 |
Mechanisms of glucagon-like peptide 1 signaling upon GnRH-synthesizing neurons: role in hypothalamic regulation of reproduction
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115984 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Liposits, Zsolt |
| Title in Hungarian |
Glucagon-like peptide 1 szignalizáció szabályozó mechanizmusai a GnRH idegsejtek működésében és a reprodukció hypothalamikus szintű szabályozásában |
| Title in English |
Mechanisms of glucagon-like peptide 1 signaling upon GnRH-synthesizing neurons: role in hypothalamic regulation of reproduction |
| Keywords in Hungarian |
GLP-1, GnRH, reprodukció, idegi hálózatok, immuncitokémia, elektrofiziológia, optogenetika |
| Keywords in English |
GLP-1, GnRH, reproduction, neuronal networking, immunocytochemistry, electrophysiology, optogenetics |
| Discipline |
| Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Neurosciences |
| Department or equivalent |
Laboratory of Endocrine Neurobiology (Institute of Experimental Medicine) |
| Participants |
Farkas, Imre
Vastagh, Csaba
|
| Starting date |
2016-01-01 |
| Closing date |
2019-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
43.988 |
| FTE (full time equivalent) |
7.15 |
| 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 célja a glucagon-like peptide 1 (GLP-1) szerepének felderítése a szaporodás centrális szabályozásában, a gonadotropin-releasing hormone (GnRH)-t termelő idegsejtek közvetlen modulációja révén egérben. Molekuláris, strukturális és elektrofiziológiai vizsgálatokkal a GLP-1 neuronrendszernek a GnRH idegsejtekkel kialakított hálózati kapcsolatait vizsgáljuk, míg optogenetikai megközelítést alkalmazunk a GLP-1 hatásának és a szabályozás rendszer szintű jelentőségének in vivo igazolására. A közvetlen szabályozás meghatározó eleme, a GLP-1 receptor (GLP-1R), melynek expresszióját transzgén egérből nyert, GnRH-green fluorescent protein (GFP) idegsejtekben vizsgáljuk valósidejű PCR módszerek alkalmazásával. A GLP-1 és GnRH neuronrendszerek együttműködésének morfológiai jegyeit és a kapcsolat erősségét konfokális lézer mikroszkópia, képalkotás, térbeli rekonstrukció és elektronmikroszkópia módszerek alkalmazásával tárjuk fel. A GnRH-GFP idegsejtek akut agyszeletben történő elektrofiziológiai vizsgálata fog fényt deríteni a GLP-1 receptorokon ható agonista vegyület idegsejt tüzelésre és a posztszinaptikus áramokra (PSCs) kifejtett hatására, a retrográd szignalizációs mechanizmusok (endokannabinoidok, nitrogén monoxid) részvételére a szabályozásban, továbbá a cAMP-PKA-CREB jelátviteli rendszer szerepére a GLP-1 hatás közvetítésében. Végezetül, a GLP-1 hormon GnRH neuronrendszerre kifejtett szabályozó szerepét in vivo tanulmányozzuk, csatornarhodopsin 2-t expresszáló, GLP-1 hormont termelő idegsejtek optogenetikai ingerlése révén és mérjük az idegvégződésekből felszabaduló GLP-1 moduláló hatását a GnRH hormon ürítésre.
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 szaporodást a hypothalamo-hypophysealis rendszer működése biztosítja. A meddőség a reprodukció súlyos funkció zavara, melynek hátterében különféle kórokok állnak. Új kutatási eredmények metabolikus hormonoknak (inzulin, leptin, ghrelin) a reprodukció hypothalamikus szabályozásában betöltött szerepére utalnak. Projektünk egy potens metabolikus hormon, a glucagon-like peptide 1 (GLP-1) GnRH neuronokon kifejtett, közvetlen szabályozó szerepének feltárására irányul. Munkahipotézisünk felveti, hogy a GLP-1 általi szabályozás GnRH neuronok GLP-1 receptorain és az azokhoz kapcsolt jelátviteli rendszereken keresztül megy végbe és valószínűsíti a GLP-1 serkentő hatását a gonád rendszer működésére. Elsőként a GLP-1 receptor gén expresszióját tanulmányozzuk GnRH-GFP idegsejtekben PCR módszer alkalmazásával. A második kísérletsor, a tractus solitarius magvából vetülő GLP-1 idegrostok GnRH neuronokkal alkotott kapcsolatrendszerének strukturális és kvantitatív jegyeit tárja fel. A harmadik elektrofiziológiai munkacsomag, a GnRH idegsejtek GLP-1 receptorain keresztül ható agonista hatásmechanizmusira derít fényt akut agyszelet preparátumban. A negyedik munkacsomagban optogenetikai módszerrel, in vivo vizsgáljuk a GLP-1 idegsejtek foto-stimulációja révén felszabaduló hormon hatását a GnRH idegsejtek és reproduktív tengely aktiválódására. A vizsgálatok megítélésünk szerint a reprodukció központi szabályozásának egy új mechanizmusát tárhatják fel, mely a GnRH neuronok GLP-1 receptorain és az azokhoz kapcsolt jelátviteli rendszereken keresztül érvényesül.
