 |
Characterization of immune complex effects by biosensors on antigen microarrays
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
109683 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Prechl, József |
| Title in Hungarian |
Immunkomplexek hatásainak jellemzése bioszenzorokkal, fehérje mikromátrixokon |
| Title in English |
Characterization of immune complex effects by biosensors on antigen microarrays |
| Keywords in Hungarian |
immunkomplex, sejt, mikromátrix, antigén |
| Keywords in English |
immune complex, cell, microarray, antigen |
| Discipline |
| Immunology (Council of Medical and Biological Sciences) | 80 % | | Ortelius classification: Immunology | | Medical engineering and technology (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % | | Biological basis of immunity related disorders (e.g. autoimmunity) (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Immunology Research Group of the Hungarian Academy of Sciences at Eötvös Loránd University (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions) |
| Participants |
Bajtay, Zsuzsa
Herbáth, Melinda
Papp, Krisztián
Sándor, Noémi
Szittner, Zoltán
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2017-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
40.300 |
| FTE (full time equivalent) |
6.80 |
| 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 ellenanyagok antigénfelismerését követően immunkomplexek képződnek. Az antigén és az immunválasz természetétől függően különböző plazmaösszetevők is beépülhetnek a komplexbe. Ezek a kötődési és biokémiai események immunológiai effektor funkciókat indítanak el. Az antigénfelismerés így egy azonnali választ alakíthat ki, amely védő hatású ha behatoló mikrobák ellen irányul, azonban károsító hatású ha saját szöveteink ellen irányul.
Célunk alaposan jellemzett összetételű immunkomplexeket tartalmazó mátrixok kialakítása, majd ezeken a mátrixokon mieloid sejtek válaszainak tesztelése. Egyedülálló és alapos ismereteink vannak az antigén mikromátrixok létrehozásában, s azon az ellenanyag- és a komplementkötődés követésében. Ez a kutatás referencia antigén mikromátrixok kialakítására, sejtes szenzorok kifejlesztésére, valamint a mátrixokon kialakuló immunkomplexek sejtekre kifejtett hatásainak elemzésére irányul.
Ezek a vizsgálatok részletesebb képet adnak az immunkomplexek sejtes hatásairól, az Fc és C receptorok interakcióinak feltérképezését téve lehetővé. Ezen felül a technológia lehetőséget teremt az immunkomplex betegségek modellezésére, valamint bioszenzor-alapú diagnosztikai mérések alapjait fekteti le.
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.
Az immunrendszer sejtjeinek számos, az immunkomplexek felismerésére alkalmas receptora van. Ezek közül elsődleges opszonin szerepe az Fc és C receptoroknak van, mások moduláló hatásúak. Az immunglobulinok szerkezeti változáson esnek át antigénkötést követően, míg a komplementkomponensek proteolítikus hasításoknak vannak kitéve; mindezen változások ligandumok kialakulásához vezetnek az IgG Fc és C receptorkat tekintve (FcgRI, FcgRII, FcgRIII, CR1, CR2, CR3, CR4, CRIg). Bár ezeket a receptorokat egyenként jellemezték ligandumkötés és következményeinek szempontjából, kombinált hatásaik nem egyszerűen az egyedi hatások összegei, összetett méréseket pedig nehéz precízen kontrollálni. Multiplex mérési módszereket és fehérje mátrixokat alkalmazva azonban olyan összetett kísérletek tervezhetőek, amelyek rendelkeznek megfelelő mérési kontrollokkal.
Hipotéziseink:
- Megfelelő antigéneket és szérummintákat választva, optimalizálva a reakció körülményeit olyan mátrixokat tudunk tervezni, melyek meghatározott ellenanyagokat és komplementfehérjéket tartalmaznak.
- biokémiailag vagy genetikailag módosított monocitoid sejtvonalat használva követni tudjuk a sejtadhéziós és sejtaktivációs eseményeket mikromátrixokon, sejtszenzorokat hozva létre a mártixon kialakult reakciók leolvasására
- perifériás vérből izolált mieloid sejteket felhasználva meg tudjuk erősíteni a sejvonallal végzett megfigyeléseket
- megismerve az immunkomplexek sejtaktivációra kifejtett hatásait, az ellenanyagok reaktivitását sejtes szenzorok segítségével is jellemezni tudjuk mikromátrixokon
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 neutralizáció mellett az ellenanyagok alapvetően két mechanizmus révén nyújtanak védelmet: a komplementrendszer aktivációja által és sejtes válaszreakciók elindítása révén. A fehérje mikromátrixok egy olyan új technológiát jelentenek, melyek egyedülálló összetettségű vizsgálatokra alkalmasak. Ezen belül az antigén mikromátrixok az ellenanyagok kötődésének jellemzésére alkalmasak: monoklonális, poliklonális vagy teljes szérum ellenanyagok célpontjainak azonosítására.
