 |
Receptors and signaling pathways involved in the generation and effector functions of neutrophil-derived extracellular vesicles
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
119236 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Ligeti, Erzsébet |
| Title in Hungarian |
A neutrofil-eredetű extracelluláris vezikulumok keletkezésében és effektor funkcióiban résztvevő receptorok és szignalizációs utak |
| Title in English |
Receptors and signaling pathways involved in the generation and effector functions of neutrophil-derived extracellular vesicles |
| Keywords in Hungarian |
neutrofil granulociták, extracelluláris vezikulum, Fc-receptor, komplement receptor, fagocitózis, antibakteriális hatás |
| Keywords in English |
neutrophilic granulocyes, extracellular vesicles, Fc receptors, complement receptor, phagocytosis, antibacterial effect |
| Discipline |
| Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Dept. of Physiology (Semmelweis University) |
| Participants |
Bartos, Balázs Ádám
Iványi, Zsolt
Kittel, Ágnes
Kolonics, Ferenc Zoltán
Lőrincz, Márton Ákos
Szabó, Bálint Gergely
Szeifert, Viktória
Timár, Csaba István
Turiák, Lilla
Wisniewski, Éva
Zima, Endre István
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
44.074 |
| FTE (full time equivalent) |
15.71 |
| 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 neutrofil granulociták (PMN) kulcs szerepet játszanak a veleszületett immunitásban. A pathogén mikroorganizmusok nagy többségét felismerik és eltüntetésükre koncentrált támadást indítanak, azaz bekebelezik az idegen részecskét, majd egy zárt térben, a fagoszómában megölik és lebontják azt. Egy évtizeddel ezelőtt, a neutrofil extracellulárs csapdák (NET) felfedezése paradigma váltáshoz vezetett. Kimutatták, hogy neutrofilek DNS-ből, hisztonokból és neutrofil granulum proteinekből (mieloperoxidáz, elasztáz) álló extracelluláris háló kialakítását indítják el, amely a sejthalál egy speciális mechanizmusával, a „netosis” során keletkezik. A NET-ek képesek megkötni különböző mikroorganizmusokat, és meggátolni szétterjedésüket, időnként teljesen eliminálják is őket. A NET-ek felfedezése fényt derített arra, hogy PMN-ek az extracelluláris térben is képesek antibakteriális hatást kifejteni. A mi munkacsoportunk a közelmúltban felfedezte, hogy a PMN specifikus ingerlését követően a baktériumok aggregációjára és növekedésük gátlására képes extracelluláris vezikulumok (EV) keletkeznek. Mi tehát rávilágítottunk egy másik mechanizmusra, amely specifikus neutrofil-alkotórészek segítségével az extracelluláris térben fejt ki bakteriosztatikus hatást. A jelen kutatási terv fő célja az antibakteriális EVk keletkezésének és hatásának molekuláris szintű vizsgálata, a közreműködő receptorok és szignalizációs utak meghatározása, a lehetőségekhez képest nemcsak in vitro, hanem in vivo körülmények között is.
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 alapkérdése: milyen sejtbiológiai mechanizmusok határozzák meg a PMN-ek által termelt EV-k számát, molekuláris összetételét és élettani hatásait; milyen mértékben azonosak vagy eltérőek a receptorok és szignalizációs utak.
Három konkrét kérdéskörre koncentrálunk:
1. Mi az antibakteriális hatású PMN-EVk keletkezésének molekuláris mechanizmusa? Mely receptorok és szignalizációs utak játszanak szerepet a PMN alkotórészek irányított kiválogatásában az antibakteriális hatású EV-kbe? Szükséges-e fagocitózis az antibakteriális hatású PMN-EVk termeléséhez? Ezeket a kérdéseket párhuzamos kísérletekben egészséges humán donorok valamint gentikailag módosított egerek PMN-jein vizsgáljuk.
