|
KCa1.1 channel expression and function in cancer
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
|
Details of project |
|
|
Identifier |
119417 |
Type |
K |
Principal investigator |
Panyi, György |
Title in Hungarian |
A KCa1.1 csatorna kifejeződése és funkciója daganatokban |
Title in English |
KCa1.1 channel expression and function in cancer |
Keywords in Hungarian |
ioncsatorna, daganat, Ca2+-aktivált K+ csatorna, béta alegység |
Keywords in English |
ion channel, cancer, Ca2+-activated K+ channel, beta subunit |
Discipline |
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences) | 60 % | Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | Ortelius classification: Physiological biophysics |
|
Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
Department or equivalent |
Department of Biophysics and Cell Biology (University of Debrecen) |
Participants |
Balajthy, András Csóti, Ágota Hajdu, Péter Béla Mészáros, Beáta Papp, Ferenc Szántó, Gábor Tibor Zákány, Florina
|
Starting date |
2016-10-01 |
Closing date |
2021-09-30 |
Funding (in million HUF) |
47.999 |
FTE (full time equivalent) |
11.97 |
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 KCa1.1 (MaxiK, BK) egy feszültség- és Ca2+-aktivált K+-csatorna, mely széles körben elterjedt az emberi szervezetben (pl. fibroblasztokban). A KCa1.1 a fő K+ csatornája különféle rákos sejteknek is, például glioblastoma multiformeban. A KCa1.1 vélhetően Ca2+-függő hiperpolarizációs mechanizmuson keresztül tartja fenn a Ca2+-jelet ami a mitogénekre, szöveti faktorokra, membrán feszülésre és pH változásokra adott sejtválaszokban (pl. sejtciklus) és az invazivitásban jelentős. A KCa1.1 működését jelentősen befolyásolja a pórusképző alfa alegység egy transzkripciós variánsa, illetve a kapcsolódó béta-alegységek. A projekt célja, hogy jellemezzük a KCa1.1 béta-alegység(ek) expresszióját rákos sejteken, és összefüggésbe hozzuk KCa1.1 alfa- és béta-alegységek specifikus kombinációját az inváziós/ metasztatikus potenciállal. Az előzetes adataink alapján feltételezzük, hogy a KCa1.1 expressziója megemelkedik glioblasztóma, prosztatarák és kissejtes tüdőrák esetén, illetve, hogy az alfa-alegységek kóros, inváziót elősegítő béta alegységekhez társulnak ezekben a rákos sejtekben és sejtvonalakban. A hipotézisünk vizsgálatára patch-clamp, molekuláris biológiai (qPCR, Western blot) és immunfluoreszcens vizsgálatokat tervezünk mind sejtvonalakon, mind betegmintákon. Végül, a béta alegység metasztatikus potenciállal való összefüggését géncsendesítéssel ellenőrizzük. Mivel a KCa1.1-t béta alegység-függő módon is lehet modulálni, olyan specifikus KCa1.1 gátlószer kifejlesztése is elképzelhető, ahol a nem rákos sejtek funkciója megtartott marad. A béta-alegység expressziós mintázatát emellett diagnosztikai eszközként is használható metasztatikus rákok kimutatására.
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. Kevés adattal rendelkezünk rákos sejtek KCa1.1 járulékos alegységek expressziójával kapcsolatban, pedig valószínű, hogy a KCa1.1 velük együtt funkcióképes ezen szövetekben is. A kutatási hipotézisünk szerint a KCa1.1 specifikus alfa- és béta alegység expressziós/funkciós mintázata korrelál a tumorsejtek szöveti invazivitásával. Célunk, hogy az alábbi kérdéseket vizsgáljuk meg a projekt során:
Korrelál-e a KCa1.1 expressziós szintje és funkciója a normál- jóindulatú és rosszindulatú sejt fenotípus közti progresszó során? Glioblasztóma kivételével a KCa1.1 membránexpressziós szintje rákos megbetegedéseknél még rejtély számunka. Azt is fontos felderíteni, hogy a magasabb grádusú tumorok másképp fejezik-e ki a KCa1.1-t az alacsonyabb grádusúakhoz képest és hogy van-e bármilyen különbség jó- és rosszindulatú daganatok között.
Specifikus expressziós mintázatot mutatnak-e a KCa1.1 járulékos béta alegységei daganatokban? Mivel az emberi szövetek élettanilag is kifejezik a KCa1.1 béta alegységeit, fontos megtudni, hogy másképp fejeződnek-e ki tumorsejtekbe, mivel ezt a különbséget kihasználhatjuk diagnosztikában vagy akár terápiában.