Korábban bizonyítottuk, hogy az ellenanyagok kötődése mellett a komplementaktiváció folyamata is követhető antigén mikromátrixokon. Jelen pályázatunkban, előkísérletek eredményire alapozva, azt vetjük fel, hogy az ellenanyagok és komplement által kiváltott sejtes válaszok is követhetőek mikroarray formátumban. Az ellenanyagok kötődésének, a kialakuló komplementaktivációnak és a sejtadhézió és –aktiváció folyamatainak egyesítésével az immunkomplexreceptorok kölcsönhatásainak adatbázisa lenne kialakítható. Referencia antigén mátrixok és szenzorsejtek létrehozásával lehetővé válna a protektív vagy káros ellenanyagválasz összetett jellemzése. Ilyen chipeken betegek szérumát és saját sejtjeit felhasználva modellezni lehetne a szervezetben zajló reakciókat. Arra számítunk, hogy e rendszerrel betegség vagy gyógyszeres beavatkozás során követhető lenne a fagociták működése, reakciói.
A kutatások több szempontból is befolyással lehetnek a szerológiai tesztekre. A sejtes szenzorok másodlagos reagenseket váltanak ki, így elkerülhető lenne az állatok immunizálása. Az egyed saját sejtjeinek felhasználásával a hordozott receptorok genetikai változata határozná meg a választ, teljesen személyra szabott diagnosztikai értékeket adva. Terápiás ellenanyagok célpontjainak megjelenítésével a mátrixokon terápiás hatásokat lehetne követni a beteg szérumának és sejtjeinek felhasználásával, megnyitva az utat a teranosztika irányába. Végezetül, a jelölésmentes technikák fejlődésével olyan point-of-care (POC) diagnosztikai chipek kialakulását is lehetségesnek látjuk, amelyek az itt felvázolt bioszenzor antigén mikromátrixokon alapulnak.
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.
Szervezetünk kórokozókkal szembeni immunológiai védelmében az ellenanyagok kiemelt jelentőségűek. E molekulák jellemzője, hogy felismerik a kórokozókat és hozzájuk kapcsolódva válaszreakciókat indítanak el. A válaszreakció során vérünkből más fehérjék is odakötődhetnek a kórokozó és az ellenanyagok által kialakított köteghez, kialakítva az úgynevezett immunkomplexeket. Ezeknek felismerésében, feldolgozásában és eltakarításában az erre szakosodott sejtek vesznek részt.
Célkitűzésünk olyan fehérje lapkák kialakítása, melyeken nagyon pontosan tervezett összetételű immunkomplexek alakíthatóak ki, illetve egy sejteken alapuló, immunológiai válaszkészséget mérő módszer kidolgozása. Munkacsoportunk egyedülálló tapasztalattal rendelkezik az immunológiai reakciók lapkákon (chip-eken) való követésében. Jelen pályázat segítségével referenciaként használható lapkákat fejlesztenénk ki, valamint olyan sejteket (bioszenzorokat) és sejtes méréseket, amelyekkel az ellenanyagokon alapuló immunológiai válaszreakciókat még pontosabban, részletgazdagabban tudnánk jellemezni.
A kutatások, azáltal, hogy pontosabb képet festenének az immunkomplexek és az azokat felismerő sejtek kapcsolatairól és annak következményeiről, betegségek modellezését is lehetővé tennék. A vizsgálatok biológiai érzékelőkön alapuló diagnosztikai vizsgálatok alapjait is megteremtenék.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Immune complexes form upon antigen-antibody binding. Depending on the nature of the antigen and the immune response involved, various other plasma components may become incorporated into the complex. These binding and biochemical events trigger immune effector functions. Thus, antigen recognition can elicit an immediate response, which response is protective when aimed against invading pathogens but destructive when it targets self tissue components.
