Role of certain microRNA species in retinal development and disease models  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
119289
Type K
Principal investigator Gábriel, Róbert
Title in Hungarian Egyes mikroRNS-ek szerepe a retina fejlődésében és retinabetegségek állatkísérletes modelljeiben
Title in English Role of certain microRNA species in retinal development and disease models
Keywords in Hungarian retina, mikroRNS, amakrin sejtek, dúcsejtek, fotoreceptorok, bipoláris sejtek, szinaptikus proteinek
Keywords in English retina, microRNA, amacrine cells, ganglion cells, photoreceptors, bipolar cells, synaptic proteins
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Neurobiology
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Experimental Zoology and Neurobiology (University of Pécs)
Participants Dénes, Viktória
Kovács-Valasek, Andrea
Mester, Adrienn
Pöstyéni, Etelka
Subovicz, Rovéna
Wilhelm, Márta Marianna
Starting date 2016-11-01
Closing date 2021-10-31
Funding (in million HUF) 47.920
FTE (full time equivalent) 8.69
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 retina alakítja át a külvilágból érkező fényingereket elektromos jelekké és továbbítja azokat a magasabbrendű idegi központok felé. Modellünkben, a patkány retinában a születés utáni 5. és 10. nap közötti periódus kritikus, mert ekkor fejeződik be a sejtosztódás, véglegesítődik a szövettani rétegek kialakulása és kezdődik meg a szinaptogenezis. Ugyanakkor a retina patológiás eredetű degenerációs folyamataiban először a szinapszisok szétesése jelentkezik tünetként, majd ezt követi a sejtpusztulás és a szöveti szerkezet dezintegrációja. Az elmúlt 10 évben világossá vált, hogy a mikroRNS-ek az idegsejtekben is jelentős szerepet játszanak számos alapvető biológiai folyamatban, többek között a fejlődésben és a degeneratív sejtpusztulásban. Munkánk során olyan mikroRNS-ek vizsgálatát tűzzük ki célul, melyek bizonyítottan szerepet játszanak ezen folyamatokban (miR-9 és miR-23: fejlődés; miR-195: diabéteszes retinopátia; miR-43: excitotoxikus retinális sejtkárosodás). Kvantitatív PCR, új generációs szekvenálás és fluoreszcens in situ hibridizáció segítségével követjük a fent nevezett mikroRNS-ek megjelenését, mennyiségének változását. A megfelelő mikroRNS antagonisták (antagomirek) segítségével megpróbáljuk befolyásolni az említett folyamatok ismert menetét. A fluoreszcens in situ hibridizációt immuncitokémiai eljárásokkal kombináljuk, hogy megállapíthassuk, mely sejtek azonosíthatók kulcselemként a fejlődési, illetve degenerációs folyamatokban, illetve ezek milyen sorrendben esnek át változásokon. Végső fokon azt is tesztelni kívánjuk, hogy a megfelelő mikroRNS populációk manipulálása önmagában is képes-e egyes fejlődési, illetve degenerációs folyamatok kontrollálására.

