 |
Establishment of a guinea pig platform to study disease models in vivo
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
113162 |
| Type |
NN |
| Principal investigator |
Hiripi, László |
| Title in Hungarian |
In vivo betegségmodellek létrehozására alkalmas tengerimalac rendszer kialakítása |
| Title in English |
Establishment of a guinea pig platform to study disease models in vivo |
| Keywords in Hungarian |
tengerimalac, transzgénikus, |
| Keywords in English |
guinea pig, transgenic |
| Discipline |
| Animal biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre) |
| Participants |
Bender, Balázs
Gál, Zoltán
Hoffmann, Orsolya Ivett
Skoda, Gabriellla
|
| Starting date |
2015-01-01 |
| Closing date |
2018-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
30.700 |
| FTE (full time equivalent) |
5.80 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás során szeretnénk transzgénikus tengerimalacokat létrehozni a világon elsőként. A tengerimalacok egy sor betegség esetében sokkal alkalmasabb modellállatok mint az egerek, patkányok. Ilyen betegségek pl. a légzőszervi megbetegedések, az asztma, az allergia stb. Az elmúlt években olyan második generációs transzgénikus technikák jelentek meg, melyek nagy hatékonyságúak, biztonságosak, és széles körben alkalmazhatók. Ezek kialakításában csoportunk is kulcsszerepet töltött be. Kutatásunkban a Sleeping Beauty transzpozont szeretnénk felhasználni arra, hogy GFP riportergént expresszáltassunk tengerimalacban. A kétkomponensű vektorrendszerben az alkalmazni kívánt gént a transzpozáz felismerő helyei határolják a plazmidban, míg a rendszer másik eleme a transzpozáz, mely RNS formában van jelen. A tengerimalac egysejtes zigótáiba juttatjuk a fenti mixet, majd álvemhes anyákba ültetjük. A megszületett utódokban várjuk a transzgénikus utódok megjelenését is. Szeretnénk részletesen jellemezni a módszer hatékonyságát, vizsgálni kívánjuk az öröklődését, az expresszió megjelenését. Fontos kérdés a beépülés kópiaszáma, valamint az integrációs helyek részletes jellemzése is. Vizsgálni kívánjuk az esetlegesen megjelenő transzgén csendesedés mibenlétét is. A fenti szempontok mind nagyon fontosak a transzgénikus technikák fajspecifikus jellemzőinek megértésében is. A program sikere megalapoz, és megindít egy sor olyan kutatást, ahol a tudományos közösség által régen várt transzgénikus tengerimalac szerepet játszik.
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 kutatás legfontosabb alapkérdése az, hogy második generációs transzgénikus technikák segítségével létre lehet-e hozni transzgénikus tengerimalacokat. Kiindulási hipotézisünk szerint a Sleeping Beauty technológia a rendszer minőségéből adódóan minden gerinces állatban működőképes. Nagy bizonyossággal állítható, hogy tengerimalac embrióban is működik. A kérdés az, hogy elég hatékony-e ahhoz, hogy transzgénikus utódok szülessenek belőle. Eddigi eredményeink egérben, patkányban, és nyúlban azonban valószínűsítik, hogy a probléma megoldható. Amennyiben nem, abban az esetben szeretnénk kipróbálni egy másik második generációs technológiát is, melynek hasonló hatékonysága van, ám praktikus szempontok miatt kevésbé alkalmas transzgénikus vonalak kialakítására. Ez a lentivírusos transzgenezis, ahol az esetlegesen túl sok integrációs hely megnehezíti a vonalak jellemzését, ráadásul gyakran előfordul a transzgén csendesedése is. A kutatás fő kérdése mellett kíváncsiak vagyunk arra, hogy az általunk használni kívánt rendszernek van-e valamilyen fajspecifikus jellemzője. Habár a transzgénikus állatok létrehozására kialakított módszerek eléggé egységesek, azonban minden esetben elmondható, hogy vannak kisebb-nagyobb fajspecifikus különbségek, melyekhez a technológiát illeszteni kell. Ezért nagyon fontos a létrehozott transzgénikus alapítók, valamint vonalak részletes jellemzése is. Meg kell határozni a beépült transzgén kópiaszámát, a beépülés helyét (vagy helyeit), részletes expressziós vizsgálatokat kell végezni, és vizsgálni kell az esetlegesen kialakuló transzgén csendesedését is.