2. A PMN-EVk élettani hatásai és azok megoszlása a különböző típusú vezikulumok között. Milyen különbségek vannak az antibakteriális kapacitással rendelkező ill. nem rendelkező PMN-EVk között a felszíni struktúrákban? Milyen felszíni képletek határozzák meg az antibakteriális EV és a baktérium közötti aggregációt ill. a PMN-EV felvételét más leukocytákba? Milyen szerepet játszik a PMN-EV-kben a citoszkeleton és a szignalizáció az effektor funkciók kialakításában ill. fenntartásában?
3. Milyen tényezők határozzák meg a PMN-EVk keletkezését a szervezeten belül? Hasonló a termelésük patogén-asszociált ill. veszély szignálok hatására különböző etiológiájú kritikusan beteg (szepszis közeli) egyénekben? A szervezeten belül termelt PMN-EVk hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az in vitro körülmények között generáltak, rendelkeznek-e anti-mikrobiális hatással?
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 javasolt kísérleti tervnek mind immunsejtbiológiai, mind általánosabb orvosi jelentősége van.
Sejtbiológiai szempontból jelentős, hogy azonos primer sejtből származó különböző vezikula-típusok keletkezési mechanizmusát kívánjuk tisztázni. Meghatározzuk a receptorokat és a fő szignalizációs utakat, amelyek közreműködnek specifikus sejtösszetevők eljuttatásában az antibakteriális képességgel rendelkező EV-kbe. Meghatározzuk a sejtfelszíni molekulák különbségeit valamint az élettani funkciók megoszlását az általunk eddig jellemzett eltérő PMN-EV populációk között. Ezek a vizsgálatok innovativak és jelentősek, mert jelenleg a nagyobb méretű EVk (amelyeket mikrovezikulumnak, mikropartikulumnak és ectosomának is neveznek) keletkezési mechanizmusa ismeretlen. A kisebb méretű EVk (exoszomák) a multivezikuláris testekből kerülnek leadásra, és a folyamat néhány kulcs molekuláját (Rab27, ESCRT fehérjék) már leírták. Ezzel szemben eddig egyetlen, a mikrovezikula-méretű EVk keletkezésében specifikus szerepet játszó molekula sem ismert. Munkacsoportunknak megvan tehát a lehetősége, hogy elsőként azonosítson konkrét szignalizációs utakat a PMN-EVk keletkezési mechanizmusában. További lehetőség rejlik a különböző PMN-EV típusok funkcionális eltérésének vizsgálatában. Azonos sejtből különböző körülmények között keletkező EVk eltérő összetételére van példa más sejttípusok esetében is. De azok a vizsgálatok nem tudták ezeket a különbségeket működésbeli változásokkal kapcsolatba hozni. Ebben a vonatkozásban is képesek lehetünk az első lényeges ismereteket felderíteni.
Kutatásaink orvosi jelentőségét különböző betegek PMN-EV populációján tervezett vizsgálatok adják, amelyek lehetővé teszik a szervezetben a patogén-asszociált ill. egyéb veszély szignálok szerepének megítélését. Ezzel eredeti ismereteket nyerhetünk a PMN-EVk lehetséges patológiai szerepéről és esetleg új diagnosztikai markert tudunk javasolni.
Hazai és nemzetközi versenytársainkkal szemben a jelen pályázat erőssége a konkrét közreműködő molekulák meghatározásának igénye, ami később a folyamatok célzott módosítását (a szükségletnek megfelelően serkentését vagy gátlását) is lehetővé teszi.
