 |
Proteomics and immunomics analysis of Triticum monococcum from the aspact of different wheat related disorders
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115641 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Gell, Gyöngyvér Mónika |
| Title in Hungarian |
Triticum monococcum proteomikai és immunológiai vizsgálata különböző búzához köthető megbetegedések tükrében |
| Title in English |
Proteomics and immunomics analysis of Triticum monococcum from the aspact of different wheat related disorders |
| Keywords in Hungarian |
cöliákia, búza allergia, Crohn-betegéség, alakor |
| Keywords in English |
einkorn, wild einkorn, proteomics, celiac disease, wheat allergy, Crohn's disease |
| Discipline |
| Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Starting date |
2015-09-01 |
| Closing date |
2019-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
8.882 |
| FTE (full time equivalent) |
2.60 |
| 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 glutén okozta egészségügyi rendellenességek intenzíven tanulmányozott kutatási terület. A búzamagban található tartalékfehérjék negatív tulajdonsága, hogy immunválaszt kiváltó peptideket (epitópokat) tartalmazhatnak, melyek pl. cöliákiát, búza allergiát vagy Crohn-betegséget okoznak. Napjainkban az egyetlen hatékony megoldás az okozott tünetek enyhítésére az egy életen át tartó gluténmentes diéta. Noha a kiváltó fehérjékről számos információval rendelkezünk a kenyérbúza esetében a diploid termesztett és vad alakor (Triticum monococcum ssp. monococcum és T. monococcum ssp. Aegilopoides) allergén fehérjéinek epitópjairól, ezek eloszlásáról és mennyiségéről keveset tudunk. A tervezett kutatás fő célja a martonvásári alakor gyűjtemény allergén jellemzése, a magfehérjék átfogó bioinformatikai, proteomikai, immunanalitikai vizsgálatával. A széleskörű számítógépes elemzésekből nyert adatok felhasználásával a különböző búza genotípusok allergén kapacitásának előrejelzése jóval hatékonyabbá tehető. A projekt célja az alakor genotípusokban található allergén fehérjék feltérképezése és expressziójának vizsgálata multidiszciplináris szinten. A közel 200 különböző alakor genotípus átfogó immunanalitikai vizsgálata és a káros fehérjék azonosítása hasznos információval szolgál a klinikusoknak, kutatóknak és az élelmiszeriparnak egyaránt. A kapott eredmények alapján távolabbi célunk olyan genotípusok azonosítása, mely alacsony allergén tartalmú búza genotípusok nemesítéséhez vezethet.
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 búza magban található tartalékfehérjék kulcsfontosságú szereplőknek minősülnek a búzához köthető egészségügyi problémák kiváltásában, mint a cöliákiában szenvedő betegek autoimmun reakciója, a búza allergia különböző típusai vagy a Crohn-betegség. Jelenleg az allergiás megbetegedések alapját a glutén epitópok és a prolamin szupercsaládok tagjai uralják, mint a szerpinek és a nem specifikus lipid transzfer fehérjék (nsLTPs), azonban ezek nem teljes mértékben képviselik az allergiáért felelős fehérjék körét. Előzetes bioinformatikai vizsgálataink alapján további potenciális allergia kiváltásáért felelős fehérjék találtunk. Habár ezen fehérjék számát és expressziójuk mértékét eddig nem írták le. A tervezett feladat a különböző termesztett és vad alakor genotípusok IgE közvetített búza allergiát okozó (WA), cöliákiát (CD) és Crohn-betegséget kiváltó fehérjéinek összetett jellemzésére összpontosít. A vizsgálni kívánt genotípusok ilyen nagyszabású, átfogó immunanalitikai és proteomikai vizsgálata egyedülálló, eddig nem kutatott terület. Az in vitro emésztésnek ellenálló tartalék fehérjék azonosítása által kapott allergenitás meghatározása jóval precízebb, mint a manapság használatos élelmiszeripari gyakorlat. Az alakor fehérje szekvencia elemzése és epitóp térképezése hasznos információkkal szolgál a gabona nemesítőknek és az élelmiszeriparnak egyaránt. A különböző vizsgálatokból nyert adatok kiértékelése és összehasonlítása során kapott eredmények alkalmasak lehetnek annak megállapítására, hogy a nyilvánosan hozzáférhető EST adatok milyen biztonsággal használhatóak in silico allergiajósló tanulmányok elkészítéséhez .
