 |
The organic anion transporting polipeptide (OATP) superfamily: structure-function studies and pharmacological interactions
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
109423 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Laczka, Csilla |
| Title in Hungarian |
Az organikus anion transzporter polipeptid (OATP) család: szerkezet-funkció kutatás és farmakológiai vizsgálatok |
| Title in English |
The organic anion transporting polipeptide (OATP) superfamily: structure-function studies and pharmacological interactions |
| Keywords in Hungarian |
drog transzporter, farmakokinetika, mechanizmus, szerkezet-funkció, in vitro assay |
| Keywords in English |
drug transporters, pharmacokinetics, mechanism, structure-function, in vitro assay |
| Discipline |
| General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Molecular biology |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Hegedüs, Csilla
Kovacsics, Daniella
Német, Orsolya
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2017-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
27.172 |
| FTE (full time equivalent) |
4.00 |
| 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 gyógyszerek hatékonysága az élő szervezetben nagyban függ farmakológiai és farmakokinetikai paramétereiktől (ADME-Tox: Absorption, Metabolism, Excretion and Toxicity). Az ADME-Tox folyamatok fontos szereplői az OATP (organic anion transporting polipeptides) szupercsalád tagjai. Az OATP-k az emberi sejtek plazmamembránjában található fehérjék, amelyek amfipatikus vagy negatívan töltött molekulákat (pédául gyógyszereket) képesek az őket kifejező sejtekbe bejuttatni, ezáltal befolyásolják a gyógyszerek felszívódását és szervezetből való kiürülését. Eddig 11 emberi OATP transzportert azonosítottak. Az OATP szupercsalád tagjai farmakológiai jelentőségük mellett például az epesó homeosztázisban, egyes szervek hormonfelvételében és gyulladásos folyamatokban fontosak. Az OATP-k fokozott termelődése megfigyelhető különféle rák-típusokban, szerepük a rákos folyamatokban azonban még nem tisztázott.
A tervezett kutatás célja az OATP-k átfogó vizsgálata, amelynek során működési mechanizmusuk megértésére és a még nem, vagy kevéssé jellemzett humán OATP-k szubsztrát felismerésére fogunk fókuszálni. Célunk olyan in vitro vizsgálati módszer(ek) kidolgozása, amelyek segítségével könnyebbé válik OATP-specifikus szubsztrátok tesztelése. Sikeres in vitro assay esetén tervezzük annak szabadalmi oltalom alá helyezését. Ezen kívül olyan modell sejteket hozunk majd létre, amelyek a vékonybélben, a májban illetve a vér-agy gátban zajló felszívódási és eliminálási folyamatokat modellezik. Végezetül szerkezet-funkció vizsgálatok segítségével az egyes fehérje domének, motívumok szerepének megértését tűztük ki célul, amely hatékony gyógyszertervezés lehetőségét vetíti előre.
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.
1. Annak ellenére, hogy az organikus anion transzporter polipeptidek (OATP-k) számos fiziológiás folyamatban és gyógyszermolekulák farmakokinetikájában is fontos szerepet játszanak, a család számos tagjáról és egyes, „alternative splicing” révén keletkező izotípus változataikról nem található információ a szakirodalomban. Munkánk első részében a még nem jellemzett OATP-kre és izotípusokra fogunk összpontosítani. Ezeket in vitro körülmények között fogjuk vizsgálni expresszió és funkció szempontjából.
2. Az OATP-ket Na-független transzporterekként definiálják, de a transzport mechanizmusa (aktív vagy passzív transzporterek-e) és irányultsága (csak import történik vagy esetleg a sejtekből kifelé is szállítanak-e molekulákat) még nem tisztázott. Munkánk második részét az „általános” OATP működési mechanizmus megismerése fogja kitenni. Ennek birtokában nagy áteresztő képességű teszt-rendszert szeretnénk kidolgozni, amellyel OATP szubsztrátok kereshetők.
3. Az OATP-kben számos „érdekes”, részben csak erre a fehérje szupercsaládra jellemző motívum található. Ezek szerepe azonban még nem tisztázott az OATP makromolekulák működésében. Munkánk során, a megfelelő in vitro assay-k birtokában, ezeknek a fehérje szakaszoknak a szerepét fogom vizsgálni, amely fontos szerkezet-funkció összefüggésekre világíthat rá.
