 |
Role of retinoids in the maintenance and function of the brain barriers
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
106191 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Madarász, Emília |
| Title in Hungarian |
Retinoidok szerepe az agy-gátak fenntartásában és működésében |
| Title in English |
Role of retinoids in the maintenance and function of the brain barriers |
| Keywords in Hungarian |
retinsav, agyhártyák, vér-agy gát, vér-liquor gát, vaszkuláris endothel, asztroglia, pericyta |
| Keywords in English |
retinoic acid, meninges, blood-brain barrier, blood-liquor barrier, brain vascular endothelial cells, astrocytes, pericytes |
| Discipline |
| Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences) | 60 % | | Ortelius classification: Neurobiology | | Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Molecular markers and recognition | | Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Neurosciences |
| Department or equivalent |
Laboratory of Cellular and Developmental Neurobiology (Institute of Experimental Medicine) |
| Participants |
Deli, Mária Anna
Fekete, Rebeka
Jády, Attila Gyula
Kenesei, Kata
Kittel, Ágnes
Kőhidi, Tímea
Környei, Zsuzsanna
Kumarasamy, Murali
Orsolits, Barbara
Walter, Fruzsina
|
| Starting date |
2012-09-01 |
| Closing date |
2016-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
39.671 |
| FTE (full time equivalent) |
10.63 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Előzetes vizsgálataink igazolták, hogy az A-vitamin biológiailag aktív származéka, a mag- receptorokon ható all-transz retinsav (RA), amely alapvető szerepet játszik az idegszöveti sejtek és idegi struktúrák ontogenezisében, nagy koncentrációban jelen van a kifejlett agy egyes régióiban, elsősorban a felnőtt-kori neurogén zónákban és az agy „barrier” struktúráiban. A retinoidok szerepe a kifejlett emlős agyban, és különösen az agy védelmét szolgáló „barrier”-struktúrákban kevéssé ismert. A tervezett munka során a cranialis pia mater, valamint a vér-liquor és vér-agy gát-struktúrák retinsav termelését, illetve retinsav érzékenységét kívánjuk vizsgálni, in vitro és in vivo módszerekkel. Immunhisztokémiai módszerekkel, agyi metszeteken szeretnénk azonosítani a RA-produkcióhoz szükséges enzim / fehérje-készlettel rendelkező sejt-féleségeket az agyi gát-rendszerekben. Izolált pia mater, plexus chorioideus és agyi kapilláris preparátumokon, RT-PCR és qPCR módszerekkel vizsgáljuk a RA-metabolizmus fehérjéit kódoló gének aktivitását. A vér-agy és vér-liquor gátat alkotó sejtek tisztított frakcióit izoláljuk, tenyésztjük és jellemezzük. RA-produkciójukat és érzékenységüket egyedi és barrier-struktúrát modelláló ko-kultúra rendszerekben hasonlítjuk össze. Az in vitro „barrier” sejtegyüttesekben immunfluoreszcens és elektromos módszerekkel vizsgáljuk a permeabilitas változásokat és a sejt-kapcsolatok alakulását RA, illetve RA-antagonisták jelenlétében. Az élő egerek agyhártyájának felszínére, illetve az oldalkamrába juttatott RA / RA-antagonista hatására módosuló vér-agy, vér-liquor gát működéseket festék permeabilitasi módszerrel, illetve mikroszkópos eljárásokkal elemezzük.
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.