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 emberi (és más gerinces) szervezetek a mikroorganizmusok erdejében él. Ezek jelen vannak a levegőben és vizekben, a bőrünkön és a béltraktusunkban. Ezen mikroorganizmusok egy része károsíthatja az emberi szervezetet. Az egészséges állapot fenntartásában elengedhetetlen az immun rendszer jól szervezett és komplex tevékenysége, amely megfelelő egyensúlyt tart a gazda és a patogén szervezet között. Ebben az immun mechanizmusban fontos szerepet játszanak a neutrofil granulociták (PMN), a leggyakrabban előforduló fehérvérsejtek, amelyek képesek a vérpályát elhagyni és az egész szervezetet pásztázni. Az idegen behatolóval történő találkozást követően a PMN bekebelezi az idegen részecskét, és egy elzárt térben, a fagoszómában megöli majd lebontja azt. Kutatócsoportunk a közelmúltban felfedezte, hogy a PMN képes kis, lefűződő hólyagot (extracelluláris vezikula, EV) képezni, amelyek bizonyos körülmények között gátolják a baktériumok szaporodását. Tehát a jól ismert, intracelluláris baktériumölési mechanizmus mellett a PMN távolsági harcra is képez elemeket. A közelmúltban derült ki, hogy az EVk igen fontos információ-átadó szerepet játszanak a szervezet sejtjei között. A javasolt kísérleti program célja a PMN-eredetű EVk keletkezésének és tulajdonságainak részletes vizsgálata. Új adatokat akarunk nyerni az általunk korábban jellemzett eltérő PMN-EV populációk keletkezésének és élettani funkcióinak különbségeiről. Klinikusokkal együttműködve meg akarjuk ismerni a szervezeten belül keletkező PMN-EVk funkcionális képességeit, hogy megítélhessük jelentőségüket a szervezet és a patogén mikroorganizmus közötti állandó harcban.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Neutrophilic granulocytes (PMN) play a key role in innate immunity. They recognize a large variety of potentially pathogenic microorganisms and organize a concerted attack for their elimination by engulfing the foreign particles followed by killing and degradation within the phagosome. A paradigm shift occurred when neutrophil extracellular traps (NETs) have been discovered a decade ago. It was shown that neutrophils are able to initiate the formation of large extracellular network composed of DNA, histone and granule proteins such as myeloperoxidase or elastase released from neutrophils by a specialized cellular mechanism, called "netosis". NETs are able to trap microorganisms and prevent their dissemination, occasionally also eliminate them. The discovery of the NETs revealed that neutrophils participate in the battle against various microorganisms also in the extracellular space, through extrusion of specific components. Our research team has recently discovered that extracellular vesicles (EV) released from neutrophils upon specific stimulation are able to aggregate bacteria and impair their growth. We have thus revealed another mechanism of extracellular bacteriostasis by specific neutrophil components. The main goal of the present project is to gain insight into the molecular mechanism of generation and effector functions of antibacterial EVs and determine the receptors and signaling pathways involved not only under in vitro conditions, but also in the human organism.
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 basic problem of this research proposal is: what are the molecular mechanisms that determine the number, molecular composition and physiological effect of PMN-derived EVs, i.e. which receptors and signaling pathways are involved in EV cargo editing?
We will concentrate on three specific questions.
1. What is the molecular mechanism of generation of antibacterial PMN-EVs? Which receptors and signaling pathways are involved in triggering the specific sorting of PMN constituents into the antibacterial but not in other types of PMN-EVs? Is phagocytosis required for production of PMN-EVs with antibacterial capacity? These questions will be approached parallelly on PMN from human donors and genetically modified mice.
2. Mechanism and distribution of physiological functions. What is the difference in surface constituents of different types (with or without antibacterial capacity) of PMN-EVs? Which surface properties have a decisive role in aggregation between antibacterial EVs and bacteria or in uptake of PMN-EVs into different leukocytes. What is the role of cytosceletal elements and signalisation in effector functions of PMN-EVs?
3. Which factors/signals determine the generation of PMN-EVs in vivo? Are they similarly initiated by pathogen-associated and danger signals in different types of critically ill patient? Do the in vivo produced PMN-EVs possess similar capacities as in vitro generated PMN-EVs, do they exert anti-microbial effects?
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 proposed research has both immune cell biological and potential broader medical significance.
