 |
EXPLORING (PATHO)PHYSIOLOGICAL ROLE OF ANTICHOLESTEROL ANTIBODIES AND THEIR DIAGNOSTIC VALUE IN LIPID RAFT-RELATED DISEASES
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
104398 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Papp-Balogh, Andrea |
| Title in Hungarian |
ANTIKOLESZTERIN ELLENANYAGOK (PATO)FIZIOLÓGIÁS SZEREPÉNEK FELTÁRÁSA ÉS LIPID RAFT-KAPCSOLT BETEGSÉGEK DIAGNOSZTIKÁJÁBAN TÖRTÉNŐ ALKALMAZÁSUK LEHETŐSÉGEI |
| Title in English |
EXPLORING (PATHO)PHYSIOLOGICAL ROLE OF ANTICHOLESTEROL ANTIBODIES AND THEIR DIAGNOSTIC VALUE IN LIPID RAFT-RELATED DISEASES |
| Keywords in Hungarian |
koleszterin, ellenanyag, lipid raft, immunválasz, Alzheimer kór |
| Keywords in English |
cholesterol, antibody, lipid raft, immune response, Alzheimer's disease |
| Discipline |
| Immunology (Council of Medical and Biological Sciences) | 90 % | | Ortelius classification: Immunology | | Medical engineering and technology (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Department of Immunology (Eötvös Loránd University) |
| Starting date |
2013-02-01 |
| Closing date |
2017-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
24.665 |
| FTE (full time equivalent) |
2.56 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A koleszterin egyik fontos stabilizáló komponense a membrán nano/mikrodoméneknek (lipid raftok, kaveolák), melyek kritikus szabályozó funkciókat látnak el az emlős sejtek működésében, membránreceptorok szervezésén, jelátviteli utak elindításán, sejt-sejt kommunikáció kialakításán (pl. immunológiai szinapszisok, membrán nanocsövek) keresztül, valamint endocitózis/internalizáció során is. A lipid raftok sok patogén bejutási helyeként is szolgálnak (pl. influenza, HIV-1, M. tuberculosis). Minden emlős szérumában megtalálhatóak természetes antikoleszterin ellenanyagok (ACHA-k), melyek szérum szintje ateroszklerózisban, autoimmun vagy tumoros betegségek és krónikus fertőzések (pl. HIV-1) során eltérő irányokban, jelentősen megváltozhat. Ez felveti a természetes ACHA-k lehetséges szabályozó/moduláló szerepét (pato)fiziológiás folyamatokban (antigén prezentáció, Alzheimer kór (AD) stb.), a szakirodalomban azonban erre vonatkozólag kevés információ található. Kutatócsoportunk elsőként vizsgálná egerekben, hogy az ACHA-k képesek-e befolyásolni in vivo lipid raft-kapcsolt folyamatokat (pl. antigén prezentáció T-sejtek felé). Célunk, az ACHA-k antigén-kötő természetének jellemzése és egy nagy áteresztőképességű mikroarray-alapú módszer kifejlesztése a sejtek totál- és membrán koleszterin tartalmának (lipid raftok) mérésére. Továbbá szertnénk követni az AD kifejlődése közbeni koleszterin metabolizmusban bekövetkező változásokat. Kutatásainkat a laboratóriumunkban előállított monoklonális IgG3 ACHA (AC8) segítségével végeznénk, mely antitest kötődik a klaszteresedett koleszterin különböző formáihoz (koleszterin mikrokristályok, koleszterin lipoproteinekben és sejtek membránjában).
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.
Mi a természetes koleszterin-ellenes antitestek (ACHA-k) szerepe (pato)fiziológiás folyamatokban?
- Hogyan kötődnek az ACHAk a koleszterinhez (mely aminosav maradékok fontosak a koleszterin kötéséhez)? Ennek megválaszolására a monoklonális AC8 ACHA-ból előállított egyláncú ellenanyag fragmentum antigén-kötő zsebét mutációs analízissel térképeznénk fel. Továbbá az ACHA-k, mint a természetes ACHA repertoár modelljei, kereszt-reaktivitát vizsgálnánk preszelektált autoantigénekhez mikroarray módszerrel. Előkísérleteink azt mutaják, hogy bizonyos autoantigénekkel monoklonális ACHA-ink kereszt-reagálnak, azonban ezen jelenség megértése további kísérleteket igényel.
