|
Membrane Nanotube Networks between Immunocytes: regulating factors and functional significance in cell-to-cell communication with special attention to B and T cells
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
|
Details of project |
|
|
Identifier |
104971 |
Type |
K |
Principal investigator |
Matkó, János |
Title in Hungarian |
Membrán nanocső hálózatok immunsejtek között: szabályozó faktorok és funkcionális jelentőségük a sejtkommunikációban, különös tekintettel a B- és T-sejtekre |
Title in English |
Membrane Nanotube Networks between Immunocytes: regulating factors and functional significance in cell-to-cell communication with special attention to B and T cells |
Keywords in Hungarian |
nanocsövek, trogocitózis, aktin-miozin rendszer, szabályozó lipid fatorok, B és T limfociták, nyirokszervek |
Keywords in English |
nanotubes, trogocytosis, actin-myosin system, lipid regulation, B and T lymphocytes, lymph nodes |
Discipline |
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences) | 70 % | Ortelius classification: Physiological biophysics | Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % |
|
Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
Department or equivalent |
Department of Immunology (Eötvös Loránd University) |
Participants |
Derényi, Imre Huber, Krisztina Kovács, Mihály László, Glória Lomen, Eszter Angéla Molnár, Anikó Papp, Krisztián
|
Starting date |
2013-01-01 |
Closing date |
2017-09-30 |
Funding (in million HUF) |
39.038 |
FTE (full time equivalent) |
10.48 |
state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az immunrendszer sejtjeinek kommunikációja sokrétű, magába foglalja a közvetlen sejt-sejt kölcsönhatásokat (pl. immunológiai szinapszisok) valamint az indirekt (autokrin és parakrin) citokin hálózat közvetített kommunikációs formákat, melyek szerepe az immunrendszer szabályozásában nagyjából ismert. Az utóbbi években új kommunikációs formákat is felfedeztek, mint a membrán vezikulák/exoszómák ill. membrán nanocsövek, melyek a sejtek közötti anyag/molekula transzport, az un. „trogocitózis” folyamatát is képesek megvalósítani. Ez a jelenség megkérdőjelezi a „sejtek autonómiájára” vonatkozó régi dogmát, és felveti az immunrendszer egy újszerű szabályozási formájának lehetőségét. Mitöbb ezáltal új terápiás lehetőségeket (ld. pl. a dendritikus sejt eredetű exoszóma/mikrovezikula terápia sikere melanóma kezelésében) is teremthetnek számunkra. Előzetes eredményeink és a szakirodalom ismeretében, jelen projektben a „membránnanocsöves kommunikációs hálózatok” jellemzését kívánjuk elvégezni speciális képalkotási módszerek segítségével elsősorban T- és B- limfocita sejteken. Célunk továbbá felderíteni a nanocsövek növekedését kontrolláló faktorokat (membrán lipid összetétel, környezeti faktorok, az akto-miozin rendszer szerepe) és az intercelluláris molekula transzport mechanizmusát, az antigénbemutatásban és T sejt aktivációban kulcsszerepet játszó MHC és B7 kostimulátor fehérjék esetén. Utóbbi kérdéseket elméleti modellezéssel is vizsgálni kívánjuk. Várakozásaink szerint eredményeink feltárják majd ezen új sejtkommunikációs forma sok lényeges tulajdonságát, melyek funkcionális relevanciával is bírhatnak az immunreguláció során.
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. A javasolt kutatási projekt alapkérdései a következők: Vajon az in vitro körülmények között megfigyelhető nanocsövek és azok hálózatai jelen vannak-e in vivo is, az immunszervek szöveti körülmények között? Tanulmányozni kívánjuk azt az alapvető kérdést, hogy mi indukálja ezen nanocsövek növekedését a sejt felszínének egy adott pontján? Eddigi előkísérleteink és irodalmi ismereteink alapján a nanocsőnövekedés az aktin filamentum polimerizációval kapcsolható folyamat, tehát szeretnénk azt felderíteni, hogy milyen módon kontrollálja az akto-miozin rendszer a nanocsőnövekedés folyamatát. Itt fontos alapkérdés az is, hogy milyen módon szabályozzák a nanocsőnövekedést a plazma membrán tulajdonságaiban bekövetkező változások – mint pl. a lipid összetétel változásai (pl. sejtaktiváció, differenciálódás, érés, stresszhatások során), a membrán töltésviszonyainak, potenciáljának megváltozása - ill. a celluláris mikrokörnyezet tulajdonságai. Végül, egy harmadik fontos alapkérdésünk az, hogy megvaósulhat-e és ha igen, hogyan a sejteket összekötő nanocsöveken keresztül a trogocytózis folyamata. It egy specifikus kérdés az, hogy a vizsgálni kívánt T és B sejteknél az antigénbemutatásban és T sejt aktivációban kritikus MHC és a kostimulátor B7 családbeli fejérjék transzportja hogyan valósul meg a sejtek között, mivel ez komoly szabályozási jelentőséggel bírhat a celluláris immunválasz során.
