Új kapcsolatok az oxidatív DNS károsodás és a gyulladásos folyamatok között
Title in English
Novel links between oxidative DNA damage and inflammation
Keywords in Hungarian
Oxidatív DNS károsodás, gyulladás, pollen allergia, dendritikus sejtek
Keywords in English
oxidative DNA damage, inflammation, pollen allergy, dendritic cells
Discipline
Immunology (Council of Medical and Biological Sciences)
60 %
Ortelius classification: Allergology
Biological basis of immunity related disorders (e.g. autoimmunity) (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Cell differentiation, physiology and dynamics (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent
Department of Immunology (University of Debrecen)
Participants
Csillag, Anikó Horváth, Krisztián Pázmándi, Kitti Linda
Starting date
2013-10-01
Closing date
2016-09-30
Funding (in million HUF)
20.926
FTE (full time equivalent)
3.74
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 8-oxo-7,8-dihidroguanin (8-oxoG) felszaporodása az emlős genomban az oxidatív stressz jelének tekinthető, és időskori betegségekkel szorosan összefügg. A 8-oxoG-t a DNS-ből a 8-oxoguanin DNS glikoziláz-1 (OGG1) távolítja el a „base excision repair (BER)” mechanizmus során. Eddig úgy tűnt, hogy a keletkező szabad 8-oxoG bázisnak nincs biológiai szerepe, és egyszerűen kiürül a sejtekből. Nemrégen végzett kísérleteinkben azt találtuk, hogy az OGG1 nagy affinitással köti a szabad 8-oxoG bázist, és a kialakuló komplex (OGG1•8-oxoG) kölcsönhatásba lép kis molekulasúlyú GTP-bontó fehérjékkel és „guanin nukleotide exchange” faktorként (GEF) működik. A DNS-ből kivágódó endogén 8-oxoG bázis, vagy az OGG1-et expresszáló sejtekhez adott exogén 8-oxoG megnöveli a különböző Ras izoformák és a Rac1 GTP-kötését. Intranazális 8-oxoG kezelés neutrofil beáramlást okoz az egerek légútjaiba. Korábbi kísérleteinkben azt is kimutattuk, hogy a pollenszemek és a belőlük készített allergén kivonatok NAD(P)H oxidáz aktivitással rendelkeznek, ami oxidatív stresszt indukál a tüdőkben az expozíciót követően. Ez az oxidatív inzultus DNS károsodás okoz a légúti hámsejtekben, a neutrofil granulociták gyors beszüremlését eredményezi, és felerősíti az allergén által elindított allergiás válaszokat. Korábban azt is kimutattuk, hogy a pollen expozíció által kiváltott oxidatív stressz a dendritikus sejtekben hozzájárul a lokális veleszületett immunválaszok kialakulásához, és részt vesz a pollen antigének elleni adaptív immunválaszok elindításában is. Tervezett kísérleteinkben új kapcsolatokat próbálunk találni az OGG1-által elindított DNS javítás és a pollen-eredetű allergiás gyulladás között.
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 tervezett in vitro és in vivo kísérletek arra keresik a választ, hogy vajon a DNS javító mechanizmusok által felszabadított 8-oxoG az OGG1-hez kötődve, kis molekulasúlyú GTP-kötő fehérjék általi jelátvitelen keresztül, hozzájárul-e az oxidatív stressz indukálta sejtválaszok kialakulásához a légúti pollen allergiák szenzitizálási és kiváltási fázisaiban.
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 pályázat megvalósulása esetén kiderülhet, hogy eddig fel nem tárt kapcsolat lehet az OGG1-által elindított DNS javítás és az oxidatív stressznek kitett humán monocita-eredetű dendritikus sejtek aktiválódása között. Eredményeink alapján megtudhatjuk, hogy az OGG1-által elindított DNS javítás milyen szerepet játszik az allergiás légúti gyulladás szenzitizálási és kiváltási fázisaiban. Kísérleteink új adatokat szolgáltathatnak az IL-17-termelő gamma/delta T sejtek részvételéről az allergiás légúti folyamatokban, és olyan jövőbeli kísérletek alapjait is lefektethetik, amelyek olyan gátlószereket azonosítanak, amelyek az OGG1•8-oxoG komplex által közvetített szignalizációs útvonalak blokkolásával felhasználhatóak az allergiás betegségek kezelésére/megelőzésére.