- Képesek-e az ACHA-k lipid raft-kapcsolt sejt funkciók és betegségek modulálására? Modell antigének (pl. ovalbumin) és egér betegség modellek (pl. Alzheimer kór) segítségével keresnénk a választ a kérdésre.
Használhatóak-e monoklonális ACHA-ink nagyáteresztő képességű diagnosztikai/metodikai eszközként?
- Alkalmasak-e ellenanyagaink (AC8, AC1, AC9) a sejtek teljes- és membrán koleszterin szintjének kvantitatív detektálására? Egy olyan mikroarray-alapú módszert szeretnénk kifejleszteni, mellyel a monoklonálisaink segítségével mérhető a sejtek koleszterin tartalma. Továbbá Alzheimer kóros egerek agyában szeretnénk detektálni a koleszterint az AC8 ellenanyaggal a betegség kialakulásának nyomonkövetése céljából.
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!
Kísérleteinkkel közelebb kerülnénk a természetes koleszterin-specifikus ellenanyagok fiziológiás és patológiás folyamatokban betöltött szerepének, esetlegesen szabályozó vagy moduláló funkciójának megértéséhez. Az IgG3 AC8 koleszterin-specifikus ellenanyag képes kötődni a sejtmembránban található lokálisan feldúsult koleszterinhez, és eddigi in vitro kutatási eredményeink szerint különböző lipid raft-függő sejtfunkciók (HIV-1 fertőzés gátlása, fagocitózis és antigén prezentáció fokozása) módosíthatóak vele. A kérdés, hogy in vivo is képes-e eljutni a megfelelő sejtekhez és plazmammembránjukhoz kötődve modulálja-e a sejtműködésüket. Mivel az emlősők szervezetében IgM és IgG izotípusú természetes ACHA-k is előfordulnak, így elképzelhető, hogy közülük egyesek hasonló moduláló tulajdonsággal bírhatnak. Ez különösen fontos bizonyos kórképekben, ahol a sejtmembránok lipid raft (és koleszterin) tartalma jelentősen megnövekszik (pl. aktivált immunsejtek fertőzésekkor vagy autoimmun betegségekben; Alzheimer kór), vagy a koleszterin válik jobban hozzáférhetővé (pl. tumorok). A korábban leírt kórképekben a lipid raftok célzását, mint jövőbeni potenciális terápiás lehetőséget egyre több kutatócsoport felveti. Ilyen irányú kutatásokhoz a monoklonális AC8 ACHA jó kiindulópont lehet. Munkánk másik részében az AC8 ellenanyag módszertani felhasználásának bővítését végeznénk. A lipid raftok detektálásra több lehetőség is van, ezek közül sok időigényes vagy bonyolult folyamat. Mindeképpen felmerülhet az igény olyan új raft-analitikai módszerekre, melyek akár gyorsabbak vagy nagyobb áteresztőképességűek (pl. koleszterin mikroarray), és a jövőben raft-működési zavarokkal együttjáró betegségek diagnosztizálásának alapjául szolgálhatnak.
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.