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! Amennyiben ezen új, membrán nanocsöveken (NT) keresztüli sejtkommunikációs útvonal főbb jellegzetességeit sejtspecifikus módon feltárjuk, jelen projekt célkitűzéseinek megfelelően, akkor az intercelluláris információ/anyag átvitel egy új formáját ismerhetjük meg közelebbről. Ezen túlmenően a „trogocytosis” (sejtek közötti citoplazmatikus és membrán fragmentum anyagcsere) folyamatát specifikusan jellemezhetjük immunsejtek esetén, funkcionális jelentőség szempontjából releváns vizsgálatokkal kiegészítve. A projekt kapcsán folyó modellezési vizsgálatok és a B- és T- limfocitákon folyó funkcionális vizsgálatok olyan eredményekkel szolgálhatnak, melyek segítik megérteni ezen új kommunikációs forma működési mechanizmusát, szabályozását és jelentőségét az immunválasz folyamataiban. A nanocsövekben megtalálható gyakoribb fehérjék azonosítása szintén közelebb visz az NT-k funkcionális szerepének megértéséhez. Végül, szerencsés esetben igazolhatjuk speciális képalkotási technikákkal, hogy ezek a nanocsöves sejtkapcsolatok/hálózatok létezhetnek-e in vivo körülmények között, intakt izolált immunszervekben. Összeségében elméleti és kísérleti vizsgálataink minden bizonnyal értékes adatokat szolgáltatnak a membrán nanocsöveken keresztüli sejtkommunikáció mélyebb 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 idegen betolakodók (baktériumok, vírusok, paraziták) ellen hatékony védelmet nyújtó immunrendszerünk sokféle sejttípusból épül fel, melyek egymással többféle módon kommunikálhatnak működésük során. Közvetlen kontaktusokat (un. immunológiai szinapszisokat) képezhetnek, vagy kisméretű citokin fehérjék segítségével (pl. az egyik sejt termeli, a szomszéd sejt pedig megköti és reagál rá) keresztül informálhatják egymást. A mikroszkópos képalkotási módszerek elmúlt évtizedbeli ugrásszerű fejlődése lehetővé tette azt, hogy igen vékony (néhányszor 10 nanométer) de hosszú (5-100 mikrométer) nanocsöves kapcsolatokat, sőt hálózatokat lehetett detektálni különféle sejttípusok között. Ezen nanocsövek működéséről, funkcionális jelentőségéről jelenleg nem sokat tudunk. Így jelen pályázat során az ELTE, a Pécsi Egyetem Orvosi kara és a Semmelweis egyetem kutatói együttesen megpróbálják felderíteni, hogy az adaptív immunválasz két fontos sejtje a B és T limfociták esetében miként jönnek létre ezen nanocsöves kontaktusok, történik-e és ha igen, hogyan rajtuk keresztül anyag/molekula áramlás a két összekapcsolt sejt között. Ha igen, és ez in vivo is detektálható, akkor egy újfajta immunszabályozási formát isemerhetünk meg közelebbről a pályázat segítségével. A vizsgálatokhoz szükséges korszerű, speciális mikroszkópiás technikákat és berendezéseket a fenti kutatóegyetemek állami és EU támogatásból szerezték be az elmúlt néhány évben.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Immune cells communicate through direct cellular contacts, such as immune synapses, or through indirect cytokine mediated (autocrine/paracrine) pathways, which are both essential in regulation of the immune system. In the last few years new communication forms have been explored, such as membrane nanotubes (NTs) or membrane microvesicles (MVs)/exosomes. These connective structures and vesicles may provide a platform for ’trogocytosis’, which is an exchange of intracellular or membrane molecules between two adjacent cells. This phenomenon questions the old dogma of „cellular autonomy” and suggests that certain cellular functions can be regulated through these new communication pathways either positively or negatively. They may also offer new therapeutic possibilities (see e.g. successful therapeutic application of dendritic cell-derived exosomes to cure melanoma). Based on our preliminary observations on B and T cells and the currently available literature, our basic goal in this project is to reveal and characterize the factors controlling nanotube growth in B and T cells. These investigations will focus on the role of membrane composition, external factors and the acto-myosin system. The mechanism of intercellular transport through nanotubes for MHC and B7, key molecules of T cell activation, will also be investigated by both theoretical modeling and experimentally, using special imaging techniques (live cell CLSM, two-photon/FLIM, superresolution microscopy), laser tweezers and TEM for these investigations. We expect that our results will shed light on the basic features of B- and T cell nanotubes with functional relevance in immunoregulation.
