 |
PARP-1 induced cytoplasmic signaling pathways
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105589 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Rácz, Boglárka |
| Title in Hungarian |
PARP-1 indukálta citoplazmikus jelátviteli utak |
| Title in English |
PARP-1 induced cytoplasmic signaling pathways |
| Keywords in Hungarian |
PARP-1, transzkripciós faktorok |
| Keywords in English |
PARP-1, transcription factors |
| Discipline |
| General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Cytochemistry |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Institute of Biochemistry and Medical Chemistry (University of Pécs) |
| Starting date |
2012-09-01 |
| Closing date |
2013-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
3.240 |
| FTE (full time equivalent) |
0.70 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Nukleáris PARP-1 indukálta ADP-riboziláció és ADP-ribóz alegységek hatásukat kifejthetik a nukleusz, citoplazma, mitokondrium és sejtfelszíni receptorokon, azonban az ennek hátterében álló hatásmechanizmusról kevés adat áll rendelkezésünkre. Korábban bemutattuk, hogy a PARP-1 gátlás növelte az MKP-1 expresszióját. Feltételezzük, hogy a fehérjék szabályozása közvetlen hatással lehet egy citoplazmikus szignál kaszkád aktiválására, melyben a PARP-1 elnyomásnak, új citoplazmikus hatásmechanizmusa válhat feltérképezhetővé. Ahhoz, hogy megértsük a PARP-1 indukálta MKP inaktiváció pontos hatásmechanizmusát, vizsgálni kívánjuk azokat a lehetséges transzkripciós faktorokat, melyek szerepet játszhatnak az általunk vizsgált folyamatban.
A kutatás célkitűzései:
Tanulmányozni kívánjuk a további MKP család tagjainak - PAC-1, MKP-2, hVH3, MKP-3, MKP-X, MKP-4, hVH5, MKP-5, MKP-7 - a szerepét is, oxidatív stressz indukálta PARP-1 aktivációt követően.
Vizsgálni kívánjuk azokat a transzkripciós faktorokat, melyeknek szerepük lehet a PARP-1 indukálta MKP inaktivációban. Feltételezzük, hogy a hő sokk faktoroknak szerepük lehet az általunk vizsgált modellben, mert az említett faktorok aktivációja PARP-1 által szabályozott.
A teljesen precíz PARP-1 által inaktivált MKP-1 hatásmechanizmusának a megismeréséhez vizsgálni kívánjuk azokat a transzkripciós faktorokat, melyek MAPK által szabályozottak: ATF-2, c-Jun, C-Myc, STAT1α, MEF-2.
Korábbi irodalmi adat rávilágít arra, hogy a p300/CREB-kötő fehérje által acetilálódott PARP-1-nek nagyon fontos szerepe van az NF-κB-függő gén aktivációban. Tanulmányozni kívánjuk a p300/CREB szerepét az általunk vizsgált PARP-1/MKP jelátviteli rendszerben.
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 PARP-1, DNS károsodást felismerő szenzorként kapcsolódik a DNS törésekhez és elősegíti a DNS javítást, ezzel pedig a sejtek túlélését aktiválja. PARP-1 katalizálja a NAD+ hasítását nikotinamiddá és ADP-ribóz alegységé. Azonban súlyos DNS károsodás esetén a PARP-1 emelkedett aktivációja NAD+ szubsztrát hiányt indukál, mely véső soron ATP hiányhoz és sejthalálhoz vezet. A DNS károsodást előidéző legkárosítóbb mutagén változásokat kiváltó forrás az oxidatív károsodás. A hidrogén-peroxid, ismert PARP-1 aktiváló, mely sejthalálhoz vezet. Az ADP-ribóz alegységek képesek kijutni a citoplazmába és mitokondriális depolarizációt indukálni oxidatív stressz hatására. Munkacsoportunk korábban kimutatta, hogy a PARP-1 aktiváció növeli a citoplazmatikus MAPkinázok szintjét oxidatív stressz körülményeknek kitett sejtkultúrában. Az aktivált MAPkinázok, leválnak az őket kötő molekulákról és a nukleuszba jutva számos különböző traszkripciós faktort foszforilálnak. MAPkinázok defoszforiláció által inaktiválódnak, melyet az MKP katalizálhat. Korábbi munkánk azt mutatja, hogy a PARP-1 gátlás, növelte az MKP-1 kifejeződést mind mRNS, mind fehérje szinten, oxidatív stressz körülmények között. Irodalmi adatok rávilágítanak arra, hogy a nukleáris PARP-1 indukálta ADP-riboziláció és az ADP-ribóz alegységek kapcsolatot létesítenek a nukleusz, citoplazma, mitokondrium és sejtfelszíni receptorokkal, azonban az ennek hátterében álló hatásmechanizmusról kevés adat áll rendelkezésünkre. A PARP-1 indukálta MKP inaktiváció pontos hatásmechanizmusának feltérképezése érdekében, vizsgálni kívánjuk azokat a lehetséges transzkripciós faktorokat, melyek szerepet játszhatnak az általunk vizsgált folyamatban.