A koleszterin minden emlős sejt membránjában megtalálható az ún. lipid tutajok egyik fontos alkotóelemeként. Ezen speciális membrán régiók sokféle sejtműködést szabályoznak az egészséges szervezetben (pl. immunválasz során a sejtek aktivációja). Ezért a méretükben és összetételükben bekövetkező kóros elváltozások betegségek kialakulásához vezethetnek (pl. Alzheimer kór, asztma) és diagnosztikai jelentőséggel is bírhatnak. A lipid tutajok ezáltal terápiás célpontok is lehetnek. Érdekes módon a koleszterin ellen szervezetünkben ellenanyagok termelődnek fiziológiás körülmények között, azonban funkciójukról keveset tudunk. Egyes betegésgekben szérum szintjük jelentősen megváltozhat (pl. ateroszklerózis, HIV-1 fertőzés), mely arra utal, hogy a koleszterin jobban hozzáférhetővé válik az immunsejtek és ellenanyagok számára. Kutatásaink során a koleszterin-ellenes antitestek fiziológiásan és kóros körülmények között betöltött és lipid tutajokhoz kapcsolt szerépét kívánjuk vizsgálni Ehhez a laboratóriumunkban előállított koleszterin-specifikus ellenanyagokat használnánk. Célunk, hogy ellenanyagainkat lipid tutajokhoz kapcsolt betegségek diagnosztizálására és akár terápiás eszközként felhasználhassuk a jövőben, ezen kutatás keretein belül ennek lehetőségeit keressük.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Cholesterol is a stabilizing molecule of membrane nano/microdomains (lipid rafts, caveolas) regulating mammalian cell functions. Lipid rafts are key players in organizing membrane receptors, initiating singalling pathways, formation of cell-cell interactions (e.g. immunological synapses, membrane nanotubes) and also in endocytosis/internalization. Additionally, membrane microdomains are targets of several pathogens (influenza, HIV-1, M. tuberculosis etc.). Natural anticholesterol autoantibodies (ACHAs) are present in all mammmalian sera, and significant bidirectional changes in their serum level have been reported in atherosclerotis, autoimmune diseases, tumors and chronic infections (e.g. HIV-1). This raises the question whether natural ACHAs can regulate/modulate lipid raft-linked (patho)physiological processes (antigen presentation, Alzheimer’s disease (AD) etc.), however the scientific literature is very poor in this field. In the persent project we propose to investigate the potential of ACHAs to in vivo modulate lipid raft-dependent processes (e.g. antigen presentation to T-cells) in mice. We propose to characterize the antigen binding property of ACHAs and develop a new microarray-based HTS assay, to detect total cellular and membrane cholesterol (lipid rafts). Additionally, we would like to monitor changes in cholesterol metabolism in AD. For all these experiments, we will use our AC8 monoclonal IgG3 ACHA capable of binding to clustered cholesterol, in the form of purified cholesterol microcrystals, in lipoproteins and in cell membrane of various cells.
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.
What is the (patho)physiological role of natural anticholesterol antibodies (ACHAs)?
- How do ACHAs bind to cholesterol (which amino acid residues are essential for cholesterol binding)? We would like to map the antigen binding site of AC8 single chain variable fragment (scFv) by mutational analysis. In addition, we plan to test cross-reactivity of ACHAs, as representatives of the natural anti-cholesterol antibody repertoire, to preselected (auto)antigens by microarray method. Our preliminary results show some extent of cross-reactivity of our monoclonal ACHAs to certain non-lipid autoantigens, however understanding this phenomemon needs a detailed analysis.
- Are the ACHAs capable of modulating lipid raft-linked cell functions or diseases? We propose to use model antigens (e.g. ovalbumin) to immunize mice and murine model of Alzheimer’s disease for examining this question.
What is the diagnostical/methodical value of our monoclonal ACHAs in HTS assays?
- Can we use AC8, AC1 or AC9 monoclonal ACHAs to quantitatively detect total cellular and membrane cholesterol? We would like to develope a microarray-based method, using our monoclonal ACHA antibodies to measure cellular cholesterol content. Furthermore, we plan to use AC8 antibody to detect cholesterol in brains of AD mice for following disease progression.
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 studies would get us closer to understand the role (regulatory or modulatory) of natural ACHAs under physiological and pathological conditions. AC8 cholesterol-specific antibody is capable of binding to clustered cholesterol in plasma membranes, and our results show that upon this binding, various lipid raft-dependent cell functions (HIV-1 infection, enhancement of phagocytosis and antigen presentation) can be modulated in vitro. The question is whether the antibody can get to the proper cells in vivo and modulate their functions by binding to their plasma membranes. Since naturally occuring IgM and IgG ACHAs are present in the sera of mammals it is conceivable that some of them has the same modulating potential as our monoclonal ACHA’s. This can be very important in some disorders, where lipid raft (and cholesterol) content of cells increases (e.g. canonically activated immunocytes in infections or autoimmune diseases; Alzheimer’s disease) or the small cholesterol epitope gets more exposed (e.g. tumors). More and more research groups suggest to target lipid raft components, as a new therapeutic approach, in disorders mentioned above. Our monoclonal AC8 can be a good base for these kind of studies. In the other part of our work, we would like to extend methodical utilization of AC8 antibody. Several techniques are available to detect lipid rafts, some of them are time-consuming or too complicated. Therefore, rapid and high throughput raft-analytical method (e.g. cholesterol microarray), that can be the base of new diagnostics tools of lipid raft-related diseases in the future, are definitely required.