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 basic questions addressed by the proposed reasearch are the following: Can the in vitro observed membrane nanotube connections be detected in vivo, as well? This question will be studied in mouse immune organs with Cell-Tracker stained B and T cells using adoptive transfer and special imaging techniques. As another central question about this new, nanotube communication form is that how these nanotubes start to grow at a point of the cell surface, what factors induce and control their growth and branching. Here we will analyze the influence of environmental factors, membrane lipid composition, membrane potential and the role of the acto-myosin system. A further basic question is whether these nanotubes are able to mediate trogocytosis between B cells and T cells, with particular attention to MHC and B7 family costimulator proteins. These questions will also be analyzed by theoretical modeling that will certainly help to uncover the mechanism of intercellular transport (trogocytosis) between lymphocytes through nanotubular connections, which have functional significance, as well, in regulation of the immune response.
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. Exploring the main features of this new form of cell communication, membrane nanotubes (NT), we can also get closer to understanding whether intercellular information/material transport can take plase through these tubular connections between the adjacent cells. Our results will expectedly provide us with specific information about B- and T-cell nanotubes, about the environmental and membrane factors controlling their growth and branching. The role of actin filaments and myosin motor proteins will also be uncovered in the latter process. Finally, the experiments focusing on the process of MHC and B7 costimulator protein trogocytosis between B cells and T cells will help to understand whether this exchange process takes place only in homotypic fashion or in heterotypic way as well. Our in vivo imaging experiments will shed light on the question whether these nanotubes form also in vivo, in isolated immune organs. Summarizing, we expect the our project will provide valuable data resulting in significant steps towards understanding the mechnisms of this new nanotube communication of cells, and their functional role, particularly in immunoregulation of lymphocyte function.
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. The immune system fighting against the foreign invaders (bacteria, viruses, parasites) reaching us frequently builds up from many different cell types. These cells communicate with each other by yet well known direct cell-cell contacts (e.g. immune sysnapse) or through small cytokine proteins (one cell produces and secretes them, the addjacent cell can receive and bind them and then respond with a specific activity). The rapid and amazing development of the microscopic imaging in the last decade allowed the scientists to visualize thin (several tens of nanometers thickness) but long (5-100 micrometer) so called membrane nanotubes. Our knowledge on how they grow out of the cells and what factors initiate and control this process is very poor. Thus, in the proposed research project specialist scientists of the ELTE, University of Pécs and the Semmelweis University will try to uncover the yet hidden details of the mechanism of nanotube gowth and branching between B and T lymphocytes, two important players of the adaptive immune system. This research group will try to answer another intriguing question, namely whether the adjacent cells can exchange functionally critical proteins molecules with each other. This would make immunoregulation of lymphocytes into a new enlightening. The special microscopic workstations for these investigations were purchased with the support of the Hungarian Government and the European Social Fund.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