4. Végezetül olyan sejtvonalakat hozunk majd lére, amely a gyógyszerek farmakokinetikájában egyaránt fontos exportereket (egyes ABC: ATP Binding Cassette fehérjék) és OATP importereket is termelnek. Ez a komplex rendszer modellül szolgálhat például a vér-agy gátban zajló bonyolult gyógyszer-felszívódási és -eliminálási mechanizmusok megérétésében.
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!
Az OATP szupercsalád tagjai fontosak számos fiziológiás folyamatban (epesó homeosztázis, optimális hormonszint), míg alulműködésük vagy akár kóros jelenlétük betegségekkel (gyulladásos bélbetegség, rák) hozható összefüggésbe. AZ OATP-knek jelentőségük van a gyógyszerek farmakokinetikájában is. Ennek ellenére, a máj-specifikus OATP1B1 és 1B3 kivételével a fehérje szupercsalád többi tagjáról kevés információ áll rendelkezésünkre.
Munkánk elsődleges célja az OATP-k általános vizsgálatára szolgáló in vitro tesztrendszer(ek) kidolgozása. Ezek segítségével jellemezni kívánjuk a még ismeretlen funkciójú, de potenciális gyógyszer-célpont OATP makromolekulák szubsztrát-felismerését és lokalizációját.
Szintén célunk egy olyan in vitro módszer kidolgozása, amely lehetővé teszi nagy mennyiségű, az OATP-k által potenciálisan szállított anyag egyszerű és olcsó tesztelését. Ez a farmakológiai kutatásokban hatalmas jelentőséggel bírhat és előrevetíti egy sikeres szabadalom megalkotását.
Egyes OATP-k specifikus szöveti eloszlásuk révén, ígéretes molekulák lehetnek a gyógyszerek számára „nehezen hozzáférhető” szervekbe (pl. az agy) történő anyagbejuttatásban. A tervezett in vitro assay hozzájárulhat specifikus, OATP-k általi célzott gyógyszerbevitelben alkalmazandó molekulák megtalálásához, amelyeket az OATP-k trójai falóként bejuttatnak a kezelendő sejtbe, szövetbe, ezzel csökkentve a mellékhatásukat.
Az egyes szervekben a gyógyszerek szintjét összetett folyamatok befolyásolják. Egyrészt fontos lépés a sejtbe való bejutásuk, ebben lehetnek fontosak az OATP-k. Másrészről a sejtekből aktív transzport révén ki is jutnak ezek a gyógyszermolekulák az ABC fehérjecsalád egyes tagjainak működése által. A tervezett modell sejtek, amelyekben ABC fehérjéket és OATP-ket együttes expresszálunk alkalmasak lesznek a vér-agy gátban a vékonybélben vagy a májban zajló bonyolult gyógyszer felszívódási mechanizmusok vizsgálatára.
Végezetül a megfelelő in vitro rendszerek és assay-k birtokában az OATP-k szerkezeti elemeinek vizsgálatát fogjuk elvégezni. Ezek a fehérje „elemek” szintén a gyógyszerfejlesztés szempontjából lehetnek jelentősek.
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 OATP makromolekulák az emberi sejtek külső membránjában találhatók és változatos anyagokat (pl. gyógyszereket, hormonokat) juttatnak be a sejtekbe (importerek). Az emberi szervezetben 11 ilyen importer található, amelyeket jellegzetes felépítésük miatt soroltak a közös OATP makromolekula családba. Ezek a makromolekulák fontosak a normális epesó szint kialakításában, befolyásolják a egyes hormonok szintjét, és a vérnyomásra is hatással vannak. Specializált szerepükön kívül elmondható, hogy számos gyógyszer felszívódásában és szervezetből való kiürülésében is jelentős szerepet játszanak. Ezen kívül betegségek kialakulásában (gyulladásos bélbetegség, rák) is közreműködnek.
Fontos szerepük ellenére az OATP család számos tagjával kapcsolatban egyelőre kevés információval rendelkezünk és az OATP-k működési mechanizmusát sem pontosan ismerjük. Munkánk célja az OATP család tagjainak átfogó biokémiai vizsgálata, melynek során a még nem ismert működésű OATP makromolekulákat fogjuk vizsgálni. Ezen kívül megkíséreljük a működési mechanizmusuk felderítését, amelynek birtokában egyszerű és olcsó teszt-rendszert fogunk kidolgozni, amelynek segítségével gyógyszer kölcsönhatások vizsgálhatók.
