Investigation the endocrin disruptor effect of zearalenone in the hypothalamus  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
109744
Type PD
Principal investigator Ferenczi, Szilamér
Title in Hungarian Zearalenon endokrin diszruptor hatásának vizsgálata a hipotalamuszban
Title in English Investigation the endocrin disruptor effect of zearalenone in the hypothalamus
Keywords in Hungarian zearalenon, endokrin diszruptor,hipotalamusz
Keywords in English zearalenone, endocrin disruptor,hypothalamus
Discipline
Feeding physiology (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Laboratory of Molecular Neuroendocrinology (Institute of Experimental Medicine)
Starting date 2013-09-01
Closing date 2016-11-30
Funding (in million HUF) 11.940
FTE (full time equivalent) 2.45
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Zearalenon (ZEA) egy nem szteroid mikotoxin, amelyet több Fusarium faj termelhet. A gabonamagvakban található ZEA a legveszélyesebb természetes endokrin diszruptor vegyületek (EDC) egyike. Szervezetbe kerülése többek között szaporodási rendellenességeket eredményezhet emlősöknél. Bizonyított tény, hogy a ZEA és metabolitjai ösztrogén aktivitással endelkeznek háziállatokban, laboratóriumi rágcsálóknál és embernél. A ZEA hatását nem vizsgálták az ösztrogén receptorokban gazdag hipotalamuszban. Ez az agyterület az ivarérés egyik legfontosabb szabályozója. Vizsgálataink célkitűzése, hogy pontosabb ismereteket kapjunk a ZEA központi idegrendszeri hatásáról különböző állati modellek segítségével. A ZEA biotranszformációja során két fontosabb metabolit keletkezik emősöknél. Ezek az a-zearalenol (a-ZOL) és b-zearalenol (b-ZOL). A patkányban a metabolizáció során elsősorban b-zearalenol keletkezik, ezért jó b-zearalenol metabolikus modellként szolgál. Ellenben az egerek a-zearalenol lebontási útvonalon metabolizálják a ZEA-t. Kísérleteink során az egér az a-ZOL metabolikus modellszervezet. Az a-zearalenol ösztrogén hatása erősebb, mint a b-ZOL. Kísérleteink során a ZEA krónikus hatását vizsgáljuk a génexpresszióra egér és patkány hipotalamuszban. Vizsgálatainkhoz a legérzékenyebb és legújabb molekuláris technikákat (többek között az Új Generációs Szekvenálási eljárásokat) használnánk.
Célkitűzések
- ZEA indukált hipotalamikus mRNS expressziós profil meghatározása patkány és egér modellekben
- mRNS szintek változásainak validálása qRT-PCR felhasználásval
-a jelölt gének expressziójának térbeli és anatómiai eloszlásának vizsgálata az agyban in situ hibridizációval

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.
hipotézis
Feltételezésünk szerint, a ZEA és metabolitjai ( a-ZOL és b- ZOL) részt vehetnek KISS1 vagy GnRH neuronok szabályozásában és / vagy más szexuális érést befolyásoló neuropeptid és receptor szintézisének modulációjában a rágcsálók hipotalamuszában. A vizsgálatok eredményei az endokrin diszruptor hatások megértését segíthetik.

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!
Vizsgálataink eredményeként új molekuláris mechanizmusokat tárhatunk fel melyek segíthetik a mikotoxinok endokrin diszruptor hatásainak könnyebb megértését. A kapott eredmények hatékonyabbá tehetik az endokrin diszruptorok hatásainak kezelését gazdasági állatoknál és embereken egyaránt. Munkánk során innovatív, modern és hatékony molekuláris biológiai technikákat használunk, amelyek jelenleg nem elterjedtek még széles körben a neurobiológiában.