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.
Irodalmi adatok és saját előzetes eredmények alapján a következő kérdések vizsgálatát tervezzük:
(i) Vajon egyes mikroRNS-ek (miR-9 és miR-23) jelen vannak-e és milyen mennyiségben a korai posztnatális fejlődésben (P5 és P10 között)? Hogyan változik a mennyiségük? Mi lehet a szerepük egy adott sejttípus neurokémiai identitásának meghatározásában?
(II) Képesek vagyunk-e bizonyos mikroRNS-eket (miR-195 és miR-34) indukálni és milyen mennyiségben, a kísérletes retinopátiák (indukált diabétszes retinopátia és zöldhályog-szerű excitotoxikus retinakárosodás során? Mi ezeknek a mikroRNS-eknek a lehetséges szerepe a szinaptikus integritás szétesésében?
Az (i) kérdéshez kapcsolódó célkitűzések a következőkben fogalmazhatók meg: (a) azonosítsuk, lokalizáljuk sejttípushoz és határozzuk meg mennyiségileg a miR-9-et és a miR-23-at a korai posztnatális fejlődés során; vizsgáljuk meg, hogyan függ ezen miR-ektől a szöveti mintázat kialakulása és az egyes sejtek neurokémiai kódrendszerének fejlődése és kövessük nyomon a mikroRNS antagonisták (antagomirek) hatását a szöveti mintázat kialakulására és a szinaptogenezisre.
A (II)-ben feltett kérdések tekintetében kimutatjuk és meghatározzuk a miR-195-öt és a miR-34-et felnőtt állatokban a fent leírt két kísérletes betegségmodell esetében; (b) megvizsgáljuk, hogy a miR-ek adagolásával előidézhetőek-e a fenti betegségek tünetei; (c) meghatározzuk azokat a sejttípusokat, amelyekben a fenti miR-ek felhalmozódnak és (d) megvizsgáljuk, hogy ezek a miR-ek mely szinaptikus proteinek regulációjában vesznek részt.

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 kutatás sikeres végrehajtása esetén közelebb jutunk annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy mi a mikroRNS-ek általános szerepe a szabályozási folyamatokban, illetve ezen belül is a fejlődésben és a sejtpusztulásban. Megérthetjük továbbá, hogy miért lehetnek képesek egyes mikroRNS-ek több folyamat szabályozásában is részt venni. Választ kaphatunk arra is, hogy a mikroRNS-ek szabályozási folyamatai sejttípus-specifikusak a retinában. A degenerációs folyamatok szabályozása kapcsán információt szerezhetünk arra vonatkozóan, hogy a mikroRNS-ek önmagukban képesek-e kórfolyamatok indukálására, avagy megjelenésük csak következmény az ok-okozati összefüggési hálóban. Kiderülhet továbbá, hogy az egyes betegségekben megjelenésük egyértelmű indikációja-e egy adott kórfolyamat beindulásának, mert ha igen, akkor diagnosztizálási célra felhasználhatók lesznek. Az ilyen és ehhez hasonló egyedi eredmények alapján lesznek megtervezhetők olyan mikroRNS array-ek, amik szerv- és kórképspecifikusan a jelenleginél rövidebb idő alatt pontosabb diagnózisok megalkotását teszik lehetővé, a jelenleginél olcsóbban.
Tudomásunk szerint ilyen részletességű és ennyire célzott mikroRNS vizsgálatot még nem végeztek retinaszöveten, ezért, különösen ha a pályázat keretein belül célul kitűzött módszerfejlesztés sikeres lesz, lépéselőnybe kerülünk a nemzetközi mezőnyben. Hasonló jellegű kutatást idehaza jelenleg más laboratóriumban nem folytatnak tudomásunk szerint. Hasonló jellegű kutatást idehaza jelenleg más laboratóriumban nem folytatnak tudomásunk szerint. Pontosan ez a módszertani fejlesztés és a magas színvonalú mögöttes mikroszkópos technológia adja meg a pályázat egyediségét és erősségét.