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!
Számos tanulmány igazolta, hogy a PARP gyorsan aktiválódik különböző patofiziológiás körülmények között, és hatása hosszan fennmarad. További tanulmányokban igazolták, a PAR polimer felhalmozódás direkt hatását, mint például artéria cerebri media elzáródás, miokardiális infarktus és szívizom transzplantáció során. Más tanulmányok szintén PARP aktivációt írtak le, bél, szív, tüdővérzés és szeptikus sokk körülmények között. Oxidatív stressz hatás okozta DNS károsodás PARP aktivációt von maga után, mely során az enzim NAD+ot használ szubsztrátként és ADP-ribózilálja mind magát, mind további nukláris fehérjéket. A folyamat okozta NAD+ fogyás, ATP fogyáshoz vezet, mely végül nekrózis indukálva szervi károsodásokhoz idéz elő. Számos in vivo tanulmány számolt be a PARP gátlás terápiás lehetőségeiről. A PARP gátlás hatásossága abból adódhat, hogy az oxidatív stressz okozta károsodás késői eseményeit blokkolja. Ezért a nukleáris PARP-1 pontosabb hatásmechanizmus megismerésének, fontos klinikai vonatkozásai lehetnek és rámutathatnak számos, sikeres kezelési lehetőségre.
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 poli(ADP-ribóz) polimeráz-1, egy erősen konzervált enzim eukariótákban. A PARP-1 homodimert formál károsodott sejtekben és katalizálja a NAD+ szubsztrát hasítását nikotinamiddá és ADP-ribóz alegységgé. A PARP-1, egy DNS károsodást felismerő szenzor, és elősegíti a DNS javítást, ezzel pedig a sejtek túlélését aktiválja. Azonban súlyos DNS károsodás esetén a PARP-1 emelkedett aktivációja NAD+ fogyást indukál, mely ATP fogyást idéz elé, ez pedig végső soron sejthalálhoz vezet. Számos tanulmány igazolta, hogy a PARP gyorsan aktiválódik különböző patofiziológiás körülmények között, mint például, stroke, szívizom károsodás és szeptikus sokk során. Állatkísérletes tanulmányok rámutattak a PARP gátlás terápiás lehetőségére, mely kezelést nyújthat számos betegséggel szemben. Különböző PARP-1 inhibitorok már klinikai kipróbálás stádiumában vannak, azonban ezek a tanulmányok is rávilágítanak arra, hogy a PARP-1 teljes és pontos hatásmechanizmusának az ismerete szükséges ahhoz, hogy hatásos kezeléssé válhasson. Így a tanulmányunk, mely a PARP-1 lehetséges új hatásmechanizmusának a feltérképezését tűzte ki céljául, számos klinikai alkalmazhatósággal kecsegtet.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The nuclearly-located PARP-1 induced ADP-ribosylation and ADP-ribose subunits operates between nucleus, cytoplasm, mitochondria and cell surfaced receptors, but very little is known about the precise mechanism. Previously, we found that PARP-1 inhibition increased expression of MKP-1 at both the mRNA and protein levels in oxidative stress. We suggest that regulation of a protein which can directly influence cytoplasmic signaling cascades at the expression level represents a novel mechanism for the cytoplasmic action of PARP-1 inhibition. In order to understand the precise mechanism of PARP-1 induced MKPs inactivation we would like to identify further transcription factors, which controlled by MAPK and involved in the investigated pathways.
Summary of proposed research goals:
- Determination the effects of the further members of MKPs - PAC-1, MKP-2, hVH3, MKP-3, MKP-X, MKP-4, hVH5, MKP-5, MKP-7 - in oxidative stress induced PARP-1 activated models.