Our aim is to develop arrays of immune complexes with well characterized composition and to test the effects of these complexes on various myeloid cells. We have extensive and unique experience in the generation of antigen microarrays and the monitoring immunoglobulin binding and complement activation events on such arrays. This project will focus on the development of reference antigen arrays, the development of cellular probes for these arrays and the monitoring of cellular events upon interactions between surface-bound immune complexes and various cells with immune complex receptors.
These studies are expected to provide a more detailed view on the effects of immune complexes on cells, a map of the interactions between various Fc and C receptors on the level of cellular functions. Additionally, by understanding these interactions we will be able to model disease pathology of immune complex mediated diseases and lay the foundations for biosensor diagnostics.
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.
Immune cells are equipped with a number of receptors that recognize immune complexes. Of these immunoglobulin Fc receptors and complement receptors are the main opsonin receptors, others playing a modulatory role. Immunoglobulins undergo structural changes upon antigen binding, while complement components may also suffer proteolitic cleavage following activation, all these events leading to the generation of ligands for IgG Fc and C receptors: FcgRI, FcgRII, FcgRIII, CR1, CR2, CR3, CR4, CRIg. While these receptors have been characterized individually with respect to ligand binding, signal transduction, cytoskeletal associations and gene expression regulatory properties, the combined effects of these receptors cannot be deduced from individual measurements and complex stimulation experiments are difficult to control. Using multiplex detection technology together with protein arraying, one can design complex experiments with the inclusion of all the necessary controls.
We hypothesize that
- by selecting the appropriate antigens and serum samples, and by fine tuning reaction conditions we can devise arrays with controllable immunoglobulin and complement binding,
- using genetically and/or biochemically modified monocytoid cell lines, cell adhesion and activation events can be monitored, providing a cell-based output system for the above arrays,
- myeloid cells from peripheral blood can be used as a physiologically relevant cell type for confirming findings with the cell lines,
- having defined cell activation as a function of immune complex content, antibody reactivity in serum samples can be compared using cellular probes.
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.
Apart from neutralization, antibodies afford protection by two general mechanisms: activation of the complement system and triggering of cellular functions. Protein microarrays provide a novel platform for characterizing protein interactions in unprecedented complexity. Antigen microarrays, in particular, serve the characterization of antibody binding: identification of targets of monoclonal antibodies, polyclonal antibodies or serum samples.
We have shown that in addition to antibody binding complement activation can also be monitored on antigen microarrays. Here, based on successful pilot experiments, we propose that it is also possible to follow cellular responses in a microarray platform. By combining data on immunoglobulin binding, complement deposition and cell adhesion and activation, a comprehensive database could be built on the interactions of immune complex receptors. The generation of reference immune complex chips and reporter cell lines would enable the characterization of cellular effector functions elicited by protective or pathological antibodies. Serum samples from the individuals suffering from disease could be tested on such chips, using the host’s cells to model immune reactions in the body. We also envisage the system for monitoring the function of phagocytes during disease or pharmaceutical intervention.
These studies are expected to have an impact on serological testing in several aspects. Cellular probes replace secondary antibody reagents, therefore require no animal immunizations. When the tested individual’s own cells are used for probing the arrays, genetic variability of the receptors involved is also incorporated into the results, leading to personalized diagnostics. By displaying the targets of therapeutic antibodies on antigen arrays, efficiency of treatment could be monitored using the patient serum and cells, opening the way to theranostics chips. Finally, with the advancement of label-free detection technologies, we foresee the utilization of cell-based antigen array chips as point-of-care (POC) diagnostic devices.
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.
Antibodies play significant role in protecting our body against invading pathogens. These molecules recognize pathogens and thereby trigger immunological reactions, including the further deposition of molecules, resulting in the formation of immune complexes. I turn, specialized cells identify, process and eliminate these complexes.
We aim to develop protein chips that are suitable for the generation of immune complexes with defined composition. We also aim to develop methods based on the cellular recognition of immune complexes chip-bound for probing chips, thus generating data on immune reactivity. Our group has unique experience in the design, manufacture and use of protein chips for the characterization of immune complex formation. This project would fund the development reference protein chips and cellular biosensors and their utilization for the refined and intricate characterization of antibody responses.
These studies enable the modeling of diseases associated with immune complex formation by painting a precise picture of interactions between immune complexes and cells. The development of biological sensors also lays the foundations of diagnostic methods.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