List of publications |
|
|
G Steinbach, K Pawlak, I Pomozi, EA Tóth, A Molnár, J Matkó, G Garab: Mapping microscopic order in plant and mammalian cells and tissues: Novel differential polarization attachment for new generation confocal microscopes (DP-LSM), Methods and Applications in Fluorescence-IOPScience, Vol.2, 015005 (9pp) doi:10.1088/2050-6120/2/1/015005, 2014 | Melinda Herbáth, Krisztián Papp, Andrea Balogh, János Matkó and József Prechl: Exploiting fluorescence for multiplex immunoassays on protein microarrays, Methods and Applications in Fluorescence-IOP Publishing, 2014 | Edina Szabó-Meleg, Kinga Futó, Tamás Madarász, Elek Telek, Balázs Visegrády, János Matkó, Miklós Nyitrai: The role of IRSp53 protein in the formation of membrane nanotubes, European Cytoskeleton Forum, Postojna, Slovenia, 2015 | Anikó Osteikoetxea-Molnár, Eszter A.Tóth, Edina Szabó-Meleg, Ádám Oszvald, Tamás Bozó, Miklós Kellermayer, Miklós Nyitrai2, László Nyitray, Imre Derényi, Gábor Balog, Mária Péter, László Vígh and János Matkó: MEMBRANE NANOTUBE NETWORKS BETWEEN B CELLS, CONDUCTORS OF HUMORAL IMMUNE RESPONSE: ON THE ROAD TO REVEAL THE FACTORS CONTROLLING THEIR GROWTH, RETRACTION AND FUNCTION, A Magyar Biokémiai Egyesület évi Vándorgyűlése (Szeged, 2016.08.28-31.), előadás, 2016 | Anikó Osteikoetxea-Molnár, Edina Szabó-Meleg, Eszter Angéla Tóth, Ádám Oszvald, Emese Izsépi, Mariann Kremlitzka, Beáta Biri, László Nyitray, Tamás Bozó, Péter Németh, Miklós Kellermayer, Miklós Nyitrai, Janos Matko: The growth determinants and transport properties of tunneling nanotube networks between B lymphocytes, Cell Mol Life Sci, 2016 | Anikó Osteikoetxea-Molnár, Krisztina Huber, Eszter A. Tóth, Edina Szabó-Meleg, Ádám Oszvald, Tamás Bozó, Tamás Madarász, Brigitta Brunner, Miklós Kellermayer, László Nyitray, Miklós Nyitrai and János Matkó: B cells can communicate with each other via nanotubular network with potential immunoregulatory roles, 3rd Meeting of Middle - European Societies for Immunology and Allergology Budapest, Hungary — December 1st - 3rd 2016, 2016 | H. Halász, A. Ghadaksaz, T. Madarász, A. Osteikoetxea-Molnár, E. A. Tóth, K. Huber, M. Nyitrai, J. Matkó, E. Szabó-Meleg: Studying membrane nanotubes and their transport processes with live cell superresolution SIM microscopy, 17th international ELMI meeting 23 - 26 May 2017 Dubrovnik, Croatia, 2017 | Henriett Halász, Tamás Madarász, János Matkó, Miklós Nyitrai, Edina Szabó-Meleg: New direct intercellular communication pathways-membrane nanotubes, Molekuláris Élettudományi Konferencia 2017, Eger, Hungary, 2017 | Eszter A. Tóth, Ádám Oszvald, Mária Péter, Gábor Balogh, Anikó Osteikoetxea-Molnár, Tamás Bozó, Edina Szabó-Meleg, Miklós Nyitrai, Imre Derényi, Miklós Kellermayer, Toshiyuki Yamaji, Kentaro Hanada, László Vígh, János Matkó: Nanotubes connecting B lymphocytes: High impact of differentiation-dependent lipid composition on their growth and mechanics, Biochim Biophys Acta, Mol Cell Biol Lipids 1862: 991-1000, 2017 | Matkó, János, Halász, Henriett, Ghadaksaz, Alireza, Madarász, Tamás, Huber Krisztina, Osteikoetxea-Molnár, Anikó, Tóth Eszter Angéla, Nyitrai Miklós, Szabó-Meleg, Edina: Investigation of growth and intercellular transport properties of membrane nanotubes connecting immune cells by LC-CLSM and superresolution (SIM) imaging., 15th