- Identify transcription factors, which are involved in the PARP-1 induced MKPs inactivation, such as heat shock factors. We hypothesized that the heat shock factors can cooperate with the investigated signaling pathways, because activity of heat shock factors are regulated by PARP-1.
- In order to understand the precise mechanism of PARP-1 induced MKPs inactivation we would like to identify further transcription factors, which controlled by MAPK, such as ATF-2, c-Jun, C-Myc, STAT1α, MEF-2.
- Previous study presented that the acetylation of PARP-1 by p300/CREB-binding protein plays an important regulatory role in NF-κB-dependent gene activation. Study the role of the p300/CREB in PARP-1/MKPs pathways.
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.
PARP-1 is a DNA damage sensor binding to both single- and double stranded DNA breaks and facilitates DNA repair and thus induce cell survival. PARP-1 catalyzes the cleavage of NAD+ into nicotineamide and ADPribose. Large amounts of DNA damage, however, can cause excessive activation of PARP-1 leading to depletion of its substrate NAD+ which is associated with depletion of ATP and cell death. Possibly the most important source of mutagenic alterations in DNA is oxidative damage. Excited-oxygen species such as hydrogen peroxide is well documented that induce PARP-1 overexpression and cell death. Monomeric ADP-ribose subunits can flow into the cytoplasm and leads to mitochondrial depolarization under oxidative stress condition. Previously, we found that PARP-1 activation increases the expression of cytoplasmic-located MAPKs on H2O2-treated cells. Activated MAPKs, dissociate from their scaffolding molecules, and translocate to the nucleus, where phosphorylate many transcription factors. MAPkinases inactivated by dephosphorylation, which can be achieved by MKP. Previosly, we found that PARP-1 inhibition in oxidative stress increased expression of MKP-1 at both the mRNA and protein levels, and even at the cytoplasmic level of the MKP-1 protein. These studies show, that the nuclearly-located PARP-1 induced ADP-ribosylation and ADP-ribose subunits operates between nucleus, cytoplasm, mitochondria and cell surfaced receptors, but very little is known about the precise mechanism. In order to understand the precise mechanism of PARP-1 induced MKPs inactivation we would like to identify further transcription factors, which controlled by MAPK and involved in the investigated pathways.
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.
Several studies demonstrate that PARP becomes rapidly activated in various pathophysiological conditions, and its activation is prolonged and sustained. For example, direct detection of poly(ADP-ribose) polymer accumulation has demonstrated the activation of PARP in stroke induced by middle cerebral artery occlusion and reperfusion and in the heart after myocardial infarction and heart transplantation. Similarly, PARP activation has been demonstrated in the gut, heart, and lung in hemorrhagic and septic shock. In response to oxidative stress, DNA damage occurs; PARP becomes activated and, using NAD+ as a substrate, catalyzes the building of homopolymers of ADP ribose units, thereby triggering cells and organ dysfunction, which can culminate in full-fledged necrosis. A series of animal experiments have proved that PARP-inhibition therapy represents an effective approach to treating a variety of diseases. The key to this remarkable effectiveness lies in the fact that PARP inhibition targets a relatively late event of oxidative cell injury. Therefore to understand the precise cytoplasmic mechanism of the nuclearly located PARP-1 may have clinical implications, as indicated by the success of post-treatment regimens in some models.
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.
Poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) is a highly conserved nuclear enzyme presents in eukaryotes. PARP-1 forms homodimers in damaged cells and catalyzes the cleavage of NAD+ into nicotine amide and ADP-ribose. PARP-1 is a DNA damage sensor and facilitates DNA repair and thus induce cell survival. Large amounts of DNA damage, however, can cause excessive activation of PARP-1 leading to depletion of its substrate NAD+, which is associated with depletion of ATP and cell death. Several studies demonstrate that PARP becomes rapidly activated in various pathophysiological conditions, for example in stroke, myocardial injury, hemorrhagic and septic shock. A series of animal experiments have proved that PARP-inhibition therapy represents an effective approach to treating a variety of diseases. Several PARP-1 inhibitors are being studied at the clinical trial level, the expression pattern and full mechanism of PARP-1 needs to be investigated to better understand if it will be an effective target for diseases. Therefore our study, which tries to understand the precise cytoplasmic mechanism of the nuclearly located PARP-1 may have clinical implications, as indicated by the success of post-treatment regimens in some models.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