At the cell biology level we propose to clarify the cellular mechanism of formation of different vesicle types from the same primary cell. We will determine the receptors and key signaling elements directing the specific sorting of cell constituents that confer antibacterial capacity to one type of PMN-EVs. We will also determine the differences in cell surface constituents and the distribution of physiological functions between different types of PMN-EVs. These investigations are innovative and significant because presently the mechanism of formation of the larger size EVs (also called microparticles, microvesicles or ectosomes) is unknown. The smaller sized EVs (exosomes) are released from multivesicle bodies and the role of several molecules (Rab27, ESCRT proteins) has already been investigated. In contrast, no specific molecules have been shown to be involved in formation of microvesicle-sized EVs which are presumed to shed or bud from the cell surface. Our group has the potential to provide the first data on well-defined molecular pathway(s) involved in generation of specific microvesicle-sized EVs. Furthermore, differences in the composition of EVs issued from the same cell under different conditions have been published also in case of other cell types. However, no relation to functional differences has been revealed yet. We may be able to acquire the first data also in this respect.
The medical significance of our research lies in the planned investigation of PMN-EVs in patients. This study will allow us to assess the role of pathogen associated and other danger signals in PMN-EV generation. We will get insight into the pathological role of PMN-EVs and perhaps we will be able to propose a new diagnostic marker.
The strength of this proposal – as compared to our national and international competitors – is the goal to determine and identify definitive molecules in definitive functions. Only the detailed molecular knowledge will allow in the future to modify the process: support or impair it as needed.
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.
The human (and other vertebrate) organisms live in a world of microorganisms, which are present in the air and water, on our skin and in our gut. Part of these microorganisms has pathogenic potency for the human body. The healthy state is only possible due to the well-organized and complex activity of the immune system that keeps a „healthy” balance between the host and the pathogens. Part of this immune mechanism is provided by the neutrophilic granulocytes (PMN), the most abundant type of white blood cells that are able to leave the blood stream and screen the entire body for invaders. It is known that upon encounter, PMN engulf the microorganism and kill and degrade it in a closed space, the phagosome. Our research team discovered recently that PMN are also able to form small vesicles that are released from the cell and under certain conditions are able to impair bacterial growth. Thus in addition to the well-known, intracellular mechanism, PMN also generate particles prepared for long-distance combat. Recently these particles – named extracellular vesicles (EV) – have been discovered to represent important information-transfer elements between different cells of the body. The details of the formation and functional properties of the EVs generated from PMN is the subject of the proposed exprerimental project. We want to gain new data on the diversity of generation and physiological functions of different PMN-EV populations described earlier by our research team. In collaboration with clinicians we want to determine the similarity or difference of PMN-EVs generated inside or outside of the human body and to decide their role in the constant host-pathogen battle.