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 alakor búzában előforduló allergiát és autoimmun betegséget kiváltó fehérjék komplex vizsgálata hasznos információkkal szolgál a búzával kapcsolatos egészségügyi rendellenességek hátterének növény oldalról való megértéséhez. A különböző búzafajtákban előforduló epitópok változékonyságának, eloszlásának és expressziójának multidiszciplináris szinten való vizsgálata egyedülálló cél. Ennek az átfogó kísérleti rendszernek az alkalmazásával a termesztett- és vad alakor allergiáért, cöliákiáért és Crohn-betegség kiváltásáért felelős epitópjait feltérképezhetjük, jellemezhetjük allergén fehérje szinten. Meghatározhatjuk az egyes genomok közti eltéréseket az allergén fehérjéket illetően, valamint jellemezhetjük epitóp összetételüket. A proteomikai és immunomikai elemzések során kapott eredmények közti szignifikáns összefüggések növelhetik az epitóp térképezés illetve expressziós szint meghatározás céljára alkalmas nukleinsav alapú vizsgálati módszerek kifejlesztésének lehetőségét. A saját fejlesztésű ELISA tesztek eredményeinek összehasonlítása a kereskedelemben kapható ELISA kitek eredményeivel fontos információval szolgál az epitóp toxicitás előrejelzésének hatékonyságáról és megbízhatóságáról. A vizsgálatba vont totál fehérje kivonatokban található emésztett és emésztetlen peptidek immunanalitikai értékelése sokkal részletesebb információt nyújt a káros peptidek stabilitásáról, emésztő enzimekkel szemben való ellenállásáról. A proteomikai és immunológiai vizsgálatokkal azonosíthatjuk a CD, WA vagy Crohn-betegség kiváltásáért ténylegesen felelős, emésztést követően is veszélyes peptideket. A munkafolyamat potenciális alkalmazása magában foglalja a proteomikai-, bioinformatikai- és immunanalitikai, valamint evolúciós vizsgálatok eredményeinek felhasználását allergia vizsgálati módszerek fejlesztéséhez. Az adatok használhatóak a nemesítés során alacsony allergén tartalmú búza genotípusok kifejlesztéséhez. Amellett, hogy sokkal pontosabb információkhoz jutunk az alakor tartalékfehérjék és az általuk kiváltott immunbetegségek kapcsolatáról, lehetőség adódik néhány cöliákiában, allergiában vagy Crohn-betegségben szenvedők számára fogyasztható genotípus azonosítására.
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.
A glutén a búzából, valamint rokon fajaiból - mint az árpa és a rozs - előállított élelmiszerekben található fehérje. A glutén érzékenység összetett rendellenesség, ide tartozik a cöliákia, a búza allergia és a Crohn-betegség mely esetekben a glutén immunválaszt vált ki az emberben. A cöliákia a bélnyálkahártya károsodását, a bélbolyhok elhalását okozza. Ez okozhat különféle krónikus tüneteket, mint felszívódási zavar, alultápláltság, hasmenés, növekedésben való visszamaradás, csontritkulás, limfóma. A cöliákiában szenvedő betegek egyetlen lehetősége az életen át tartó gluténmentes diéta. A jelenleg elfogadott élelmiszeripari szabályozás olyan kimutatási tesztekre alapul, melyek a kiváltó fehérjéknek csak egy részét, elsődlegesen a gluténfehérjék alkohol oldható gliadinjait veszik figyelembe. Előzetes eredményeink alapján az allergének összetétele ennél jóval változatosabb, ezért az allergiát/CD-t/Chron-betegséget kiváltó fehérjék részletes azonosítása és vizsgálata nagy jelentőségű. Ezen adatok és a Martonvásáron hozzáférhető termesztett- és vad alakor búza genotípusok széleskörű immunológiai és proteomikai vizsgálatának segítségével egy olyan részletes allergóm térképet kapunk, ami a későbbiekben megkönnyíti a betegek számára fogyasztható gabonafélék azonosítását, nemesítését. Az alakor búza esetében eddig nem vizsgált részletességgel azonosítjuk a különböző immunbetegségek kiváltásáért felelős fehérjéket. A nagy vizsgálati mintaszámnak köszönhetően lehetőség adódik néhány cöliákiában, allergiában vagy Crohn-betegségben szenvedők számára fogyasztható genotípus azonosítására.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Gluten-related disorders are well studied research area. A negative aspect of wheat storage proteins is that they can contain immune responsive peptides (epitopes) that can cause immunological diseases, like celiac disease (CD), wheat allergy (WA) and Crohn's disease. Today the only effective cure of these diseases is a lifelong gluten-free diet for people suffering in wheat-related disorders. Although there is a lot of information and several study about the disease triggering proteins in case of bread wheat, ,but only a limited information available about the epitope content, distribution and frequency in the allergen proteins of the diploid wheat's, Triticum monococcum ssp. monococcum and T. monococcum ssp. aegilopoides. The main aims of the planned research are the allergen characterization of the seed proteins of the einkorn collection of the Cereal Gene Bank of our Institute in Martonvásár using bioinformatics, proteomics, immunomics analyses. Use of these data obtained from the comprehensive computational data analyses could result in a more effective prediction of the allergen capacity of different wheat genotypes. The main goal of this project is the epitope mapping and expression levels in the different einkorn genotypes at a multidisciplinary level. The large scale immune analytic screen and toxic protein detection of the approximately 200 different einkorn genotypes with human sera serve as important information for clinicians, plant scientist and for the food industry. Based on the results, the further aim of the project will be the detection einkorn genotypes could contribute to the breeding of low allergen wheat genotypes.