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 allergia kóros immunológia folyamatok eredménye, amelynek során az immunrendszer szinte robbanásszerűen bekövetkező túlérzékenységi reakcióval válaszol bizonyos - egyébként ártalmatlan - környezeti antigénekre. Ezeknek a reakciónak az eredményeként gyulladás alakul ki, amely szöveti károsodáshoz vezethet. A fejlett, iparosodott országokban az allergiás megbetegedések száma a XX. század közepétől kezdődően rohamosan emelkedik. Az eddigi trend szerint a betegszám 15 évenként megduplázódik, az Európai Unióban napjainkban már minden harmadik gyermek allergiás. A légúti allergiás megbetegedések leggyakoribb okozója Európában a közönséges parlagfű (Ambrosia artemisiifolia) pollenje. Az allergiás betegségek egyensúlyban tartására ma főként tüneti kezelések állnak rendelkezésre, ezért fontos megismerni azokat a mechanizmusokat, amelyek hozzájárulnak a légúti allergének által kiváltott gyulladásos válaszok kialakulásához, mert ezek újszerű terápiás eljárások célpontjai is lehetnek. Nemrégiben kiderült, hogy azok a mechanizmusok, amelyek az oxidatívan károsodott genetikai információ javítását végzik, gyulladások kialakulásához is vezetnek. Tervezett kísérleteinkben arra a kérdésre keressük a választ, hogy vajon ezek a javító mechanizmusok szerepet játszanak-e a pollen-eredetű allergiás gyulladások kialakulásában, ugyanis ezek szorosan kapcsolatban vannak az oxidatív stresszel.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Accumulation of 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) in the mammalian genome is considered as a marker of oxidative stress and believed to contribute to various aging-related diseases. 8-OxoG is excised from DNA by 8-oxoguanine DNA glycosylase-1 (OGG1) during DNA base excision repair (BER). The resulting free 8-oxoG base is thought to play no biological role and is excreted from cells. In recent experiments we have found that OGG1 binds the free 8-oxoG base with high affinity, and the formed complex (OGG1•8-oxoG) interacts with small GTPases proteins and functions as a guanine nucleotide exchange factor (GEF). Importantly, when 8-oxoG base was released from DNA or added to OGG1-expressing cells it increased the GTP-bound levels of Ras isoforms and Rac1. Intranasal administration of 8-oxoG was found to trigger neutrophil influx into murine airways. In previous studies we have discovered that pollen grains and their allergenic extracts possess NAD(P)H oxidase activity, which induces profound oxidative stress in the lung upon exposure. This oxidative insult causes DNA damage in the airway epithelial cells, triggers a rapid influx of neutrophils into the lungs and boosts allergen-induced allergic responses. We have previously also demonstrated that pollen exposure-induced oxidative stress in dendritic cells may contribute to local innate immunity and participate in the initiation of adaptive immune responses to pollen antigens. In this proposed work we try to identify novel links between OGG1-initiated DNA repair and development of pollen-induced allergic inflammation.
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 results of the proposed in vitro and in vivo experiments will reveal that whether DNA repair-released 8-oxoG by binding to OGG1 causes signaling via small GTP-binding proteins that contributes to the development of oxidative stress-induced cellular responses in sensitization and elicitation phases of pollen-induced allergic airway inflammation.
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. Upon successful completion of this work, we will elucidate novel roles of OGG1-initiated DNA repair in the activation of human monocyte-derived DCs exposed to oxidative stress. Our results will reveal the involvement of OGG1-initiated DNA repair in both sensitization and elicitation phases of pollen-induced allergic airway inflammation. Our experiments will also provide novel data about the role of IL-17+ gamma/delta T lymphocytes in allergic airway inflammation and may lay the foundation for future studies to test inhibitors of OGG1•8-oxoG complex-mediated pathways to treat/prevent allergy in humans.