A tervezett kutatás hozzájárul majd az OATP makromolekulák szerepének pontosabb megismeréséhez. Az elkészítendő vizsgálati módszerek új alternatívát kínálnak a farmakológiai vizsgálatokban, és hozzájárulhatnak hatékonyabb gyógyszerek kifejlesztéséhez. Az OATP-k működésének jobb megértése elvezethet bennünket olyan gyógyszerek kifejlesztéséhez, amelyeket ezek az importerek célzottan a kezelendő területre, pl. a rákos sejtekbe juttatnak be ezzel csökkentve a mellékhatásukat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The effectivity of chemotherapy as well as other medications is often hampered by decreased absorption and increased elimination of drugs. One important step of the drug absorption and detoxifiaction network is the uptake of medicines into the cells where their metabolism occurs. Organic anion transporting polypeptides (OATPs) are transmembrane proteins mediating uptake of various endogenous (hormones, bile acids) or exogenous compounds (toxins, drugs). In humans, 11 members of the OATP protein superfamily are present. OATPs influence the pharmacokinetics of numerous drugs, participate in maintenance of bile acid homeostasis, and may also be involved in regulation of inflammatory processes and hormonal levels within various organs. Moreover, OATPs may have important roles in the development of cancer and inflammatory bowel disease.
Despite increasing number of the data in the literature, there are lots of unresolved problems in regard of OATPs. The aim of our research is an overall investigation of the human OATP protein superfamily with special focus on the function of poorly characterized members. We also plan to determine the driving force of OATP-mediated transport that may be the basis of an in vitro assay for high-throughput drug screening. Such an assay is not available as yet for OATPs, therefore it can be a subject of a patent application. Moreover, the planned in vitro assay may open the way for structure-function studies on OATPs, in hope of promoting rational drug design of OATP-interacting compounds. Additionally, we will generate cell lines that can be important tools in the analysis of complex transport processes, influencing pharmacokinetics of drugs.
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.
1. Despite their important roles in physiological processes, under pathological conditions or in drug pharmacokinetics, many members of the OATP superfamily have not yet been analyzed in detail. The same is true for various OATP isoforms, though some of them show cancer-specific expression. The aim of the present research is the detailed analysis of the rarely investigated human OATP subfamilies and various isoforms using in vitro expression systems.
2. OATPs are defined as sodium-independent transporters and the pH dependence of the transport in the case of some OATPs has also been demonstrated. Since the exact mechanism of their action is still undefined, our goal is to determine the driving force of OATP-mediated transport. In this research we will determine the exact mechanism of OATP-mediated import that would open the way toward development of an “indirect” assay for money-saving and high-throughput screening of potential substrates.
3. The members of the OATP superfamily are characterized by numerous conserved sequences. However, the role of these motifs is often not clarified. In possession of well established in vitro assays the role of various protein parts in substrate recognition, cellular localization and protein stability will be investigated.
4. Finally, model cell lines will be generated with simultaneous expression of important representatives of the ABC (ATP Binding Cassette) superfamily, mediating extrusion of numerous drugs from the cells, and OATPs, involved in drug import. These cell lines will provide new tools for investigation of drug pharmacokinetics.
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.
OATPs are plasma membrane proteins mediating cellular uptake of large amphipatic compounds. They have important roles in the pharmacokinetics of drugs, in tumors and in inflammatory processes. Despite their importance in physiological or pathological conditions, little is known about the functionality or expression pattern of numerous OATP members. The driving force for their transport is also debated. The proposed research will provide a general characterization of human OATPs, in order to define the functionality of yet poorly characterized members, as well as the driving force of OATP-mediated import.
The major aim of the project is to set up in vitro systems suitable for the characterization of OATPs. These in vitro systems will promote understanding the physiological role of as yet poorly characterized members of the OATP superfamily, and reveal their possible contribution to pathological processes. The proposed investigations will have significance in OATP-targeted drug design. Additionally, the new in vitro assays will help in antibody generation that can be used in OATP detection in normal or diseased tissue samples.
There is no assay available as yet for high-throughput screening of potential OATP substrates. By revealing the driving force of OATPs, an indirect assay will be developed for inexpensive and fast drug-testing. Such an assay would be of major interest in further pharmacological studies and could be patented.