A megfigyelt jelenségek csak sejtvonalakon vannak jelen, vagy primer tumorsejtekre is jellemzőek? Mivel célunk megvizsgálni több tumor típust is, ezért az első, költség-hatékony lépés minden esetben a kereskedelmileg hozzáférhető daganatos sejtvonalak vizsgálata. Ezt követően az eredményeinket tumoros betegek primer sejtizolátumain kívánjuk bizonyítani, mind különböző klinikai grádusú rossz- és jóindulatú daganatok esetén, összehasonlítva az egészséges szövetekkel.
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! Új terápiás célpontok azonosítása metasztatizáló tumorok esetén. A metasztázist okozó tumorok szövettani jellemzői jól ismertek, ennek ellenére például a gliobastoma vagy kissejtes tüdőrák terápiás profilja rendkívül limitált. Gliobastoma esetén nehezíti a terápiát az egészséges agy állományától nehezen elválasztható tumoros massza, míg az agresszív kissejtes tüdőrák esetén már sokszor a diagnózis felállításával egyidejűleg multiplex metasztázisok vannak jelen a beteg szervezetében. Ezen betegségek esetén életmentő lenne olyan diagnosztikai és terápiás célpontok kidolgozása mely a most elérhető módszereknél gyorsabb és hatékonyabb beavatkozást tesz lehetővé. A KCa1.1 járulékos alegységei szerepet játszhatnak a tumor sejtek invazívitásában. A járulékos béta alegységek feladata a KCa1.1 ioncsatorna pórus formáló alfa alegységének szabályozása, különös tekintettel a csatorna expressziójára, farmakológiai és kinetikai paramétereire. Ismert tény, hogy a KCa1.1 expressziója megemelkedik gliobastomaban és kissejtes tüdőrákban, azonban a béta alegységek expressziójáról, funkciójáról a különböző szövettani grádusú malignus tumorokban nincs irodalmi adat. Funkcionális kísérletek (pl. inváziós esszé) bizonyíthatnák a béta alegységek jelentőséget a tumoros sejtek invazivitásában és a metasztázis képzésben. A KCa1.1 járulékos béta alegységei potenciális diagnosztikai és terápiás célpontok. A funkcionális béta és alfa alegységek expressziós mintázata különböző grádusú tumor sejteken diagnosztikai markerként hasznosítható. A tumor specifikus alfa/béta alegység kombinációk célzott farmakológiai gátlása új terápiás célpontként szolgálhat a metasztázist képző sejtek ellen. Hazánkban nem ismerünk olyan munkacsoportot amely hasonló kérdésekkel foglalkozik mint a pályázat tárgya. Ezzel szemben a nemzetközi érdeklődés jelentős a téma iránt, legjelentősebb kutatók: Sontheimer és munkacsoportja (USA) valamint Ouadid-Ahidouch és munkacsoportja (Franciaország). Az említett munkacsoportok azonban a csatorna alfa alegységére és nem a járulékos béta alegységekre fókuszálnak.
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 tumoros megbetegedések a második helyen állnak a nyugati társadalmak halálozási statisztikáiban. Magyarországon évi 130 000 beteg hal meg tumoros elváltozás következtében. Az intenzív kutatómunka és a kidolgozott protokollok ellenére a legtöbb terápia egyszerre támadja az egészséges és tumoros sejteket, ezzel jelentős mellékhatásokat okozva. A tumoros sejtek működésének még mélyebb megismerése, tumor sejt specifikus kezelési módszerek kidolgozása növelheti a betegek túlélését és életkilátásait. Az ioncsatornák a sejtek membránjában elhelyezkedő fehérjék, melyek fontos szerepet töltenek be a legtöbb egészséges emberi sejt működésében. Kutatási eredmények alapján valószínűsíthető, hogy az ioncsatornák normális működésének megváltozása szerepet játszhat egyes tumorok kialakulásában és az áttétképződésben. Az egyik ilyen feltételezett ioncsatorna a KCa1.1, mely nagy mennyiségben fordul elő a rendkívül agresszív központi idegrendszeri tumor, a gliobastoma sejtjeiben. Ezen felül tüdő, petefészek, prosztata és mellrák esetén is leírták jelenlétét. Munkánk első célja a KCa1.1 funkciójának tanulmányozása lenne, mely hozzájárulhat a tumor sejtek működésének mélyebb megismeréséhez. A KCa1.1 csatorna direkt gátlása egészséges sejteket is károsítana, nem várt mellékhatások megjelenése mellett. Célunk ezért a KCa1.1 csatornához kapcsolódó járulékos fehérjék vizsgálata. Ezek a fehérjék elméletünk szerint eltérően kötődnek tumoros és egészséges sejtekhez lehetővé téve a tumor sejt specifikus terápiát.