette Subfamily C Member 6-Mediated ATP Secretion by the Liver Is the Main Source of the Mineralization Inhibitor Inorganic Pyrophosphate in the Systemic Circulation., Arterioscler Thromb Vasc Biol. ATVBAHA.114.304017., 2014
Pomozi V, Brampton CN, Fülöp K, Chen LH, Apana AL, Li Q, Uitto J, Le Saux O, Váradi A: Analysis of Pseudoxanthoma Elasticum-Causing Missense Mutants of ABCC6 in vivo; Pharmacological Correction of the Mislocalized Proteins, J Invest Dermatol. 2014 Apr;134(4):946-53., 2014
Gál Z, Hegedüs C, Szakács G, Váradi A, Sarkadi B, Özvegy-Laczka C.: Mutations of the central tyrosines of putative cholesterol recognition amino acid consensus (CRAC) sequences modify folding, activity, and sterol-sensing of the human ABC, Biochim Biophys Acta. 1848:477-87, 2015
Váradi, A. Homolya, L: Two liver transporters, ABCB11 and ABCC6; Novel therapeutic approaches in the related disorders, In ABC Transporters – 40 Years on; ed. George, A.M. Springer, p.357-376, 2015
Telbisz Á, Özvegy-Laczka C, Hegedűs T, Váradi A, Sarkadi B.: Effects of the lipid environment, cholesterol and bile acids on the function of the purified and reconstituted human ABCG2 protein., Biochem J. 2013 Mar 1;450(2):387-95., 2013
Li Q, Aranyi T, Varadi A, Terry SF, Uitto J: Research Progress in Pseudoxanthoma Elasticum and Related Ectopic Mineralization Disorders., JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY 136:(3) pp. 550-556., 2016
Rashdan NA, Rutsch F, Kempf H, Varadi A, Leftheriotis G, MacRae VE: New perspectives on rare connective tissue calcifying diseases., CURRENT OPINION IN PHARMACOLOGY 28: pp. 14-23., 2016
Brampton C, Aherrahrou Z, Chen L-H, Martin L, Bergen AAB, Gorgels TGMF, Erdfdi J, Schunkert H, Szabó Z, Váradi A, Le Saux O: The level of hepatic ABCC6 expression determines the severity of calcification after cardiac injury, Am J Pathol 184:(1) pp. 159-170., 2014
Pomozi V, Le Saux O, Brampton CN, Apana A, Iliás A, Szeri F, Martin L, Monostory K, Paku S, Sarkadi B, Szakács G, Váradi A: ABCC6 is a basolateral plasma membrane protein, Circ Res. 2013;112(11):e148-51, 2013
Uitto J, Váradi A, Bercovitch L, Terry PF, Terry SF: Pseudoxanthoma elasticum: progress in research toward treatment: summary of the 2012 PXE international research meeting, J Invest Dermatol. 2013 Jun;133(6):1444-9., 2013




 

Events of the project

  
2017-03-06 15:58:43
Résztvevők változása
2016-11-30 13:54:47
Résztvevők változása
2016-03-15 19:28:44
Résztvevők változása
2015-03-24 23:06:05
Résztvevők változása



Back »