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Lőrincz ÁM, Szeifert V, Bartos B, Ligeti E: New flow cytometry-based method for the assessment of the antibacterial effect of immune cells and subcellular particles., J Leukoc Biol. 2018 May;103(5):955-963, 2018 | | Á.M. Lőrincz, B. Bartos, D. Szombath, D. Veres, Á. Kittel, A. Mócsai, E. Ligeti: The integrin Mac1/CR3 plays central role in production and cargo editing of EVs issued from neutrophilic granulocytes, Journal of Extracellular Vesicles, Vol 7, S 1, E OF10.04, 2018 | | Ferenc Kolonics, Á.M. Lőrincz, V. Farkas, Á. Farkas, Erzsébet Ligeti: Biologically counteractive extracellular vesicles are produced by neutrophilic granulocytes under different conditions, Journal of Extracellular Vesicles, Vol 7, S 1, PF04, 2018 | | Viktória Szeifert, Ákos Lőrincz, Balázs Bartos, Erzsébet Ligeti: TNF-α and opsonized particles stimulate different type of extracellular vesicle production from neutrophilic granulocyte, Journal of Extracellular Vesicles, Vol 7, S 1, PF04.20, 2018 | | Erzsébet Ligeti, Ákos Lőrincz, Balázs Bartos, Dávid Szombath, Attila Mócsai, Dániel Veres, Lilla Turiák, László Drahos, Ágnes Kittel: Distinct molecular pathways in biogenesis of different types of extracellular vesicles from neutrophilic granulocytes, Immunológiai Szemle, X. évf, 3. p. 17, 2018 | | Ferenc Kolonics, Ákos Lorincz, Veronika Farkas, Ádám Farkas, Erzsébet Ligeti: Neutrophilic granulocytes release functionally different subsets of extracellular vesicles, Immunológiai Szemle, X. évf, 3, p. 37, 2018 | | Ákos M.Lőrincz1, Balázs Bartos1, Dávid Szombath1, Viktória Szeifert1, Csaba I. Timár1, Lilla Turiák2, László Drahos2, Ágnes Kittel3, Dániel S. Veres4, Ferenc Kolonics1, Attila Mócsai1, Erzsébet Ligeti1: Role of Mac-1 integrin in generation of extracellular vesicles with antibacterial capacity from neutrophilic granulocytes, Journal of Extracellular Vesicles Dec 9;9(1):1698889, 2019 | | Ákos M. Lőrincz1, Viktória Szeifert1, Balázs Bartos1, Dávid Szombath1, Attila Mócsai1, Erzsébet Ligeti1: Different Calcium and Src Family Kinase Signalling in Mac-1 Dependent Phagocytosis and Extracellular Vesicle Generation, Frontiers in Immunology 10:2942-53, 2019 | | Ferenc Zoltán Kolonics, Ákos Lőrincz, Veronika Farks, Ádám Farkas, Erzsébet Ligeti: Differential regulation of biological functions by neutrophilic granulocyte derived extracellular vesicles, European Journal of Clinical Investigation, 49. S1, p.141., 2019 | | Ákos M.Lőrincz1, Balázs Bartos1, Dávid Szombath1, Viktória Szeifert1, Csaba I. Timár1, Lilla Turiák2, László Drahos2, Ágnes Kittel3, Dániel S. Veres4, Ferenc Kolonics1, Attila Mócsai1, Erzsébet Ligeti1: Role of Mac-1 integrin in generation of extracellular vesicles with antibacterial capacity from neutrophilic granulocytes, Journal of Extracellular Vesicles Dec 9;9(1):1698889, 2019 | | Ákos M. Lőrincz1, Viktória Szeifert1, Balázs Bartos1, Dávid Szombath1, Attila Mócsai1, Erzsébet Ligeti1: Different Calcium and Src Family Kinase Signalling in Mac-1 Dependent Phagocytosis and Extracellular Vesicle Generation, Frontiers in Immunology 10:2942-53, 2019 | | Kolonics Ferenc, Kajdácsi Erika, Farkas Veronika J, Veres Dániel S, Khamari Delaram, Kittel Ágnes, Merchant Michael L, McLeish Kenneth R, Lőrincz Ákos M, Ligeti Erzsébet: Neutrophils produce proinflammatory or anti-inflammatory extracellular vesicles depending on the environmental conditions., JOURNAL OF LEUKOCYTE BIOLOGY 2021, 109, 793-806., 2021 | | Shopova Iordana A, Belyaev Ivan, Dasari Prasad, Jahreis Susanne, Stroe Maria C, Cseresnyés Zoltán, Zimmermann Ann-Kathrin, Medyukhina Anna, Svensson Carl-Magnus, Krüger Thomas, Szeifert Viktòria, Nietzsche Sandor, Conrad Theresia, Blango Matthew G, Kniemeyer Olaf, von Lilienfeld-Toal Marie, Zipfel Peter F, Ligeti Erzsébet, Figge Marc Thilo, Brakhage Axel A: Human Neutrophils Produce Antifungal Extracellular Vesicles against Aspergillus fumigatus., MBIO 11: (2) 00596, 2020 | | F. Kolonics, V. Szeifert, Cs.I. Timár, E. Ligeti and Á.M. Lőrincz: The Functional Heterogeneity of Neutrophil-Derived Extracellular Vesicles Reflects the Status of the Parent Cell, Cells 9, 2718, doi:10.3390/cells9122718, 2020 | | Szeifert V, Kolonics F, Bartos B, Khamari D, Vági P, Barna L, Ligeti E, Lőrincz ÁM.: Mac-1 Receptor Clustering Initiates Production of Pro-Inflammatory, Antibacterial Extracellular Vesicles From Neutrophils., Frontiers in Immunology 12:671995. doi: 10.3389/fimmu.2021.671995. eCollection 2021., 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