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 transzgénikus tengerimalacok létrehozása ténylegesen új perspektívát nyithat elsősorban orvosbiológiai alkalmazásoknak. A tengerimalac olyan civilizációs betegségeknek a legjobb állatmodellje mint pl. az asztma, az allergiás reakciók. Egyetlen hátránya, hogy mesterségesen nem hozhatók létre mutáns állatok. Az általunk tervezett második generációs technológia felhasználásával ez a probléma valószínűleg orvosolható. Az általunk kialakított transzgénikus tengerimalacok létrehozását követően feltehetően megindulnak azok a kutatások, melyek a célzott genetikai módosításokat is képesek lesznek kialakítani tengerimalacban. Ha ez is sikerrel jár, akkor az egészen új utakat nyithat a fent említett betegségek kutatásában. A betegségek molekuláris mechanizmusának feltárása mellett természetesen felgyorsíthatja a farmakológiai kutatásokat is. Egy jól kialakított modellállat ugyanis nemcsak a betegség hátterének feltárásában fontos, hanem a célirányosan kialakított gyógyszermolekulák tesztelésében is. Ugyanakkor jelentősen csökkenthető az állatkísérletekbe bevont állatok száma, hiszen egy jobb modellrendszer jobb hatásfokkal dolgozik. A mai társadalmi körülmények között minden olyan kutatás támogatandó, mely ezáltal az állati jólétet is figyelembe veszi. További jelentősége a kutatásnak, hogy rengeteg új nemzetközi kapcsolatot eredményezhet, ezáltal erősítve a honi kutatást, valamint kutatóképzést is. Emellett nem szabad figyelmen kívül hagyni azt sem hogy a pályázat sikere újabb, európai szintű kutatásokba való bekapcsolódást is eredményezhet, mint pl. a Horizon 2020 program.
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 orvosi kutatásokban fontos szerepet töltenek be a modellállatok. Segítségükkel megismerhetjük az emberi betegségek hátterét, a lehetséges gyógyszerjelölteket pedig jól lehet tesztelni. A leggyakrabban alkalmazott modellállatok az egerek és a patkányok. Sok betegség modellezhető bennük, de vannak olyan alapvető biológiai különbségek az emberrel szemben, ami miatt bizonyos betegségek nem, vagy csak nehezen tanulmányozhatók bennük. A tengerimalacban az asztma, az allergia, immunrendszeri betegségek és még egy sor különböző, alapvető biológiai folyamat sokkal jobban tanulmányozható. Azonban ebben a fajban még nem sikerült semmilyen genetikai módosítást létrehozni. Ez viszont nagyon fontos lenne az olyan betegségek modellezésénél, ahol jól jellemzett genetikai faktorok, mutációk játszanak szerepet a betegség kialakításában. A tervezett kutatásban szeretnénk alkalmazni egy új molekuláris biológiai technikát az ún. transzpozon alapú transzgenezist, ahol mozgékony genetikai elemeket használunk genetikai módosításra. A mozgékony genetikai elemek képesek beépíteni DNS molekulákat idegen környezetbe is. Ezt a tulajdonságukat lehet kihasználni. Olyan biztonságos, ám hatékony vektorokat építünk, amivel képesek leszünk a világon először tengerimalacokban a genetikai módosításra. Elsőnek egy "jelzőgént" szeretnénk működtetni a tengerimalacban. Ha ezt sikerül létrehozni, akkor ez olyan nagy jelentőségű betegségek részletesebb megismerését és hatékonyabb kezelését teszi lehetővé mint az asztma, vagy allergiás megbetegedések, melyek a fejlett világ lakosainak felét közvetlenül is érintik. A hatékonyabb állatmodellekkel ráadásul jóval kevesebb állatkísérletet kell végrehajtani.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In this project we would like to produce the firs transgenic Guniea pigs in the world. Guinea pigs are widely used as laboratory animals to study the background of human diseases. Guinea pigs have biological similarities to humans which makes them more useful in many fields of research than rodents. One important field where these animals play crucial role is allergy and respiratory studies. In the past few years second generation transgenic techniques has been developed. These methods are highly efficient, safe and work well in several species. We are planning to express GFP as a reporter gene using the Sleeping Beauty transposon based system. Transposon systems are usually used as bi component systems. DNA sequences of interest are cloned between the transposon inverted terminal repeats and supplementing transposase enzyme is added. This mix will be microinjected into Guinea pig zygotes and will be transferred to pseudopregnant females. Hopefully some of the newborns will harbor the transgene. We would like to characterize the efficiency of the method in Guinea pigs, follow the germline transmission of the transgene. Expression studies, copy number determination of the transgene and integration site determination would be performed. An important issue would be the test of transgene silencing. These attributes are all important to understand the possible species specific differences in transgenesis. Our project can initiate several new researches where transgenic Guinea pigs are important and long awaited by the scientific community.