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 állatok illetve az ember legfontosabb érzékelési folyamata a látás. Fényfelfogó szervünk a retina (ideghártya), amely a fényingereket elektromos jelekké alakítja és továbbítja a magasabbrendű idegi központok felé. A retina fejlődésének nemkívánatos változásai, illetve az idős korban létrejövő betegségek megzavarják a normális látásérzet kialakulását. Az utóbbi 10 évben világossá vált, hogy a biológiai információ-áramlás középső fázisát jelentő mRNS molekulák érésük soirán olyan változásokon mennek keresztül, amelyek egy másik RNS-nek, a mikroRNS-ek a szabályozása alatt áll. Munkánk során olyan mikroRNS-ek vizsgálatát célozzuk, melyek bizonyítottan szerepet játszanak a retina fejlődési és betegség-indukálta sejtpusztulási folyamataiban. Vizsgálatainkat patkány retinában egyrészt a születés utáni 5. és 10. nap közötti kritikus fejlődési periódusban, illetve felnőtt egyedeken kísérletesen létrehozott betegségmodelleken (cukorbetegség eredetű retinakárosodás, illetve zöldhályog betegség-szerű idegsejtpusztulás) végezzük. Elemezzük, hogy az adott mikroRNS-ek a fent említett folyamatokat képesek-e befolyásolni. Három független módszer segítségével kimutatjuk a mikroRNS-ek megjelenését, mennyiségének változását. A megfelelő mikroRNS gátlók (antagomirek) segítségével befolyásoljuk az említett folyamatok menetét. Két módszer újszerű kombinálásával megállapítjuk, hogy mely sejtek azonosíthatók kulcselemként a fejlődési, illetve sejtpusztulási folyamatokban, és hogy ezek milyen sorrendben esnek át változásokon. Végső célunk annak megállapítása, hogy a megfelelő mikroRNS populációk önmagukban is képes-e egyes fejlődési, illetve sejtpusztulási folyamatok irányítására.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Retina conveys the light information into electrical signals and transmits it to the higher order structures of the central nervous system. In our model system, the rat retina, there is a critical developmental period between postnatal day 5 and 10, because at this point cell division is terminated, lamination is finalized and synaptogenezis takes a start. On a parallel note, disease induced degenerative processes happen oppositely; first synapses disintegrate followed by cell death and tissue damage. In the past decade it became increasingly clear that microRNAs may play a key role in many basic biological processes, including nerve cell development and degeneration. In the present proposal we set aout to examine those microRNA species which certainly play a role in the above-mentioned processes (development: miR-9 és miR-23; diabetic retinopaty: miR-195; excitotoxic retinal damage: miR-43). By using qPCR, next generation sequencing and fluorescent in situ hybridization we shall follow the appearance and quantity of the micoRNAs mentioned above. MicroRNA antagonists (antagomirs) will be applied to influence the biological processes in the above mentioned conditions. We shall develop a combined fluorescent in situ hybridization/ immunocytochemistry method in order to determine which cells are the key elements in development and degeneration. Further, the timeline of these processes will also be determined. By employing these techniques we wish to test whether manipultaion of the microRNA populations ALONE is sufficient to influence developmental and degenerative processes.

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.
Based on literary data and preliminary observation, we have formulated the following questions:
(i) Are certain microRNAs (miR-9 and miR-23) and in what quantity present during early postnatal development (P5-10), and how their quantity changes during this period? What is their potential role in establishing a defined neurochemical identity of a cell?
(ii)Are we able to induce certain specific miRs (miR-195 and miR-34) and in what quantity during the course of experimental retinopathies (induced DR and excitotoxic retinal damage (ERD)), and what is their possible role in disruption of synaptic integrity?
Our specific aims in (i) are: (a) to detect and localize miR-9 and miR-23 during early postnatal development to specific cell types; (b)to see if these miRs participate in pattern formation, neurochemical signature establsihment and synaptogenesis and (c) investigate the effects of antagomirs in retinal pattern formation and synaptogenesis.
Our specific aims in (ii) are: (a) detection of miR-195 and miR-34 in adult animals in the course of DR and ERD, respectively; (b)to see if we are able to inducte the symptoms with miR administration; (c) to localize the above miRs to neurochemically identified retinal cell types and (d) to identify potential synaptic protein targets of miR regulation in the retina.