Based on their specialized expression patterns (e.g. blood-brain barrier or cancer-specific expression), some OATPs may be good candidates for targeted drug delivery, in order to minimize side effects. ABC (ATP Binding Cassette) transporters and OATPs are important players in drug uptake and elimination. By generation of cell lines, co-expressing these proteins, we will provide new models for the investigation of complex transport processes influencing the efficacy of medicines.
Finally, structure-function studies on OATPs will be performed, in order to understand the role of building blocks of OATPs in their function and localization. This knowledge may promote targeted drug design of OATP substrates/inhibitors and development of more effective anti- cancer or inflammatory drugs.
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.
Organic anion transporting polipeptides (OATPs) are macromolecules found in the outer membranes of human cells and mediate the uptake of various compounds (hormones, bile acids and also numerous toxins found in our food, as well as medicines) into the cells. OATPs have important role in promoting clearance of potentially harmful compounds from the body. OATPs can interact with numerous medicines and influence their efficacy. Additionally, OATPs have a role in the maintenance of normal bile acid and renal sodium levels, and mediate the uptake of hormons into the testis or brain. OATPs are also expressed in various cancers, however, the significance of their presence in tumor tissues has not yet been clarified. Some OATPs have been connected to inflammatory bowel disease.
In spite of their important roles, the expression and function of some OATPs have not yet been determined. Our research will focus on the functional characterization of various members of the OATP protein superfamily, in order to understand their physiological and pathological significance. There is no assay available as yet for a simple and fast screening of drug-OATP interactions. One major aim of our research will to clarify the mechanism of action of these macromolecules. This knowledge will promote the development of in vitro methods for easy screening of potential compounds transported by OATPs. These assays would be important tools for further pharmacokinetic studies. Additionally, we will try to clarify the role of the characteristic elements of the OATP macromolecules. All this information should promote the development of more effective anti-cancer and anti-inflammatory drugs.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Bauer M; Matsuda A; Wulkersdorfer B; Philippe C; Traxl A; Özvegy-Laczka C; Stanek J; Nics L; Klebermass EM; Poschner S; Jäger W; Patik I; Bakos É; Szakács G; Wadsak W; Hacker M; Zeitlinger M; Langer O: Influence of OATPs on hepatic disposition of erlotinib measured with positron emission tomography, CLINICAL PHARMACOLOGY & THERAPEUTICS (ISSN: 0009-9236), 2017 | | Rižner TL, Thalhammer T, Özvegy-Laczka C: The Importance of Steroid Uptake and Intracrine Action in Endometrial and Ovarian Cancers, Frontiers in Pharmacology, 2017 | | Izabel Patik; Virág Székely; Orsolya Német; Áron Szepesi; Nóra Kucsma; György Várady; Gergely Szakács; Éva Bakos; Csilla Ozvegy Laczka: Identification of fluorescent amine reactive dyes as novel substrates of Organic Anion Transporting Polypeptides OATP1B1, 1B3 and 2B1 for screening transporter function and drug interactions, BioMedical Transporters 2017 Lausanne, 2017 | | Izabel Patik, Virág Székely, Daniella Kovacsics, Orsolya Német, Szilárd Tóth, Tímea Windt, Éva Bakos, Csilla Laczka: New fluorescence-based functional assays for Organic Anion Transporting Polypeptides (OATPs), transporters involved in drug ADMETox, Annual Meeting of the Hungarian Biochemical Society, 2016 | | Zita Gál, Csilla Hegedüs, Gergely Szakács, András Váradi, Balázs Sarkadi and Csilla Özvegy-Laczka: Mutations of the central tyrosines of putative Cholesterol