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 most important question in our research: Is it possible to produce transgenic Guinea pigs using second generation transgenic techniques? Sleeping Beauty transposon system was highly efficient in all vertebrate species tested till now. Our hypothesis is that it would be able to produce transgenic founder Guinea pigs. It is almost sure that Sleeping Beauty can perform DNA integration in Guinea pig zygotes. The question remains: What is the efficiency of this technique? Our results in murine species and in rabbits show that this problem can be solved. If all micromanipulations with the SB system fail, then SIV based lentiviral transgenesis would be applied. However multiple integration sites and transgene silencing were reported using lentiviral vectors in other species. These phenomena are not always favorable when establishing transgenic lines.
We are also planning to evaluate the following parameters of the Sleeping Beauty method: efficacy, toxicity, mosaicism, germline transmission, insertion site preferences, transgene copy number and transgene silencing. All these parameters are very important to fully characterize the transposase mediated transgenesis in Guinea pigs and show species specific differences.
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 believe that the application of the Sleeping Beauty transposon technology can be efficiently used to create transgenic Guinea pigs. The most important result of this project would be the first genetically modified Guinea pig in the world. Guinea pigs are the best laboratory animal models for several human diseases especially for the respiratory and allergy field. Our project can open a new era in modeling human diseases and Guinea pigs could be used as new platforms to study disease models in vivo. Successful results would initiate targeted gene modification using nuclease technology (Zinc-finger nucleases, TALEN and Cripr).
Not only the molecular mechanisms of these diseases would be more easily to study in transgenic Guinea pigs but farmacological tests would be also accelerated. A better animal model results more efficient drug tests. Our research can also reduce the sufficient number of animals on the respiratory and allergy fields. Reducing the number of animals in our experiments was always a serious aspect to enhance animal welfare. Several laboratories worldwide are interested in producing transgenic Guinea pigs, so the impact of this research on the transgenic field would be outstanding. Transgenic disease models in guinea pigs are so valuable that this project alone would be capable to open prosperous Horizon 2020 applications.
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.
Model animals play crucial role in biomedical researches. We can understand the molecular background of diseases and potential drugs can be tested in animal models. The most frequently used animal models are mice and rats. Unfortunately some diseases like respiratory diseases and allergy are very difficult to study by these species. Guinea pigs have biological similarities to humans which makes them more useful in these fields of research than rodents.
The best animal models harbor exactly the same genetic modification which can be found in the corresponding diseased humans. That’s why scientist use genetically modified animals. There were several attempts to produce transgenic Guinea pigs but all of them failed. In the last few years, new transgenic technologies like transposon mediated transgenesis appeared. Transposons are mobile genetic elements. They can relocate themselves and integrate into a new genomic region. That is, what we use in biotechnology applications. We can produce safe and efficient vectors from transposons, and hopefully we would establish the FIRST TRANSGENIC GUINEA PIGS IN THE WORLD. Our plan is to express a reporter gene first. Our project can open a new era in modeling some special human diseases in Guinea pigs. Using better animal models we could also reduce the number of experimental animals in biomedical applications.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