Bár az A-vitamin hiánya / többlete felvetődött különböző neurodegenerativ betegségek kórokaként, a retinoidok felnőtt agyban való jelenléte, képződése és szerepe távolról sem tisztázott. Az aktív retinoidok (elsősorban az all-transz- és 9-cisz-retinsav) gén-expressziót szabályozó lipid-oldékony kis molekulák; a szteroid és thyroid hatásokhoz hasonlóan, igen különböző reakciókat válthatnak ki a sejtek típusától, élettani és fejlődési állapotától függően. Az all-transz retinsav jelenléte a kifejlett agyi barrierek mentén azt jelzi, hogy a retinoidok fontos szerepet játszanak az agyi barrierek szerkezetének és működésének fenntartásában. A tervezett vizsgálataink a következő kérdésekre irányulnak: i) képesek-e az agyi gát-rendszerek önálló RA-termelésre; ha igen, mely sejtalkotók, illetve sejt-együttesek termelnek RA-t?; ii) Szabályozza-e a RA a barrier-rendszerek struktúráját és működését; hatására (illetve hatásának gátlásával) változnak-e az intercelluláris (rés- és szoros) kapcsolatok, és a barrier-együttesek permeabilitása? Kombinált in vitro és in vivo vizsgálatokkal molekuláris sejtbiológiai és élettani adatokkal szeretnénk alátámasztani vagy elvetni azt a klinikailag is jelentőséggel bíró hipotézisünket, miszerint a retinoidok fontos regulációs szerepet játszanak a felnőtt agyi barrier-struktúrák fenntartásában és működésében.
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!
A javasolt kutatások várható eredményei az idegtudományi alapkutatás több szintjén is hozhatnak jelentős előrelépést. Annak tisztázása, hogy az agyat védő sejt-együttesek jelentős mennyiségben termelnek-e aktív retinoidokat segíthet tisztázni, hogy e hatékony gén-expressziót szabályozó kis-molekulák szerepet játszanak-e a felnőtt agy működésének fenntartásában, vagy igazán fontos szerepük az idegrendszer kialakulásának időszakára korlátozható. Fontos eredményként várjuk az agyi barriereket alkotó sejttípusok molekuláris biológiai, immuncitokémiai és sejtélettani jellemzését, valamint egymásra-hatásaik sejtbiológiai elemzését.
Igen fontos eredménye lehet a munkának olyan in vitro sejt-modellek kialakítása valamint ezeken műszeres permeabilitás mérések beállítása, amelyekkel agyi barrier-funkciók egyszerűen vizsgálhatók. Az ilyen modellek könnyen fejleszthetők tovább nagy-áteresztő képességű rutin tesztelő módszerekké a gyógyszeripari kutatások számára. Az élő állatokon tervezett agy-gát funkció vizsgálatok új adatokat hozhatnak és állatmodelleket szolgáltathatnak a vér-agy, vér-liquor és meningeális gát funkciók megértésére és az A-vitamin fiziológiai/pathofiziológiai szerepének megítélésére.
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 tervezett kutatómunka a sok gén aktivitását szabályozó A-vitamin-származékok (retinoidok) képződését és hatásait vizsgálja az agy fizikai és kémiai védelmét szolgáló agyi gát-rendszerekben. Az agyi gát-rendszerek épsége alapvetően fontos az agy bonyolult szerkezetének és működésének fenntartásában. Előző munkáink során láttuk, hogy az agyhártyában, a vér és agy-gerincvelői folyadék határfelületét alkotó vér-liquor gát sejtegyüttesében, valamit a vér és agyszövet határát képező ún. vér-agy gátban nagy mennyiségben jelen vannak a retinoidok. A határfelületeken felhalmozódó retinoidok élettani szerepe, keletkezési feltételei, a termelő sejtek/sejtegyüttesek természete azonban nem tisztázott. A munka során a retinoid termelés lehetőségét és mértékét vizsgáljuk frissen kimetszett agyi gát-struktúrákban, a gátakat alkotó sejtek tenyészeteiben, valamint az ezen sejtekből petri-csészében kialakított 3-dimenziós gát-modellekben. A munka eredményeként nem csak a kifejlett agy gátrendszereinek jobb megértését várjuk, hanem reményeink szerint adatokat nyerünk a retinoidok agy-gát szabályozó feltételezett hatásairól, és idegszövet-pusztulással járó betegségekben játszott szerepéről is. A kifejlesztendő sejtes modell-rendszerek és mérési módszerek a gyógyszeripari fejlesztések számára biztosíthatnak hatékony kisérleti objektumokat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