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. Allergy is characterized as a result of adverse responses of the immune system to certain - otherwise harmless - environmental antigens leading to sudden/rapid hypersensitivity reaction. Due to these reactions inflammation will develop, which can cause tissue damage. In developed, industrialized countries the number of allergic disorders has rapidly increased since the middle of the 20th century. According to the tendency up till now, the patients’ number is doubled in every 15 years, and nowadays every third children suffer from allergic diseases in the European Union. Pollens of common ragweed (Ambrosia artemisiifolia) are the most prevalent source of allergic airway disorders in Europe. Currently mainly symptomatic treatments are available for maintaining of allergies; therefore, it is important to recognize those mechanisms, which contribute to inflammatory responses induced by airborne allergens, because they may be the targets of novel therapeutic approaches. It has been recently discovered that those mechanisms, which repair the oxidative damage of the genome, also can initiate local inflammation. In the proposed work we try to answer the question whether these repair mechanisms are involved in the development of pollen-induced allergic inflammations, because they are closely associated with oxidative stress.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat megvalósítása során új mechanizmusokat tártunk fel az allergiás immunválaszok kialakulásában. Kimutattuk, hogy az allergiás légúti gyulladás kiváltásához a pollen kivonatokban jelenlévő NAD(P)H oxidáz aktivitás szabad 8-oxoG bázissal, az OGG1 által elindított DNS javítás termékével, helyettesíthető. Azt is megállapítottuk, hogy az exogén 8-oxoG bázissal történő expozíció - egy OGG1-függő mechanizmuson keresztül - képes aktiválni a dendritikus sejteket, és ez hozzájárulhat mind a veleszületett, mind az adaptív immunrendszer aktiválódásához oxidatív stressz során. Új kölcsönhatásokat írtunk le a TLR- és a RIG-I által közvetített jelátviteli útvonalak között plazmacitoid dendritikus sejtekben, amelyek részt vesznek az allergiás immunválaszok szabályozásában. Elsőként mutattuk ki, hogy az oxidatív stressz hatására megnövekszik a 8-oxoG bázisok szintje az extracelluláris mitokondriális DNS-ben, és ez fokozza a mitokondriális DNS-nek a plazmacitoid dendritikus sejtekre kifejtett immunstimuláló hatását. Azt is megállapítottuk, hogy az inhomogén statikus mágneses tér jótékony hatásokkal rendelkezik a pollen által indukált allergiás légúti gyulladásra. A statikus mágneses mező ezen megfigyelt hatásai valószínűleg a celluláris ROS-eltávolító mechanizmusok mozgósításán keresztül valósulnak meg, és nem közvetlenül a pollen NAD(P)H oxidázok ROS termelésének modulálásával.
Results in English
During completion of this project, we have revealed novel mechanisms in the development of allergic immune responses. We have demonstrated that pollen NAD(P)H oxidase activity can be replaced with free 8-oxoG base, a product of OGG1-initiated DNA repair, in pollen extracts to induce allergic airway inflammation. We have also found that exposure to exogenous 8-oxoG is able to activate dendritic cells via an OGG1-dependent manner and this mechanism may contribute to alert both innate and adaptive immune system during oxidative stress. We have described novel interactions between TLR- and RIG-I-mediated signaling pathways in plasmacytoid dendritic cells, which are involved in the regulation of allergic immune responses. We have shown for the first time that elevated levels of 8-oxoG bases in the extracellular mitochondrial DNA induced by oxidative stress increase the immunostimulatory capacity of mitochondrial DNA on plasmacytoid dendritic cells. We have also found that exposure to inhomogeneous static magnetic field may have some beneficial effects on pollen-induced allergic airway inflammation. These effects of static magnetic field observed are likely due to the mobilization of cellular ROS-eliminating mechanisms rather than direct modulation of ROS production by pollen NAD(P)H oxidases.
Pazmandi K, Agod Z, Kumar BV, Szabo A, Fekete T, Sogor V, Veres A, Boldogh I, Rajnavolgyi E, Lanyi A, Bacsi A.: Oxidative modification enhances the immunostimulatory effects of extracellular mitochondrial DNA on plasmacytoid dendritic cells, Free Radic Biol Med. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.09.028., 2014
Pazmandi K, Agod Z, Kumar BV, Szabo A, Fekete T, Sogor V, Veres A, Boldogh I, Rajnavolgyi E, Lanyi A, Bacsi A.: Oxidative modification enhances the immunostimulatory effects of extracellular mitochondrial DNA on plasmacytoid dendritic cells, Free Radic Biol Med. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.09.028., 2014
Pázmándi K, Varga A, Boldogh I, Rajnavölgyi É, Bíró T, Bácsi A.: Role of 8-oxoG in pollen-induced allergic airway inflammation, Abstract book of ECI 4th European Congress of Immunology, 2015
Pázmándi K, Varga A, Aguilera-Aguirre L, Sütő M, Agód Zs, Bíró T, Boldogh I, Bácsi A.: An oxidized guanine base (7,8-dihydro-8-oxoguanine) could serve as an alarm signal for dendritic cells, Abstract book of 3rd Meeting of Middle - European Societies for Immunology and Allergology, 2016