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!
Orexigén és anorexigén hatású metabolikus szignálok egyidejűleg szabályozzák az energia homeostasist és a reprodukciót. A metabolizmus szabályozás zavarai hatással vannak a fertilitásra, függetlenül attól, hogy azok az energia háztartás egyensúlyának negatív (anorexia nervosa) vagy pozitív (obezitás, 2-es típusú diabetes) oldalát érintik. A világméretű obezitás pandémia több mint 300 millió ember életminőségét veszélyezteti, míg 45 millió házaspár küzd a meddőséggel szemben Az obezitás gyógyszeres kezelésére alkalmasnak bizonyuló gyógyszerek piaci bevezetésének szándéka esetén gondos vizsgálatot igényel a metabolizmus profil monitorizálása mellett, a szer reprodukciót befolyásoló neuroendokrin folyamatokra kifejtett hatásának elemzése. GLP-1 agonisták (Bayetta, Bydureon) gyógyszerpiacra történő bevezetését a közelmúltban engedélyezték, 2-es típusú diabetes kezelésére, kihasználva a vegyületek jótékony hatását a táplálék felvétel csökkentésére és a jóllakottsági érzés növelésére. Rágcsálókból nyert eredmények arra utalnak, hogy GLP-1 kezelés aktiválja a hypothalamo-hypophysealis gonád tengelyt, ugyanakkor, sem a hormonhatás agyi célstruktúrái, sem pedig annak hatásmechanizmusai nem kerültek feltárásra. Közelmúltban végzett saját vizsgálataink egyike bizonyította, hogy a gyomorban termelődő éhség szignál hormon, a ghrelin, receptorain keresztül közvetlenül hat GnRH idegsejtekre és lassítja azok működését. A jelen projekt várt eredményeinek halmaza fényt derít a GnRH idegsejteken vélhetően közvetlenül ható GLP-1 szignalizáció szerepére és az azt biztosító celluláris folyamatok molekuláris, strukturális és farmakológiai összetevőire. A rágcsálókon végzett vizsgálatok jövőbéli folytatását egyaránt tervezzük, post-mortem emberi hypothalamus mintákon, a megismert GLP-1 szignalizáció humán relevanciájának megismerése céljából.
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 ivarszervek működését és a szaporodást a hypothalamus és az agyalapimirigy mellső lebenyének összehangolt működése szabályozza. Ennek mester molekulája, a gonadotropin-releasing hormone (GnRH), mely közel másfélezer idegsejtben szintetizálódik az agyban. A hormon a neuroszekretoros idegsejtekből ürül és eléri az agyalapimirigy célsejtjeit, melyekben két ivarműködést szabályozó hormon, a luteinizáló hormon (LH) és a tüszőérést stimuláló hormon (FSH) szintézisét és ürítését szabályozza. A GnRH szekréció mintázata pulzatilis, mely alapvetően fontos a reprodukció fenntartásához. A „bél-agy” hormonok egy széleskörű családot képeznek, melynek egyik meghatározó képviselője a glucagon-like peptide 1 (GLP-1), mely hatékonyan befolyásolja a táplálék felvételt, az étvágyat és a hypothalamus–agyalapimirigy–ivarszerv tengely működését. Míg a táplálkozás és energiaháztartás szabályozásának folyamataiban résztvevő GLP-1 hatásmechanizmusai részben feltárásra kerültek, addig a GLP-1 hatás reprodukcióban szereplő hypothalamikus célstruktúrái és mechanizmusai ismeretlenek. A pályázat biztosította tudományos kísérleti munka várt eredményei tisztázni hivatottak a GLP-1 hormon hatás szerepét és mechanizmusait a GnRH idegsejtek működésében, feltárva egy új, reprodukciót szabályozó rendszer molekuláris és fiziológiai jellemzőit.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The research proposal is aimed at the exploration of the role of glucagon-like peptide 1 (GLP-1) in the central regulation of reproduction via the direct modulation of the gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neuron system in mice. Molecular, structural and electrophysiological studies will address the cellular mechanisms of networking established by the GLP-1 neuronal system with GnRH neurons, while optogenetics will be used for in vivo monitoring of the effects and significance of the GLP-1 drive in regulation of reproduction. As a prerequisite of the direct communication, GLP-1 receptor (GLP-1R) expression will be examined in GnRH-green fluorescent protein (GFP) neurons of transgenic mice using quantitative, real time-PCR technique. Immunocytochemical studies will reveal the structural characteristics and strength of the GLP-1 GnRH networking by using confocal laser microscopy-based imaging, 3D reconstruction and electron microscopy. Slice electrophysiology on GnRH-GFP neurons will identify the effects of GLP-1 agonists on the firing properties and postsynaptic currents of GnRH neurons, elucidate the involvement of retrograde signaling mechanisms (endocannabinoids and/or nitric oxide) and reveal the role of the cAMP-PKA-CREB signal transduction pathway in the modulatory effect. Finally, the regulatory role of GLP-1 upon the GnRH system will be studied in vivo by optogenetic stimulation of channelrhodopsin 2-expressing GLP-1 neurons and measuring the effects of GLP-1 released from axon terminals on the modulation of hormone output from GnRH neurons.