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. KCa1.1 (MaxiK, BK) is a voltage- and Ca2+-activated K+-channel widely distributed in the human body (e.g. fibroblasts). In addition, KCa1.1 is the major K+ channel in various cancer cells e.g. glioblastoma multiforme. KCa1.1 is proposed to provide a Ca2+-dependent hyperpolarization mechanism required for the maintenance of Ca2+ signaling in response to mitogens, tissue factors (e.g. ATP), membrane stretch and changes in pH to promote cell cycle progression and invasion. The function of KCa1.1 is heavily influenced by a transcript variant of the pore-forming alpha subunit and associated beta subunits. The project aims to characterize the expression of KCa1.1 beta-subunit(s) in cancer cells and to correlate invasion/metastatic potential with a specific combination of KCa1.1 alpha- and beta-subunits. Based on our preliminary data we hypothesize that KCa1.1 expression is increased in glioblastoma, prostate cancer and small cell lung cancer and that alpha-subunits are associated with abnormal, invasion-promoting beta subunit expression in these cancer cells and their cell line models. We will test this hypothesis using electrophysiology (patch-clamp), molecular biology (qPCR, Western blot) and immunofluorescence studies of cell lines representing these diseases and primary cultures obtained from patients. The metastatic potential associated with beta subunit expression will be addressed by gene silencing. As KCa1.1 can be targeted in beta subunit-dependent manner our results may lead to specific inhibition of KCa1.1 channels while maintaining its function in non-cancer cells. The beta-subunit expression pattern may be also used as a diagnostic tool to predict metastasis.
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. There is sparse data yet about accessory subunit expression in cancer cells, even though it is likely that KCa1.1 is associated with them. Our research hypothesis is that KCa1.1 alpha- and specific beta accessory subunit expression/function correlates with tissue invasiveness of tumor cells. We aim to answer the following questions during the completion of the project: Does KCa1.1 expression level and function correlate in a gradual manner with the progression from normal- benign and malignant cell phenotype? Except for glioblastoma, the plasma membrane expression level of KCa1.1 is yet a mystery in cancer. It is also important to know whether higher grade tumors have differential KCa1.1 expression and whether there’s any difference between benign and malignant tumors. Do KCa1.1 accessory beta subunits have a specific expression pattern in cancer? As human tissues express KCa1.1 beta subunits physiologically, it is crucial to know whether expression differs in tumor cells, as this difference may be exploited in diagnostics or therapy. Are the phenomena only seen in human cell lines, or can we observe them in primary tumor cells too? As our aim is to investigate multiple tumor types, the first, cost-effective step in each case would include investigating in cell lines commercially available from these tumors. Later we aim to prove those results in primary patient cells isolated from both malignant tumors of different clinical grades and of benign tumors, compared to healthy tissue.
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. Metastatic cancer needs better treatment options. Although malignancies such as glioblastoma or small cell lung cancer are well described, the treatment options are limited in both cases. In case of glioblastoma the surgical treatment is extremely hard because of the characteristic spreading of the cancer cells in the brain tissue. In case of the infamously aggressive small cell lung cancer multiple metastases are usually present upon diagnosis of the disease. Providing specific diagnostic and therapeutic targets is therefore vital for early diagnosis and treatment of these types of cancer.
KCa1.1 beta subunits may be specifically expressed in tumor cells and confer invasiveness. Accessory beta subunits modulate membrane expression, kinetics and pharmacology of the KCa1.1 channel. Even though it is known that the KCa1.1 alpha subunit show high levels in gliobastoma and small cell lung cancer compared to healthy tissues, beta subunit expression has not been investigated between different histological grades of malignant tumors. Functional assays such as invasion assays could demonstrate the essential role of beta subunit involvement in cancer invasiveness and metastasis. KCa1.1 beta subunits as novel diagnostic and therapeutic targets. Providing information about the functional beta subunit expression in cancer is crucial as the expression pattern can be used as diagnostic markers in the future and possibly targeting pharmacologically a given alpha/beta composition and prevent metastasis. The competition is practically non-existent in Hungary but worldwide is strong e.g. the Sontheimer group in the USA or the Ouadid-Ahidouch group in France. These groups focus mainly on the pore forming alpha subunit rather than the beta ones.
