 |
The role of oxidized hemoglobin forms in the activation of inflammasome
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
116024 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Jeney, Viktória |
| Title in Hungarian |
Oxidált hemoglobin szerepe az inflammaszóma aktivációjában |
| Title in English |
The role of oxidized hemoglobin forms in the activation of inflammasome |
| Keywords in Hungarian |
hemoglobin, oxidált hemoglobin, hem, veszély-asszociált molekuláris mintázat, inflammaszóma aktiváció, hemolízis, hemorrhagia |
| Keywords in English |
hemoglobin, oxidized hemoglobin, heme, damage-associated molecular patterns, inflammasoem activation, hemolysis, hemorrhage |
| Discipline |
| Immunology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Immunology | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % | | Nephrology, urology (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % | | Ortelius classification: Nephrology |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Research Centre for Molecular Medicine (University of Debrecen) |
| Participants |
Balla, György
Balla, József
Balogh, Enikő
Bányai, Emese
Katona, Éva
Potor, László
Tolnai, Emese
|
| Starting date |
2015-09-01 |
| Closing date |
2019-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
39.852 |
| FTE (full time equivalent) |
12.70 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Számos fehérjeprecipitátum tekinthető veszély-asszociált molekuláris mintázatnak, mely inflammációt indukál mintázatfelismerő receptorok, leggyakrabban a NLRP3 inflammaszóma aktivációja által.
Jelen pályázatunk célja a hemolízises/hemorrhagiás kórképekben megfigyelhető, a Hb oxidációja során kialakuló, kovalens módon keresztkötött Hb aggregátumok hatásának vizsgálata a NLRP3 inflammaszóma aktivációjára, valamint annak kiderítése, hogy a NLRP3 inflammaszóma aktivációja szükséges-e a Hb aggregátumok által indukált gyulladásos reakció kiváltásához.
Tekintettel arra, hogy kutatócsoportunk Hb aggregátumok jelenlétét figyelte meg maláriával fertőzött egerek vizeletében, valamint cerebrospinális folyadékban intraventrikuláris vérzést (IVH) követően, célul tűztük ki a Hb aggregátumok és az általuk okozott inflammaszóma aktiváció szerepének vizsgálatát malária-indukált akut veseelégtelenségben illetve IVH-indukált neuroinflammációban.
Az inflammaszóma aktivációját immun-, és nem immun-sejtekben is megfigyelték, így vizsgálatainkat számos sejten tervezzük elvégezni, melyek lokalizációjuk alapján kapcsolatba kerülhetnek Hb aggregátumokkal, és az általuk adott inflammatórikus reakció hozzájárulhat az IVH-indukált neuroinflammáció, illetve a malária-indukált akut vesekárosodás kialakulásához.
Az inflammaszóma aktiváció mechanizmusában fontos szerepe van a reaktív oxigéngyököknek (ROS). A ROS képződést redox-aktív vas katalizálja. Célunk a ferritin inflammaszóma aktivációban betöltött szerepének vizsgálata. Feltételezésünk szerint a ferritin a vas inaktív formában való raktározása által csökkenti a ROS termelést, ezáltal gátolja az inflammaszóma aktivációját.
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.
Hemolízises/hemorrhagias kórképek gyakori velejárója az inflammáció, mely gyakran kórokozók hiányában is fennáll. E jelenség hátterében álló mechanizmusok kevéssé ismertek. Tervezett kutatásunk kiindulási hipotézise az, hogy a hemolízises/hemorrhagias kórképeket kísérő gyulladásban a hemoglobin (Hb) oxidációja során képződő kovalens módon keresztkötött Hb aggregátumok – melyek jelenlétét maláriás egerek vizeletében, valamint intraventrikuláris vérzést (IVH) követően nyert cerebrospinális folyadékban (CSF) kimutattunk – központi szerepet játszanak. Feltételezzük, hogy a Hb aggregátumok, más fehérje-aggregátumokhoz (pl. -amyloid) hasonló módon aktiválják a NLRP3 inflammaszómát.