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.
Zearalenon (ZEA) egy mikotoxin, amelyet több Fusarium gombafaj termelhet. A gabonamagvakban található ZEA a legveszélyesebb természetes endokrin diszruptor vegyületek (EDC) egyike. Szervezetbe kerülése többek között szaporodási rendellenességeket eredményezhet emlősöknél. Bizonyított tény, hogy a ZEA és metabolitjai ösztrogén aktivitással endelkeznek háziállatokban, laboratóriumi rágcsálóknál és embernél. A ZEA hatását nem vizsgálták az ösztrogén receptorokban gazdag hipotalamuszban. Ez az agyterület az ivarérés egyik legfontosabb szabályozója. Vizsgálataink célkitűzése, hogy pontosabb ismereteket kapjunk a ZEA központi idegrendszeri hatásáról különböző állati modellek segítségével. A ZEA biotranszformációja során két fontosabb metabolit keletkezik emősöknél. Ezek az a-zearalenol (a-ZOL) és b-zearalenol (b-ZOL). A patkányban a metabolizáció során elsősorban b-zearalenol keletkezik, ezért jó b-zearalenol metabolikus modellként szolgál. Ellenben az egerek a-zearalenol lebontási útvonalon metabolizálják a ZEA-t. Kísérleteink során az egér az a-ZOL metabolikus modellszervezet. Az a-zearalenol ösztrogén hatása erősebb, mint a b-ZOL. Kísérleteink során a ZEA krónikus hatását vizsgáljuk a génexpresszióra egér és patkány hipotalamuszban. Vizsgálatainkhoz a legérzékenyebb és legújabb molekuláris technikákat (többek között az Új Generációs Szekvenálási eljárásokat) használnánk
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Zearalenone (ZEA) is a nonsteroidal estrogenic mycotoxin produced by several Fusarium spp. on cereal grains. ZEA is the most hazardous natural endocrine disruptor compound (EDC) that induces hyperoestrogenic responses in mammals and can result in reproductive disorders in farm animals as well in human. The effect of this mycotoxin are poorly investigated in hypothalamus, major regulator of the puberty in the brain. ZEA act via estrogen receptors that abundant in the hypothalamus. The aims of our study to reveal the effect of the zearalenone in different animal modells. The biotransformation for ZEA in animals involves the formation of two metabolites a-zearalenol (a-ZOL) and b-zearalenol (b-ZOL). The rat predominantly metabolise the ZEA to b-zearalenol, served b-zearalenol metabolic model organism. On the other hand the mice convert the ZEA to a-zearalenol, served as a a-ZOL metabolisation model organism. The a-zearalenol had stronger estrogenic effect than the b-ZOL. We focused to chronic effect of the ZEA in prepubertal mice and rat hypothalamus. We expect to reveal the change of reproduction and metabolic related neuropeptide and receptor expression in hypothalamus.

Aims
-Determination of ZEA induced hypothalamic mRNA expression profile in the rat and mice
-Validation the ZEA induced mRNA expression levels via qRT-PCR
-Determination the spatial and anatomical distribution in the brain of the validated gene products via in situ hybridisation.

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.
Hypothesis
We hypothesize that ZEA and its metabolits (a-ZOL and b-ZOL) are involved in regulation of Kisspeptin (KISS1) or GnRH neurons or/and other puberty related neuropeptide and sexual maturation related receptor synthesis in the rodent hypothalamus, served as a model organisms.

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.
We expect to reveal new molecular mechanisms in the rodent hypothalamus that are responsible for regulation of stress- and metabolic-related neuropeptides. Our proposal is based on the application of innovative, modern and powerful molecular biological techniques which have not been widely used in neurobiology. The expected results may lead to identification a novel stress responsive targets or gene regulation mechanisms in the rodent brain/hypothalamus that might be useful for understanding molecular mechanisms of stress-related metabolic disorders, and open possibilities for new pharmacological solutions to cure them.