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.
Wheat storage proteins are considered as key players in triggering of different wheat-related health problems, such as the autoimmune response in patients suffering from celiac disease (CD) different categories of wheat allergies (WA) or Crohn's disease. Currently, our knowledge base is dominated by gluten-based epitopes, and members of the prolamin superfamily, such as serpins and non-specific lipid transfer proteins (nsLTPs), are not fully represented. Based on our preliminary study there are further potential allergens causing allergic responses. However, the number and the expressed amount of these proteins is not described so far. The planned project will focus on the complex characterization of IgE mediated wheat allergens autoimmune celiac disease and Crohn's disease in diploid einkorn and wild einkorn genotypes compared to bread wheat. The large scale immune analytic study of einkorn genotypes (200 genotypes) is a unique purpose not has been investigated so far. The establishing an epitope map for einkorn wheat obtained by the protein sequence analyses and epitope mapping studies will be a good base of knowledge to cereal breeders and the food industry. Amounts of epitopes will be calculated both in undigested and digested proteins and epitopes resistant to enzymatic cleavage will be identified. This interpretation of the toxicity level of a sample is incomparably more exact and precise than the present food industry practice. The evaluation and comparison of the results obtained from the different levels of analyses could be useful to evaluate whether data originating from publicly available EST analyses are suitable for allergy prediction studies.
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.
The complex analysis of celiac disease, wheat allergy and Crohn's disease triggering proteins in einkorn genotypes will provide useful information to understand the background of these diseases from the side of the plants. The investigation the epitope variability, distribution and expression levels in the different wheat species at a multidisciplinary level is a unique purpose. Using this experimental design a detailed map of allergy, CD or Crohn's disease causing epitopes will be obtained at epitope and allergen protein level for einkorn and wild einkorn compared to bread wheat. Differences will be evaluated and epitope characteristic will be described. A significant correlation between the results obtained from proteomics, immunomics and bioinformatics analyses would enhance the possibility to develop nucleic acid based testing methods for epitope mapping and expression determination. Custom developed ELISA test will be used in this workflow. Using these test the in-house immune detection analyses compared with commercially available ELISA kits will provide information about the effectiveness and reliability of the epitope toxicity predictions. The immune analytic evaluation of the digested and undigested peptides from the total protein extractions will provide more detailed information about the stability of harmful peptides against digestive enzymes. In this way, the effectively hazardous CD, WA or Crohn's disease peptides can be determined after enzymatic digestion using LC-MS/MS analyses. Potential application of the workflow could involve proteomic, bioinformatics and immune analytic analyses, evolutionary investigations or developments of allergic tests. It could also be used in the pre-breeding to select genotypes for potential crosses to develop low allergen wheat genotypes and to develop food technologies where the detrimental effect of the source material is reduced. In addition to obtain more precise knowledge about the connection the storage proteins of these species with immunological diseases, it is possible to find a few genotypes edible for patients suffering in CD, WA or Crohn’s disease.
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.
Gluten is a protein composite found in foods processed from wheat and related species, including barley and rye. Gluten sensitivity is a spectrum of disorders, including celiac disease, wheat allergy and Crohn's disease, in which gluten has an immune responsive effect on the body. Patients suffering from CD have a damaged intestinal mucosa resulting in villous atrophy and crypt hyperplasia. This can cause many chronically symptoms such as malabsorption, malnutrition, diarrhea, growth retardation, osteoporosis, lymphoma. For CD-patients the only treatment is a restriction to a lifelong gluten-free diet. The currently accepted food legislation based on diagnostic tests, which takes into consideration only the particular fraction of the immune responsive proteins, primarily the alcohol-soluble gliadins of gluten proteins. Based on our preliminary results the composition of the allergens is much more diverse, hence the identification and detailed examination of the allergy/CD/Crohn triggering proteins have major importance. The complex investigation of these allergen proteins of einkorn and wild einkorn genotypes - available in Martonvásár - provide a detailed allergome map, which will facilitate the identification and breeding cereals consumable for people suffering in CD, WA and Crohn's disease. Einkorn not yet examined in detail to identify the proteins responsible for triggering various autoimmune diseases. Due to the large number of the investigated genotypes, it is possible to find a few genotypes edible for patients suffering in CD, WA or Crohn’s disease.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