Kísérleteink során választ kapunk arra, hogy (i) a Hb oxidációja során létrejövő Hb formák aktiválják-e a NLRP3 inflammaszómát monocyta/makrofág sejtekben, valamint (ii) az oxidált Hb egyéb nem-immun celluláris célpontjait is feltérképezzük a vesében és a központi idegrendszerben. Kísérleteink választ adnak arra a kérdésre is, hogy (iii) a NLRP3 inflammaszóma aktivációja kulcsfontosságú-e az oxidált Hb-ra adott immunválaszban. IVH-t követően nyert CSF minták elemzésével (iv) ok-okozati összefüggést keresünk a Hb oxidációja és a neuro-inflammáció kialakulása között. Vizsgáljuk, hogy (v) a malária-indukált akut veseelégtelenség kialakulásában szerepe van-e a NLRP3 inflammaszóma oxidált Hb általi aktivációjának. Tervezett kísérleteink választ adnak arra, hogy (vi) a ferritin – a redox aktív vas és a reaktív oxigéngyökök szintjének csökkentése által – gátolja-e a NLRP3 inflammaszóma aktivációját és ez által (vii) védelmet nyújt-e malária-indukált akut veseelégtelenség kialakulásával szemben.
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 tudományos társadalom sokáig kételkedett abban, hogy az élő szervezetben magas vegyértékű hem/vas vegyületek képződhetnek. Mára bebizonyosodott, hogy ilyen vegyületek valóban képződnek, például a hemoglobin (Hb) oxidációja során. Napjainkban számos csoport kutatja a Hb oxidáció kémiai mechanizmusát, azonban az oxidált Hb formák pathofiziológiai szerepe nagyrészt ismeretlen.
Pályázatunk célja az oxidált Hb formák inflammációs hatásainak vizsgálata. Munkánk egyik részében in vitro kísérleteken keresztül tervezzük vizsgálni az oxidált Hb formák inflammatórikus hatását és celluláris célpontjait. Ezen kívül az oxidált Hb formák inflammatórikus hatásának szerepét 2 eltérő kórképben vizsgáljuk: intraventrikuláris vérzésben (IVH), amely egy steril hemorrhagiás pathológia, valamint malária-indukált akut vesekárosodásban, mely egy pathogén-iniciált hemolízises modell. Azért esett a választásunk erre a két modellre, mert a kovalens módon keresztkötött Hb jelenlétét mind IVH-t követően nyert cerebrospinális folyadékban, mind maláriás egerek vizeletében nagy mennyiségben kimutattuk.
A malária, melyet Plasmodium infekció okoz igen gyakori a fejlődő országokban, de a klímaváltozás következtében Európa déli országaiban is egyre gyakoribb. A legelterjedtebb, és egyben a legveszélyesebb plasmodium faj, a Plasmodium falciparum, mely súlyos tüneteket: görcsöket, veseelégtelenséget, a keringés összeomlását, kómát és akár halált is okozhat. Az endémiás területekre utazó Plasmodium falciparum fertőzést elkapó nem-immun felnőttek 30-40%-ában alakul ki veseelégtelenség.
Az IVH az extrém koraszülötteket érintő betegség, mintegy 15-20%-uknál fordul elő, magas neonatális halálozási aránnyal járó betegség. Az IVH-t túlélő koraszülöttek 50%-ában alakul ki poszthemorrhagiás ventrikuláris dilatáció, és gyakori a súlyos a cerebrális parézis, valamint az értelmi visszamaradottság. Az IVH szövődményeinek megelőzésére jelenleg nem áll rendelkezésre hatékony terápia.
Amennyiben bebizonyosodik, hogy az oxidált Hb formák által indukált inflammaszóma aktiváció szerepet játszik ezekben a kórképekben, az új terápiás célpontok illetve stratégiák kidolgozásának biztosíthat alapot.
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.
Szöveteink, sejtjeink sérülése gyulladást idéz elő szervezetünkben. Ezt a folyamatot az úgynevezett veszély-asszociált molekuláris mintázatok indítják el. A veszély-asszociált molekuláris mintázatok olyan molekulák, melyek a sejtek sérülésekor jutnak ki az extra-celluláris térbe, illetve a sejtek módosult működése során keletkeznek.