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.
Zearalenone (ZEA) is a nonsteroidal estrogenic mycotoxin produced by several Fusarium spp. on cereal grains. ZEA is the most hazardous natural endocrine disruptor compound (EDC) that induces hyperoestrogenic responses in mammals and can result in reproductive disorders in farm animals as well in humans. The effect of this mycotoxin are poorly investigated in the hypothalamus, major regulator of the puberty in the brain . The aims of our study to reveal the central effect of the zearalenone in different animal models. There is evidence that ZEA and its metabolites possess estrogenic activity in pigs, cattle and sheep. The biotransformation for ZEA in animals involves the formation of two metabolites a-zearalenol (a-ZOL) and b-zearalenol (b-ZOL) which are subsequently conjugated with glucuronic acid. The rat predominantly metabolise the ZEA to b-zearalenol, served b-zearalenol metabolic model organism. On the other hand the mice convert the ZEA to a-zearalenol, served as a a-ZOL metabolisation model organism. The a-zearalenol had stronger estrogenic effect than the b-ZOL. Moreover, ZEA has also been shown to be hepatotoxic, haematotoxic, immunotoxic and genotoxic. The exact mechanism of ZEA toxicity is not completely established. We focused to chronic effect of the ZEA in prepubertal mice and rat central nervus system concerning the change of reproduction and metabolic related neuropeptide and receptor expression alteration in hypothalamus. We will use to reveal this phenomena a sensitive, novel New Generation Sequencing and other molecular methods and in situ hystochemistry as well.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Eredményeink szerint a zearalenon (ZEA) és az etinilösztradiol (EE2) jelentősen befolyásolják a reproduktív rendszer központi szabályozását. Kiss1 génexpresszió emelkedett mindkét csoportban az AVPV -ben, viszont nem változott az ARC-ban. A Gpr54 mRNS expressziója kizárólag az ARC-ban emelkedett mindkét kezelésnél. Az in situ hibridizáció igazolta, hogy a ZEA szelektíven célozza a Gpr54 expresszióját az ARC-ban és a Kiss1 mRNS szintet az AVPV-ben. A ZEA kezelés növelte a kisspeptin (KP) rost denzitást és a KP-GnRH appozíciókat a preopticus területen. Elsőként azonosítottuk a ZEA indukált lehetséges kölcsönhatást a GnRH és Tgfbr2 között. Ezen kívül emelt Gpr54 mRNS szinteket azonosítottunk a xenoösztrogén kezelt csoportok és a naiv állatok hipotalamuszában. Fokozott Npy mRNS expressziós szint volt kimutatható a ZEA kezelt és naiv állatok hipotalamuszában. Vizsgálataink azonosítottak számos újszerű pubertással kapcsolatos gént a hipotalamuszban. Elsőként azonosítottuk a Prkcd, Prkcg, CCK, Slc17a1 és Gabard csökkent expresszióját a naiv állatok hypothalamuszában. A Sim1 mRNS szintek egyedül a naiv csoportban voltak emelkedettek. Elsőként bizonyítottuk, hogy a ZEA provokált korai pubertás Mkrn3 független. Az NGS eredmények az egér hipotalamusz mintáiban hasonlóak volt a patkány hipotalamuszban észlelt transzkripciós változásokhoz. Elsőként elemeztük a ZEA által kiváltott szteroid hormon szintézissel kapcsolatos enzimek génexpresszióját és a szteroid hormonok változását.
Results in English
Zearalenone (ZEA) and Ethinyl Estradiol (EE2) affect central regulation of the reproductive system. Kiss1 gene expression was increased in both groups in the AVPV. The Kiss1 mRNA expression remained unchanged in the ARC. The Gpr54 mRNA expression was elevated exclusively in the ARC after ZEA and EE2 treatment. The in situ hybridization histochemistry revealed that ZEA selectively targets Gpr54 expression in the ARC and on Kiss1 mRNA in the AVPV. The ZEA treatment was increased kisspeptin (KP) fiber density and KP-GnRH appositions in the preoptic area. We firstly identified by NGS the ZEA related interaction between the Gnrh and Tgfbr2 genes. Moreover up regulation of the Gpr54 mRNA levels were identified in both xenoestrogen treated group and the naïve animal’s hypothalamus. Increased Npy mRNA expression level was detected in the ZEA treated and naïve animal’s hypothalamus. Our experiments were identified numerous novel puberty related genes in the hypothalamus. We have revealed the Prkcd, Prkcg, Cck, Slc17a1 and Gabard down regulation in the naïve animal’s hypothalamic samples. The Sim1 mRNA levels were increased in the naïve group alone. We firstly demonstrated that the ZEA provoked precocious puberty is Mkrn3 independent. The result of the mice hypothalamic samples NGS was similar to the rat hypothalamus transcriptional changes were detected by NGS. We firstly analysed the ZEA induced major steroid hormone synthesis related ovarian gene expression and hormone profile.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109744
Decision
Yes