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.
After succesfull execution of the research program we shall understand better the general role of microRNA-s in regulatory processes in general, and further, what is their specific contribution to organ development and cell death. We may be able to have a grasp on the role of individual microRNA species, and how their able to regulate multiple processes. Most specifically we shall be able to tell if microRNA-s execute cell type-specific regulation in the retina or not. Through the study of degenerative processes we may be able to conclude if microRNA-s per se are able to induce or suppress pathological processes, or their appearance is only a consequence of the upstream regulatory mechanisms. It may also be possible to tell if their appearance is an unequivocal indicator of a given pathological process. If yes, then they may become targets in developing diagnostic tools. Based on our result and similar results of other research groups such microRNA arrays can be planned and developed, which are specific to tissue types and the patholgical process at the same time. This may result in faster, more accurate and cheaper diagnosis of certain diseases.
To our knowledge, such focused and targeted microRNA project is not under way on retinal tissue. Therefore, given that the planned method development will be succesfull, we shall be running in front of our international competitors. To our knowledge, this kind of research with similar aim and technology is not under way anywhere in Hungary. This innovative methodology and the high-tech microscopic facilities in the background will give the strength and the individual flavour to this research project.

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 main sensory input to the animal and human nervous system comes through vision. The retina converts light information into electrical signals and forward them to the higher centers of the central nervous system. The unwanted changes in retina development and the degenerative disorders in older ages mask or block acute vision. In the last decade it has become clear that mRNA molecules that are involved in the biological information chain can be regulated during their maturation by an other class of RNA molecules, the so-called microRNAs. In this proposal we wish to examine those microRNA species which have been proven to to participate in retinal developmental processes or degenerative disorders. We shall study the critical developmental period of rat retina between postnatal days 5 and 10; also we induce disease models (diabetic retinpathy and glaucoma-like symptoms weith neural degeneration in adult animals. We shall analyse the microRNAs during these conditions if they are capable of influencing these processes By using three independent methods we shall identify and quantify the microRNAs. After administering microRNA antagonist (antagomirs) we attempt to modify these well-known processes. With a novel combination of two methods we identify the cell types that are the key elements in the developmental and the neurodegenerative processes. The timing and order of these processes are also of interest. Our ultimate goal is to determine whether the given individual microRNA types per se are capable to regulate certain developmental or degenerative processes, or further other factors are also needed and involved.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A jelen kutatásban kisméretű RNS (mikroRNS) molekulák szerepét vizsgáltuk a retina születés utáni fejlődésének első három hetében. Két kiválasztott mikro RNS-ünk a mir-9 és a mir-23 volt. Ezen molekulák megjelenését három módszerrel követtük: új generációs szekvenálással, kvatitatív polimeráz láncreakcióval és egy általunk újonnan kifejlesztett, magas érzékenységű mikroRNS hibridizációs módszerrel, ami szöveti környezetben is lehetővé teszi ezen molekulák kimutatását. A három módszerrel kapott eredmények jól megegyeztek. Megállapítottuk, hogy a mir-9 megjelenése két csúcsot mutat a vizsgált periódusban: a 3. és a 10. napon, míg a mir-23 egy csúcsot képez a 15. napon. A mir-9 szerepe két, a retinában is azonosított molekula (syt-17 és Onecut2) szintézisének szabályozásában rejlik, melyek az idegsejtek közötti kapcsolatok kialakításának fontos szereplői. A mitr-23 pedig az retinában is kiemelkedően fontos gátló idegingerület-átvivő anyag, a gamma-aminovajsav szintézisét végző egyik enzim, a glutaminsav-dekarboxiláz 67 kda-os változatának a fő szabályozó mikroRNS-e. Mindkét általunk vizsgált mikroRNS fajta időbeli megjelenése részleges jelentős, bár nem teljes átfedést mutat a célfehérjéik kifejeződésével, így mindketten jelentős szereplői a retina végleges idegsejthálózatának, illetve annak működésének kialakításában.
Results in English
During the execution of our research proposal we have been investigating the role of small RNA molecules (microRNAs)in the first three weaks of postnatal retinal development. Two microRNAs were chosen for this purpose: mir-9 and mir-23. We followed the appearance of these molecules with three different methods: (i) next generation sequencing, (quatitative polomerase chain reaction and a newly developed technique of ours, micro RNA in situ hybridisation which allows the specific detection of micrRNS in the tissue environment with high sensitivity.The results obtained with these three technologies are quite congruent. We were abée to establish that appearance of mir-9 produced twopeaks in this period; one at day 3 and another one at day 10, while mir23 peaked only once at day 15. The role of mir-9 is to regulate the synthesis of two protein molecules, ifdentified in the retina (syt-17 és Onecut2). These proteins help to form the synaptic connections between nerve cells. At the same time, mir-23 regulates glutamic acid decarboxylase (67 kDa isoform) expression which is a key molecule of the synthesis of gamma-aminobutyric acid, the main inhibitory transmitter of the retinal circuit. Both microRNAs show a substantial but not full, overlap in time with protein their targets . Thus both can be important players in establishing the final synaptic circuit and functioning of the retina.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=119289
Decision
Yes