Az oxigén szállítását végző fehérje, a hemoglobin (Hb) a vörösvérsejtekben van jelen a vérben. Számos betegség előidézheti a vörösvérsejtek szétesését, melynek következtében a Hb az extra-celluláris térbe kerül és nem képes tovább ellátni az oxigén szállításában betöltött feladatát. További problémát jelent a Hb extra-celluláris térben végbemenő oxidációja, melynek következtében feltételezéseink szerint olyan veszély-asszociált molekuláris mintázatok jönnek létre, melyek gyulladást idéznek elő. Kutatócsoportunk a Hb oxidációját különböző betegségekben figyelte meg. Fertőző betegségek, mint például a malária előidézi a vörösvérsejtek szétesését. Maláriás emberek és kísérleti állatok plazmájában és vizeletében is kimutattuk az oxidált Hb-t. Szintén nagy mennyiségben képződik oxidált Hb intraventrikuláris vérzés során, amikor vérzés következik be az agy folyadékkal teli üregeibe. Ez a betegség főként a kis súlyú koraszülötteket érinti, és oka az agyi kapillárisok fejletlensége, sérülékenysége. Kutatócsoportunk célja annak a vizsgálata, hogy az előbbiekben említett betegségekben milyen szerepet játszik az oxidált Hb. Úgy gondoljuk, hogy az az oxidált Hb gyulladást és/vagy oxidatív stresszt indukálhat, mely folyamatok alaposabb megismerése új terápiás célpontok illetve stratégiák kidolgozásának biztosíthat alapot.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Protein aggregates can behave as damage-associated molecular patterns (DAMPs) and induce inflammatory response through the activation of pattern recognition receptors including the NLRP3 inflammasome. Several disease states are associated with hemolysis or hemorrhage in which hemoglobin (Hb) is released from red blood cells. Cell-free Hb is prone to oxidation leading to the formation of different Hb oxidation products such as metHb and ferrylHb which latter includes covalently cross-linked Hb aggregates. The goal of this proposal is to find out whether these Hb aggregates behave as DAMPs and activate the NALP3 inflammasome. Our aim is to study whether oxidized Hb-mediated inflammatory response is dependent on the activation of NLRP3 inflammasome.
Recently we detected Hb aggregates in urine of malaria-infected mice and cerebrospinal fluid of preterm babies with intraventricular hemorrhage (IVH). We assume that theese Hb aggregates play crucial pathophysiological roles in the development of malaria-associated acute kidney injury (AKI) and IVH-associated neuro-inflammation.
Activation of NLRP3 inflammasome occurs in diverse immune and non-immune cells, therefore we will screen different cells that can contact Hb aggregates and their subsequent inflammatory response might contribute to IVH-mediated neuro-inflammation or malaria-induced AKI.
Reactive oxygen species (ROS) play a crucial role in inflammasome activation. ROS generation is catalyzed by redox active iron. Our aim is to investigate the role of ferritin in inflammasome activation. We assume that ferritin via sequestering iron in a redox inactive form attenuate ROS generation and inflammasome activation.
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.
Hemolytic or hemorrhagic episodes are often associated with inflammation even when infectious agents are absent. Considerable effort has been made to define the mediators that trigger such inflammatory response. The central hypothesis of this proposal is that covalently cross-linked hemoglobin (Hb) aggregates – formed upon oxidation of cell-free Hb – trigger hemolysis/hemorrhage-associated inflammation. We detected these covalently cross-linked Hb forms in urine of malaria-infected mice and cerebrospinal fluid (CSF) of preterm babies with intraventricular hemorrhage (IVH). We assume that Hb aggregates similarly to that of other protein aggregates such as -amyloid trigger NLRP3 inflammasome activation.
Our experiments will answer whether (i) these oxidized Hb forms induce NLRP3 inflammasome activation in monocytes/macrophages. We will explore other (ii) non-immune cellular targets of Hb aggregates in the kidney and in the central nervous system. We will study whether (iii) activation of NLRP3 inflammasome is critical in the oxidized Hb-mediated immune response. By analyzing post-IVH CSF samples we will see (iv) whether levels of oxidized Hb forms and inflammatory cytokines correlate. We will address whether (v) oxidized Hb-mediated activation of the NLRP3 inflammasome is involved in the development of malaria-induced acute kidney injury (AKI). We will answer whether (vi) ferritin – via sequestering redox active iron and attenuating the formation of reactive oxygen species – inhibits NLRP3 inflammasome activation and thus (vii) provide protection against malaria-induced AKI.