 

List of publications

  
Ferenczi S, Szegi K, Winkler Z, Barna T, Kovacs KJ: Oligomannan Prebiotic Attenuates Immunological, Clinical and Behavioral Symptoms in Mouse Model of Inflammatory Bowel Disease., SCIENTIFIC REPORTS, 2016
Háhn J, S Szoboszlay, Cs Krifaton, K J Kovács, Sz Ferenczi, B Kriszt: Development of a combined method to assess the complex effect of atrazine on sex steroid synthesis in H295R cells, CHEMOSPHERE, 2016
Demeter K, Török B, Fodor A, Varga J, Ferenczi S, Kovács KJ, Eszik I, Szegedi V, Zelena D: Possible contribution of epigenetic changes in the development of schizophrenia-like behavior in vasopressin-deficient Brattleboro rats, BEHAVIOURAL BRAIN RESEARCH, 2016
Garcia-Perez D, Ferenczi S, Kovacs KJ, Laorden ML, Milanes MV, Nunez C: Different contribution of glucocorticoids in the basolateral amygdala to the formation and expression of opiate withdrawal-associated memories., PSYCHONEUROENDOCRINOLOGY, 2016
Garcia-Perez D, Ferenczi S, Kovacs KJ, Laorden ML, Milanes MV, Nunez C: Glucocorticoid Homeostasis in the Dentate Gyrus Is Essential for Opiate Withdrawal-Associated Memories., MOLECULAR NEUROBIOLOGY, 2016
Jady AG, Nagy AM, Kohidi T, Ferenczi S, Tretter L, Madarasz E: Differentiation-Dependent Energy Production and Metabolite Utilization: A Comparative Study on Neural Stem Cells, Neurons, and Astrocytes., STEM CELLS AND DEVELOPMENT, 2016
Polyak A, Winkler Z, Kuti D, Ferenczi S, Kovacs KJ: Brown adipose tissue in obesity: Fractalkine-receptor dependent immune cell recruitment affects metabolic-related gene expression., BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA, 2016
Varga J, Ferenczi S, Kovacs KJ, Csano A, Prokopova B, Jezova D, Zelena D: Dissociation of adrenocorticotropin and corticosterone as well as aldosterone secretion during stress of hypoglycemia in vasopressin-deficient rats, LIFE SCIENCES, 2016
Zelena D, Mikics É, Balázsfi D , Klausz B, Urbán E, Sipos E, Biró L, Miskolczi C, Kovács K, Ferenczi S, Haller J: Enduring abolishment of remote but not recent expression of conditioned fear by the blockade of calcium-permeable AMPA receptors before extinction training, PSYCHOPHARMACOLOGY, 2016
Szilamér Ferenczi*1 , Mátyás Cserháti*2, Csilla Krifaton2, Sándor Szoboszlay2, József Kukolya3, Zsuzsanna Szőke4, Balázs Kőszegi4, Mihály Albert5, Teréz Barna6, Miklós Mézes7, Krisztina J Kovács1, Balázs Kriszt2: A New Ochratoxin A Biodegradation Strategy Using Cupriavidus basilensis Őr16 Strain, PlosOne, 2014
Ágnes Polyák, Szilamér Ferenczi, Ádám Dénes, Zsuzsanna Winkler, Rókus Kriszt, Bernadett Pintér-Kübler,Krisztina J. Kovács: The fractalkine/Cx3CR1 system is implicated in the development of metabolic visceral adipose tissue inflammation in obesity, Brain, Behavior, and Immunity, 2014
Kriszt R, Winkler Z, Polyák Á, Kuti D, Molnár C, Hrabovszky E, Kalló I, Szőke Z, Ferenczi S, Kovács KJ.: Xenoestrogens Ethinyl Estradiol and Zearalenone Cause Precocious Puberty in Female Rats via Central Kisspeptin Signaling., Endocrinology, 2015
Hegyi B1, Környei Z, Ferenczi S, Fekete R, Kudlik G, Kovács KJ, Madarász E, Uher F.: Regulation of mouse microglia activation and effector functions by bone marrow-derived mesenchymal stem cells., Stem Cells Dev, 2014



Back »