 

List of publications

  
Pöstyéni E, Kovács-Valasek A, Dénes V, Mester A, Sétáló, G, Gábriel R: PACAP for retinal health: model for cellular aging and rescue, International Journal of Molecular Sciences 22, 444, 2021
Pöstyéni E, Kovács-Valasek A, Urbán P, Czuni L, Sétáló G, Fekete C, Gábriel R: Profile of miR-23 expression and possible role in regulation of glutamic acid decarboxylase during postnatal retinal development, International Journal of Molecular Sciences 22, 7078, 2021
Kovács-Valasek A, Pöstyéni E, Dénes V, Mester A, Sétáló G, Gábriel R: Age-related alterations of preteins in albino Wistar rat retina, Cells, Tissues, Organs 210, 135-150, 2021
Tékus V, Horváth ÁI, Csekő K, Szabadfi K, Kovács-Valasek A, Dányádi B, Deres L, Halmosi R, Sághy É, Varga VZ, Adeghate E, Kőszegi T, Mátyus P, Gábriel R, Ferdinándy P, Pintér E, Helyes Z: Protective effect of the novel amine-oxidase inhibitor multi-target drug SZV 1287 on streptozotocin-induced beta cell damage and diabetic complication in rats, Biomedicine and Pharmacotherapy, 2021
Sükösd AK, Szabadfi K, Szabó-Meleg E, Gáspár B, Stodulka P, Sétáló G Jr, Gábriel R, Nyitrai M, Bíró Z, Ábrahám H: Surgical stress and cytoskeletal changes in lens epithelial cells following manual and femtosecond laser-assisted capsulotomy, International Journal of Ophthalmology 13, 6., 2020
Pöstyéni E, Kovács-Valasek A, Urbán P, Czuni L, Sétáló G Jr., Fekete C, Gábriel R: Analysis of mir-9 expression pattern in rat retina during postnatal development, Internationa Journal of Molecular Sciences 22, 2577, 2021
Tékus V, Horváth ÁI, Csekő K, Szabadfi K, Kovács-Valasek A, Dányádi B, Deres L, Halmosi R, Sághy É, Varga VZ, Adeghate E, Kőszegi T, Mátyus P, Gábriel R, Ferdinándy P, Pintér E, Helyes Z: Protective effect of the novel amine-oxidase inhibitor multi-target drug SZV 1287 on streptozotocin-induced beta cell damage and diabetic complication in rats, Biomedicine and Pharmacotherapy 134, 11165, 2021
Pöstyéni E, Kovács-Valasek A, Urbán P, Bolboaca A, Fekete C, Gábriel R: Analysis of mir-9 and mir-23 expression pattern in postnatal rat retina, European Retina Meeting Abstracts, pp228., 2019
Dénes V, Geck P, Mester A, Gabriel R: Pituitary Adenylate Cyclase-activating Polipeptide: 30 years in research spotlight and 600 million years in service, Jouran of Clinical Medicine, 2019
Gábriel R, Pöstyéni E, Dénes V: Neuroprotective potential of pituitary adenylate Cyclase Activating Polypeptide in retinal degenerations of metabolic origin, Frontiers in Neuroscience 13, 1031., 2019
Kovács K, Vaczy A, Fekete K, Kovari P, Atlasz T, Reglodi D, Gabriel R, Gallyas F, Sümegi B: PARP inhibitor protects against chronic hypoxia/reoxygenation-induced retinal injury by regulation of MAPKs, HIF1, Nrf2 and NFkB, Investigative Ophthalmology and Visual Science 60, 1478-1490, 2019