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.
Whether oxidation of Hb leading to the formation of high-valence heme/iron compounds occurs in vivo was a subject of debate until recently. Nowadays many studies address the chemical mechanism of Hb oxidation and in particularly the formation of FerrylHb. In contrast, the pathophysiological role of these oxidized Hb forms remained mostly undiscovered.
Under this project we are aiming to examine the pro-inflammatory actions of oxidized Hb forms. Using in vitro models we will explore cellular targets of oxidized Hb forms. We will also examine the role of oxidized Hb-mediated activation of NLRP3 inflammasome in two distinct pathologies in (i) intraventricular hemorrhage (IVH) that is a sterile inflammatory condition and in (ii) malaria-induced acute kidney injury (AKI) that is a good model of pathogen-initiated hemolysis. We choose these models because we have detected high amounts of Hb aggregates in cerebrospinal fluid obtained post-IVH, and urine of malaria-infected mice.
Malaria, the disease caused by Plasmodium infection, is endemic to poverty in underdeveloped countries, but because of climate change, recently it is becoming more common in South-Europe. Plasmodium falciparum, the main infectious Plasmodium species can trigger the development of severe malaria, targeting the nervous, respiratory and/or renal systems. Non-immune adults, when travelling to endemic areas are at high risk of developing renal failure (30-40%) following Plasmodium falciparum infection.
IVH in preterm infants continues to be a major clinical problem, occurring in about 15% to 20% of very preterm infants and associates with high neonatal mortality. More than 50% of surviving infants develop post-hemorrhagic ventricular dilatation and many develop severe neurological impairment, mainly cerebral palsy and intellectual disability. To date, no therapy is known to prevent infants from IVH-induced neurological impairment.
Better understanding of oxidized Hb-mediated pathological events and mechanisms might help us to identify novel therapeutic targets and to develop new therapeutic strategies to fight with these devastating diseases. The obtained results might be translatable to other pathologies associated with hemolysis/hemorrhage.
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.
Tissue injury or cell death lead to the release of intracellular damage-associated molecular patterns (DAMPs) that trigger inflammation via the activation of innate immune receptors.
In normal conditions hemoglobin (Hb), the protein essential for oxygen transport, is inside red blood cells (RBC). Many factors can trigger the breakdown of the RBC, when Hb is released. Once outside RBC, Hb loses its ability to deliver oxygen. Moreover, extracellular Hb can undergo oxidation and we strongly believe that oxidized Hb forms, especially Hb aggregates act as DAMPs and trigger inflammation. We observed the presence of oxidized Hb in different diseases. For example malaria and intraventricular hemorrhage (IVH) - that is bleeding into the fluid-filled areas (ventricles) inside the brain - are diseases associated with such Hb oxidation. The aim of our studies is to investigate whether these oxidized Hb forms are DAMPs that trigger inflammation and that this event plays a role in the pathomechanism of these diseases. Better understanding of oxidized Hb-mediated pathological events and mechanisms might help us to identify novel therapeutic targets and to develop new therapeutic strategies to fight with these devastating diseases.