MAF International Conference, Bruges, Belgium, September 10-13, 2017, 2017 | Matkó, János, Ghadaksaz, Ali Reza, Halász, Henriett, Madarász, Tamás, Harami, Gábor, Huber, Krisztina, Tóth, Eszter Angéla, Osteikoetxea-Molnár, Anikó, Kovács, Mihály, Nyitrai, Miklós, Szabó-Meleg, Edina: Some mechanistic details of intercellular transport of microvesicles and costimulator proteins via nanotubes between immune cells are revealed by live cell SR-SIM imaging, Methods and Applications in Fluorescence -IOP Science, (submitted 10-30-2017), 2017 | Tóth Eszter Angéla, Molnár Anikó, Izsépi Emese, Csala Anna, Oszvald Ádám, Derényi Imre és Matkó János: A sejtmembrán lipid összetétele, a lipid raftok és a sejt mikrokörnyezete alapvetően meghatározzák a membrán nanocsövek növekedését B limfocitákon, 44. Membrán-Transzport Konferencia Sümeg, 2014. május 20-23., 2014 | Anikó Molnár, Eszter Angéla Tóth, Edina Szabó-Meleg, Tamás Bozó, Péter Németh, Ádám Oszvald, Emese Izsépi, Anna Csala, Miklós Kellermayer, Miklós Nyitrai, János Matkó: Live cell confocal fluorescence and TIRF imaging of membrane nanotube networks between B lymphocytes: Studies on the conditions and mechanism of their growth, 14th Conference on Methods and Applications in Fluorescence, Würzburg, Germany, 13-16 September, 2015 | Eszter Angela Tóth, Anikó Molnár, Emese Izsépi, Ádám Oszvald, Imre Derényi, Gábor Balogh, Mária Péter, László Vígh, János Matkó: Imaging nanotubular connections between immune cells: Analysis of lipid dependence of NT growth and the membrane order/transport of NTs, 14th Conference on Methods and Applications in Fluorescence (MAF14) Würzburg, Germany, 13-16 September, 2015 | Anikó Molnár, Eszter Angéla Tóth, Emese Izsépi, Anna Csala, Edina Szabó-Meleg, József Orbán, Miklós Nyitrai, János Matkó: Membrane nanotube networks between B cells: Integrity of filamental actin, lipid rafts and cytoplasmic Ca2+ as major factors controlling their growth, Magyar Biofizikai Társaság XXIV Kongresszusa, 2013. Augusztus 27-30, Veszprém, Hungary, 2013 | G Steinbach, K Pawlak, I Pomozi, EA Tóth, A Molnár, J Matkó, G Garab: Mapping microscopic order in plant and mammalian cells and tissues: Novel differential polarization attachment for new generation confocal microscopes (DP-LSM), Methods and Applications in Fluorescence-IOPscience, Vol.2 (accepted, in press), 2014 | G Steinbach, K Pawlak, I Pomozi, EA Tóth, A Molnár, J Matkó, G Garab: Mapping microscopic order in plant and mammalian cells and tissues: Novel differential polarization attachment for new generation confocal microscopes (DP-LSM), Methods and Applications in Fluorescence-IOPScience, Vol.2, 015005 (9pp) doi:10.1088/2050-6120/2/1/015005, 2014 | Molnár Anikó, Tóth Eszter Angéla, Szabó-Meleg Edina, Oszvald Ádám, Izsépi Emese, Csala Anna, Nyitrai Miklós és Matkó János: A sejtaktiváció, a citoplazmatikus Ca2+ szint és az aktin-miozin rendszer összefüggései a B sejtek között kialakuló membrán nanocső hálózattal, 44. Membrán-Transzport Konferencia Sümeg, 2014. május 20-23., 2014 | Melinda Herbáth, Krisztián Papp, Andrea Balogh, János Matkó, József Prechl: Exploiting fluorescence for multiplex immunoassays on protein microarrays, Methods Appl. Fluoresc. 2 (2014) 032001 (26pp) doi:10.1088/2050-6120/2/3/032001, 2014 | Anikó Molnár, Eszter Angéla Tóth, Emese Izsépi, Anna Csala, Edina Szabó-Meleg, József Orbán, Miklós Nyitrai, János Matkó: Membrane nanotube networks between B cells: Integrity of filamental actin, lipid rafts and cytoplasmic Ca2+ as major factors controlling their growth, 2nd IMPULSE EFIS-EJI Symposium, 31 August- 03 September, Mátraháza, Hungary, 2013 |
|
|
|
|
|
|
Back »
|
|
|