Recognition Amino acid Consensus (CRAC) sequences modify folding, activity, and sterol-sensing of the human ABC, BBA - Biomembranes, közlésre elküldve, 2014 | | Izabel Patik, Melinda Gera, Orsolya Német, Bruno Stieger, Bruno Hagenbuch, and Csilla Özvegy-Laczka: Functional expression of human Organic anion transporting polypeptides 1B1 and 1B3 in insect cells, Abstract No. 21, 7th SFB-Symposium, Transmembrane Transporters in Health and Disease, 2014 | | Német Orsolya, Andrikovics Hajnalka, Theresia Thalhammer, Veronika Buxhofer-Ausch, Robert Zeillinger, Majdah Sheikh, Heike Bauer, Tordai Attila, Laczka Csilla: Organikus Anion Transzporter Polipeptideket (OATP) kódoló gén polimorfizmusok vizsgálata egészséges és beteg populáción, Poszter száma:50, Absztraktkönyv 93. o., 44. Membrán-transzport konferencia, Sümeg, 2014 | | Daniella Kovacsics, Izabel Patik, Csilla Özvegy-Laczka: In silico and in vitro validation of isoforms of Organic Anion Transporting Polypeptides, 2nd Conference of the Hungarian Molecular Life Sciences, 2015 | | Izabel Patik, Melinda Gera, Orsolya Német, Bruno Stieger, Bruno Hagenbuch, and Csilla Özvegy-Laczka: Functional expression of human Organic anion transporting polypeptides 1B1 and 1B3 in insect cells, Abstract No. 21, 7th SFB-Symposium, Transmembrane Transporters in Health and Disease, 2014 | | Német Orsolya, Andrikovics Hajnalka, Theresia Thalhammer, Veronika Buxhofer-Ausch, Robert Zeillinger, Majdah Sheikh, Heike Bauer, Tordai Attila, Laczka Csilla: Organikus Anion Transzporter Polipeptideket (OATP) kódoló gén polimorfizmusok vizsgálata egészséges és beteg populáción, Poszter száma:50, Absztraktkönyv 93. o., 44. Membrán-transzport konferencia, Sümeg, 2014 | | Izabel Patik, Daniella Kovacsics, Orsolya Német, Melinda Gera, György Várady, Bruno Stieger, Bruno Hagenbuch, Gergely Szakács and Csilla Özvegy-Laczka: Functional Expression of the 11 Human Organic Anion Transporting Polypeptides in Insect Cells Reveals that Sodium Fluorescein is a General OATP Substrate., Biochemical Pharmacology-accepted for publication, 2015 | | Orsolya Német, Hajnalka Andrikovics, Theresia Thalhammer, Veronika Buxhofer-Ausch, Robert Zeillinger, Majdah Sheikh, Heike Bauer, Attila Tordai and Csilla Özvegy-Laczka: Investigation of non-synonymous SNPs in the gene encoding human Organic Anion Transporting Polypeptide 4A1, 2nd Conference of the Hungarian Molecular Life Sciences, 2015 | | 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, BBA-Biomembranes, 2015 | | Izabel Patik, Daniella Kovacsics, Orsolya Német, Melinda Gera, György Várady, Bruno Stieger, Bruno Hagenbuch, Gergely Szakács and Csilla Özvegy-Laczka: Functional Expression of the 11 Human Organic Anion Transporting Polypeptides in Insect Cells Reveals that Sodium Fluorescein is a General OATP Substrate., Biochemical Pharmacology, 2015 | | Izabel Patik, Virág Székely, Daniella Kovacsics, Orsolya Német, Szilárd Tóth, Tímea Windt, Éva Bakos, Csilla Laczka: New fluorescence-based functional assays for Organic Anion Transporting Polypeptides (OATPs), transporters involved in drug ADME-Tox, 2016 MBKE éves vándorgyűlés, 2016 | | Izabel Patik, Daniella Kovacsics, Orsolya Német, Virág Székely, Éva Bakos and Csilla Laczka: Organic Anion Transporting Polypeptides, uptake transporters involved in drug absorption, distribution and toxicity, Straub-napok, Szeged, 2016 | | Patik Izabel, Székely Virág, Kovacsics Daniella, Német Orsolya, Windt Tímea, Tóth Szilárd, Bakos Éva és Laczka Csilla: ORGANIKUS ANION TRANSZPORTER POLIPEPTIDEK (OATP) FARMAKOKINETIKAI JELENTŐSÉGE, Farmakokinetika és Gyógyszer metabolizmus szimpózium, Galyatető, 2016 | | Daniella Kovacsics, Izabel Patik, Csilla Ozvegy-Laczka: The role of Organic Anion Transporting Polypeptides (OATPs) in drug absorption, distributions, excretion and drug-drug interactions, Expert Opinion on Drug Metabolism and Toxicology. Megjegyzés: bírálat alatt, 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