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Nyakundi BB, Tóth A, Balogh E, Nagy B, Erdei J, Ryffel B, Paragh G, Cordero MD, Jeney V.: Oxidized hemoglobin forms contribute to NLRP3 inflammasome-driven IL-1β production upon intravascular hemolysis., Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2019 Feb 1;1865(2):464-475. doi: 10.1016/j.bbadis.2018.10.030. Epub 2018 Oct 30., 2019 | | Ramos S, Carlos AR, Sundaram B, Jeney V, Ribeiro A, Gozzelino R, Bank C, Gjini E, Braza F, Martins R, Ademolue TW, Blankenhaus B, Gouveia Z, Faísca P, Trujillo D, Cardoso S, Rebelo S, Del Barrio L, Zarjou A, Bolisetty S, Agarwal A, Soares MP.: Renal control of disease tolerance to malaria., Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Mar 19;116(12):5681-5686. doi: 10.1073/pnas.1822024116., 2019 | | Balogh E, Tóth A, Méhes G, Trencsényi G, Paragh G, Jeney V.: Hypoxia Triggers Osteochondrogenic Differentiation of Vascular Smooth Muscle Cells in an HIF-1 (Hypoxia-Inducible Factor 1)-Dependent and Reactive Oxygen Species-Dependent Manner., Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2019 Jun;39(6):1088-1099. doi: 10.1161/ATVBAHA.119.312509., 2019 | | Enikő Balogh, Emese Tolnai, Béla Nagy Jr, Béla Nagy, György Balla, József Balla, Viktória Jeney: Iron overload inhibits osteogenic commitment and differentiation of mesenchymal stem cells via the induction of ferritin, Biochim Biophys Acta. 2016 Sep;1862(9):1640-9. doi: 10.1016/j.bbadis.2016.06.003., 2016 | | Balogh E, Tóth A, Tolnai E, Bodó T, Bányai E, Szabó DJ, Petrovski G, Jeney V: Osteogenic differentiation of human lens epithelial cells might contribute to lens calcification, Biochim Biophys Acta. 2016 Sep;1862(9):1724-31. doi: 10.1016/j.bbadis.2016.06.012., 2016 | | Balogh E, Paragh G, Jeney V.: Influence of Iron on Bone Homeostasis., Pharmaceuticals (Basel). 2018 Oct 18;11(4). pii: E107. doi: 10.3390/ph11040107., 2018 | | Váradi J, Hermenean A, Gesztelyi R, Jeney V, Balogh E, Majoros L, Malanga M, Fenyvesi É, Szente L, Bácskay I, Vecsernyés M, Fehér P, Ujhelyi Z, Vasvári G, Árvai I, Rusznyák Á, Balta C, Herman H, Fenyvesi F.: Pharmacokinetic Properties of Fluorescently Labelled Hydroxypropyl-Beta-Cyclodextrin., Biomolecules. 2019 Sep 20;9(10). pii: E509. doi: 10.3390/biom9100509., 2019 | | Viktória Jeney: Clinical Impact and Cellular Mechanisms of Iron Overload-Associated Bone Loss., Front Pharmacol., 2017 | | Potor L, Nagy P, Méhes G, Hendrik Z, Jeney V, Pethő D, Vasas A, Pálinkás Z, Balogh E, Gyetvai Á, Whiteman M, Torregrossa R, Wood ME, Olvasztó S, Nagy P, Balla G, Balla J.: Hydrogen Sulfide Abrogates Hemoglobin-Lipid Interaction in Atherosclerotic Lesion., Send to Oxid Med Cell Longev., 2018 | | Erdei J, Tóth A, Balogh E, Nyakundi BB, Bányai E, Ryffel B, Paragh G, Cordero MD, Jeney V.: Induction of NLRP3 Inflammasome Activation by Heme in Human Endothelial Cells., Oxid Med Cell Longev., 2018 | | Viktória Jeney: Pro-Inflammatory Actions of Red Blood Cell-Derived DAMPs, Inflammasomes: Clinical and Therapeutic Implications, Springer, 2018 | | Enikő Balogh, Emese Tolnai, Béla Nagy Jr, Béla Nagy, György Balla, József Balla, Viktória Jeney: Iron overload inhibits osteogenic commitment and differentiation of mesenchymal stem cells via the induction of ferritin, Biochim Biophys Acta. 2016 Sep;1862(9):1640-9. doi: 10.1016/j.bbadis.2016.06.003., 2016 | | Balogh E, Tóth A, Tolnai E, Bodó T, Bányai E, Szabó DJ, Petrovski G, Jeney V: Osteogenic differentiation of human lens epithelial cells might contribute to lens calcification, Biochim Biophys Acta. 2016 Sep;1862(9):1724-31. doi: 10.1016/j.bbadis.2016.06.012., 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