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.
Cholesterol can be found in all mammalian cell membranes as an essential lipid component of so called lipid rafts. These special membrane regions are key players in physiological regulation of varoius cellular processes (e.g. cell activation in immune response). Pathological changes in their size or content, therefore can lead to development of diseases (e.g. Alzheimer’s disease, asthma) and may have diagnostic value as well. Targeting lipid rafts, as new therapeutic approaches may also merit consideration. Interestingly, natural anticholesterol antibodies are present in the sera of all healthy individuals with yet unknown functions. Their serum level can significantly change in several diseases (e.g. atherosclerosis, HIV-1 infection), suggesting that cholesterol is getting more exposed for immunocytes and antiboides. We propose to investigate the role of (natural) ACHAs in lipid raft-related (patho)physiological processes. For these studies, we plan to use a cholesterol-specific antibody generated by us. Our aim is to explore possible applications of our antibody in diagnostic and therapeutic methods linked to lipid raft-associated diseases.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Melinda Herbáth, Krisztián Papp, Andrea Balogh, János Matkó, József Prechl: Exploiting fluorescence for multiplex immunoassays on protein microarrays, Methods and Applications in Fluorescence 2(3):032001, 2014 | | Nándor GáborThan, Andrea Balogh, Roberto Romero, Éva Kárpáti , Offer Erez, András Szilágyi , Ilona Kovalszky , Marei Sammar , Sveinbjorn Gizurarson, János Matkó, Péter Závodszky , Zoltán Papp, Hamutal Meiri: Placental Protein 13 (PP13) – a placental immunoregulatory galectin protecting pregnancy, Frontiers in Immunology 5:348, 2014 | | Osteikoetxea X, Balogh A, Szabó-Taylor K, Németh A, Szabó TG, Pálóczi K, Sódar B, Kittel, Á, György B, Pállinger É, Matkó J, Buzás, EI: Improved characterization of EV preparations based on protein to lipid ratio and lipid properties, PLos One 10(3):e0121184, 2015 | | Osteikoetxea X, Sódar B, Németh A, Szabó-Taylor K, Pálóczi K, Vukman KV, Tamási V, Balogh A, Kittel, Á, Pállinger É, Buzás, EI: Differential detergent sensitivity of extracellular vesicle subpopulations, Organic and Biol Chem 13(38):9775-82, 2015 | | Melinda Herbáth, Krisztián Papp, Andrea Balogh, János Matkó, József Prechl: Exploiting fluorescence for multiplex immunoassays on protein microarrays, METHODS APPL FLUORESC 2: (3) , 2014 | | Nándor GáborThan, Andrea Balogh, Roberto Romero, Éva Kárpáti , Offer Erez, András Szilágyi , Ilona Kovalszky , Marei Sammar , Sveinbjorn Gizurarson, János Matkó, Péter Závodszky , Zoltán Papp, Hamutal Meiri : Placental Protein 13 (PP13) – a placental immunoregulatory galectin protecting pregnancy, FRONT IMMUNOL 5: , 2014 | | Than NG, Romero R, Xu Y, Erez O, Xu Z, Bhatti G, Leavitt R, Chung TH, El-Azzamy H, LaJeunesse C, Wang B, Balogh A, Szalai G, Land S, Dong Z, Hassan SS, Chaiworapongsa T, Krispin M, Kim CJ, Tarca AL, Papp Z, Bohn H: Evolutionary origins of the placental expression of chromosome 19 cluster galectins and their complex dysregulation in preeclampsia, PLACENTA 35: 855-865, 2014 | | Osteikoetxea X, Balogh A, Szabó-Taylor K, Németh A, Szabó TG, Pálóczi K, Sódar B, Kittel, Á, György B, Pállinger É, Matkó J, Buzás, EI: Improved characterization of EV preparations based on protein to lipid ratio and lipid properties, Plos One, 2015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