Etelka Pöstyéni, Antónia Stefanov, Adrienn Mester ,Viktória Dénes and Róbert Gábriel: Correlation of PAC1 receptor isoforms (HIP, HOP1) and mir137, mir147 expression during postnatal development in rat retina, Scientific Programme, FENS RM, Belgrade, P166, 2019
Lakk M, Dénes V, Kovács K, Hideg O, Szabó BF, Gábriel R: Pituitary Adenylate cyclase-activating Peptide (PACAP), a novel secretagogue, regulates secreted morphogens in newborn rat retina, Investigative Ophthalmology and Visual Science58, 565-572, 2017
Dénes V, Geck P, Mester A, Gabriel R: Pituitary Adenylate Cyclase-activating Polipeptide: 30 years in research spotlight and 600 million years in service, Jouran of Clinical Medicine 8, 1488, 2019
Pöstyéni E, Kovács-Valasek A, Urbán P, Czuni L, Sétáló G Jr., Fekete C, Gábriel R: Analysis of mir-9 expression pattern in rat retina during postnatal development, Internationa Journal of Molecular Sciences, in press DOI: 103390/ijms22052577, 2021
Kovács-Valasek A, Urbán P, Sétáló Gy, Fekete Cs, Gábriel R: The expression patterns of the mIR-9 and mIR-23a miiRNAs in the postnatal rat retina, FENS RM Abstracts P1-419, 2017
Dénes V, Nyisztor Zs, Kovávs-Valasek A, Hideg O, Berta G, Gábriel R: Opposing and stage-dependent effect of PACAP1-38 on retinal apoptosis, FENS RM Abstarcts P1-408, 2017
Kovávs-Valasek A, Szabadfi K, Dénes V, Szalontai B, Tamás A, Kiss P, Szabó A, Sétáló G, Reglődi D, Gábriel R: Accelerated retinal aging in PACAP knock-out mice, Neuroscience 348, 1-10, 2017
Lakk M, Dénes V, Kovács K, Hideg O, Szabó BF, Gábriel R: Pituitary Adenylate cyclase-activating Peptide (PACAP), a novel secretagogue, regulates secreted morphogens in newborn rat retina, Investigatibe Ophthalmology and Visual Science58, 565-572, 2017
Nyisztor Z, Dénes V, Kovács-Valasek A, Hideg O, Berta G, Gabriel R: Pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP1-38) exerts both pro and anti.apoptotic effectts on postnatal retinal development in rat, Neuroscience 385, 59-66, 2018
Kovács-Valasek A, Szalontai B, Sétáló G, Gábriel R: Sensitive fluoroescent hybridisation protocol development for simultaneuos detedtion of microRNA and cellular marker proteins in the retina, Histochemistry and Cell Biology 150, 557-566, 2018
Kovács-Valasek A, Szalontai B, Sétáló G, Gábriel R: Sensitive fluoroescent hybridisation protocol development for simultaneuos detedtion of microRNA and cellular marker proteins in the retina, Histochemistry and Cell Biology 150, 557-566, 2018
Dénes V, Hideg O, Nyisztor Z, Lakk M, Gödri Z, Barta G, Geck P, Gábriel R: The neuroprotective peptide PACAP1-38 contributes to horizontal cell development in postnatal rat retina, Investigative Ophthalmology and Visual Science 80, 770-778, 2019




 

Events of the project

  
2021-11-09 14:47:33
Résztvevők változása
2019-09-16 10:41:26
Résztvevők változása



Back »