According to our previous results all-trans retinoic acid (atRA), an active derivative of vitamin A and a potent regulator of neural cell differentiation during development, is present in defined regions of the mature brain, mainly in the adult neurogenic zones and in the brain-protecting barrier structures. The potential roles of retinoids in the adult brain are not completely understood. Using in vitro and in vivo methods, we intend to investigate the atRA-production by the cell assemblies of the blood-liquor and blood-brain barriers and also by the cranial pia mater. Immunhistochemical staining of brain sections will be used to identify cells in the barrier systems, which contain enzymes and storage/transporter proteins of retinoid metabolism. In dissected pia mater and plexus chorioideus preparations and also in isolated fractions of brain capillaries, the activity of genes coding for components of atRA-metabolism will be monitored by RT-PCR and qPCR methods. Cellular constituents of the barrier structures will be isolated, cultured and characterized. The atRA production and atRA- responsiveness of the cells to will be compared between mono-cultures and co-cultures modelling barrier cell assemblies. In the presence and absence of atRA/atRA-antagonists, the permeability of in the vitro barrier assemblies will be determined by electric and fluorescent methods and the formation of intercellular junctions will be monitored by light and electronmicroscopy. The in vivo effects of atRA and atRA-antagonists will be investigated by dye-permeation tests with or without administering atRA or atRA-antagonists on the pial surface or into the ventricles of adult mice.
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.
Although the excess or lack of vitamin A have been proposed among the factors contributing to neurodegenerative symptoms, the presence and role of retinoids in the adult brain are far from clear. Active retinoids, mainly all-trans and 9-cis-retinoic acid, are small lipid soluble regulators of gene expression. Similar to steroids and thyroids, retinoids can evoke fairly different responses depending on the types, developmental stage and physiological state of cells. The presence of all-trans retinoic acid in the protecting layers of the adult brain indicates that it may play important role in the structural and functional maintenance of the brain barriers. The proposed studies addressed the following questions: i) Do the barriers of the adult brain produce retinoids? If they do, what sorts of the cellular constituents possess the machinery of atRA production? ii) How far atRA can regulate the structure and function of the barrier systems? Can it modify the permeability and intercellular junctions of the barriers? With data obtained by in vitro and in vivo approaches, we would like to verify or discard the assumption, that retinoids play important regulatory roles in the maintenance and functions of brain barrier systems.
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.
The proposed research may provide important basic scientific data by clearing some roles of retinoids in the healthy adult brain. We expect significant achievements in the characterization of cellular constituents of the brain barriers in molecular, cell biological and cell physiological terms. Another aspect of the characterization of barrier functions is to understand the differences between the single cell responses of constituents and those of co-assembled multi-cell-type units.
The establishment of multicellular in vitro models of brain barriers are expected as important practical results. Such models and verified assays on them can be further developed to provide high-through-put methods for large-scale pharmaceutical testing. The proposed assays on brain barrier functions in experimental animals may result in novel animal models for investigating the barrier functions at the blood-brain, liquor-brain and meningeal interfaces. Finally, the results may shed light on the neurophysiological and neuropathological roles of vitamin A.
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 proposed studies investigate the effects and formation of retinoids (derivatives of vitamin A) in the barrier structures of the central nervous system, those providing physical and chemical protection to the brain. Our previous results have demonstrated that retinoids are present at a relatively high concentration in the biological interfaces lining the outer surface of the brain (meninges), separating the circulating blood from the fluid in the brain ventricles (blood-liquor barrier) or the blood from the brain tissue itself (blood-brain barrier). The physiological role of retinoids at the interfaces, the route of their generation or the nature of producing cells are not known. In the frame of the proposed work, we would like to explore the nature of retinoid production in the brain barrier systems, and the capability of individual cellular constituents of the barriers for retinoid production. We would like to establish 3-dimensional cellular models for in vitro investigations of such questions. As a result, we hope to get data on the presumed effects of retinoids in the regulation of the brain barriers, and on the role of retinoids in neurodegenerative illnesses.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