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.
Reproduction is regulated by the hypothalamo-hypohyseal system. Infertility is a serious dysfunction of the system which is due to diverse origins. Novel research data indicate the pivotal role of metabolic hormones (insulin, ghrelin, leptin) in hypothalamic regulation of reproduction. In line with these efforts, the proposal examines the involvement and regulatory role of a potent gut-brain hormone, glucagon-like peptide-1 in signaling mechanisms of GnRH neurons. The working hypothesis predicts that GLP-1 exerts direct regulatory effects on GnRH neurons via specific GLP-1 receptors and their coupled signal transduction pathways and envisions a facilitatory drive of GLP-1 in the activation of the HPG axis. First, the expression of GLP-1 receptor gene in GnRH neurons will be substantiated by q-RT-PCR analysis. The second experimental line will corroborate the interaction of GLP-1-axons projecting from nucleus of the solitary tract (NTS) with GnRH neurons with special emphasis on the structural and quantitative characteristics of the communication. The third, electrophysiological workpackage will clarify the effects and mechanisms of GLP1 receptor agonist on GnRH neurons using acute brain slice preparation. The fourth workpackage will study in vivo the impact of GLP-1, released from axon terminals of optogenetically stimulated GLP-1 neurons of the NTS, on GnRH neurons and activation of the reproductive axis. The projects challenge the discovery and functional characterization of a novel regulatory channel of the HPG axis via GLP-1 receptor and its downstream signal transduction pathway/s acting in GnRH neurons.
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.
Orexigenic and anorexigenic metabolic signals simultaneously regulate energy balance and reproduction. The dysfunction of metabolism has impact on fertility regardless whether it affects the negative (anorexia nervosa) or the positive (obesity, type 2 diabetes) sides of the energy balance. The global obesity pandemic threatens the quality of life more than 300 million people worldwide, while 45 million couples fight against infertility. The introduction of new drugs in the treatment of obesity requires the careful evaluation of the compound regarding its effect not only on the metabolic profile, but also on the central neuroendocrine regulatory machinery of reproduction. GLP-1 agonists (Byetta, Bydureon) have recently been authorized and marketed for the treatment of type 2 diabetes based on their beneficial effects on lowering food intake and increasing satiety. Although animal data have shown that GLP-1 administration activates the HPG axis, neither the specific target/s of the action nor the underlying mechanisms have been clarified. One of our recent works has shown that the hunger signal, ghrelin, acts directly on GnRH neurons and slows their activity. The overall results of the current proposal will give insight into the structural, molecular and pharmacological mechanisms that are utilized by GLP-1 in the hypothalamic regulation of the reproductive axis via direct targeting of GnRH neurons. As a continuation of the rodent study, in the future, we also plan to examine the relevance of the networking of the GLP-1 and GnRH neuronal systems in post-mortem human brain samples.
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.
Gonadal functions and reproduction are regulated by an orchestrated action of the hypothalamus and the anterior pituitary gland. The hypothalamic master molecule is gonadotropin-releasing hormone (GnRH) synthesized in about fifteen hundred neurons within the hypothalamus. It is released from the brain and reaches the anterior pituitary where it triggers the release of two gonadotropic hormones, luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). The secretion of GnRH occurs in a pulsatile fashion which is mandatory to the proper operation of the pituitary-gonadal axis. Gut-brain hormones represent a wild family of regulatory substances in the organism that are synthesized both in the gastro-intestinal (GI) tract and the brain. Glucagon like peptide-1 (GLP-1) belongs to this family and as a metabolic hormone; it regulates food intake, appetite and also the hypothalamo-pituitary gonadal (HPG) axis. While the hypothalamic targets of GLP-1 in feeding and energy expenditure regulation have been identified, in contrast, neither the cellular targets nor the utilized mechanisms whereby GLP-1 influences reproduction have been revealed till date. The main goal of the proposed experimental work is the verification of participation and role of GLP-1 signaling in modulation of the GnRH system and revealing the molecular and physiological mechanisms of this novel, central regulatory channel of reproduction
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