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. Cancer accounts for more than 130 000 death/year in Hungary, and is the second leading cause of death in the western world. Despite effective treatment protocols and intensive research, current treatment options still target both malignant and physiological cells that can cause debilitating side effects in a significant number of patients. Therefore, understanding cancel cell function and designing novel cancer cell-specific treatment options is crucial for increasing patient survival and quality of life. Ion channels are a family of proteins on the cell surface that are necessary for the survival and function of most human cell types. It is also strongly suspected that some ion channels play a crucial role in the growth of cancer tissue and even in cancer metastasis. One of these channels is the KCa1.1 (also known as MaxiK) that is highly present in glioblastoma, a common and extremely aggressive cancer that begins within the brain. Moreover this channel has been identified in lung cancer, ovarium cancer, prostate cancer and even breast cancer. As it is not known whether KCa1.1 plays a role in other cancers, we aim to investigate this question to acquire a deeper knowledge in cancer biology. Targeting the KCa1.1 channel with a drug would also inhibit KCa1.1 in the healthy tissues, so it would cause devastating side effects. Therefore our second aim is to identify specific accessory subunits linked to the KCa1.1 in cancer cells to investigate whether they can be attractive therapeutic targets. Lastly, we aim to understand the molecular mechanism that leads from KCa1.1 activation to cancer cell invasiveness.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
List of publications |
|
|
Alvarado Diana, Cardoso-Arenas Samuel, Corrales-García Ligia-Luz, Clement Herlinda, Arenas Iván, Montero-Dominguez Pavel Andrei, Olamendi-Portugal Timoteo, Zamudio Fernando, Csoti Agota, Borrego Jesús, Panyi Gyorgy, Papp Ferenc, Corzo Gerardo: A Novel Insecticidal Spider Peptide that Affects the Mammalian Voltage-Gated Ion Channel hKv1.5, FRONTIERS IN PHARMACOLOGY 11: p. 1., 2021 | Borrego Jesús, Feher Adam, Jost Norbert, Panyi Gyorgy, Varga Zoltan, Papp Ferenc: Peptide Inhibitors of Kv1.5, PHARMACEUTICALS 14: (12) 1303, 2021 | Hofschröer Verena, Najder Karolina, Rugi Micol, Bouazzi Rayhana, Cozzolino Marco, Arcangeli Annarosa, Panyi György, Schwab Albrecht: Ion Channels Orchestrate Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Progression and Therapy, FRONTIERS IN PHARMACOLOGY 11: p. 586599., 2021 | Kovacs Tamas, Sohajda Tamas, Szente Lajos, Nagy Peter, Panyi Gyorgy, Varga Zoltan, Zakany Florina: Cyclodextrins Exert a Ligand-like Current Inhibitory Effect on the KV1.3 Ion Channel Independent of Membrane Cholesterol Extraction, FRONTIERS IN MOLECULAR BIOSCIENCES 8: 735357, 2021 | Krishnarjuna Bankala, Sunanda Punnepalli, Villegas–Moreno Jessica, Csoti Agota, A.V. Morales Rodrigo, Wai Dorothy C.C., Panyi Gyorgy, Prentis Peter, Norton Raymond S.: A disulfide-stabilised helical hairpin fold in acrorhagin I: an emerging structural motif in peptide toxins, JOURNAL OF STRUCTURAL BIOLOGY 213: (2) 107692, 2021 | Naseem Muhammad Umair, Tajti Gabor, Gaspar Attila, Szanto Tibor G., Borrego Jesus, Panyi Gyorgy: Optimization of Pichia pastoris Expression System for High-Level Production of Margatoxin, FRONTIERS IN PHARMACOLOGY 12: 733610, 2021 | Reddiar S.B., Jin L., Wai D.C.C., Csoti A., Panyi G., Norton R.S., Nicolazzo J.A.: Lipopolysaccharide influences the plasma and brain pharmacokinetics of subcutaneously-administered HsTX1[R14A], a KV1.3-blocking peptide, TOXICON 195: pp. 29-36., 2021 | Szanto Tibor G., Gaal Szabolcs, Karbat Izhar, Varga Zoltan, Reuveny Eitan, Panyi Gyorgy: Shaker-IR K+ channel gating in heavy water: Role of structural water molecules in inactivation, JOURNAL OF GENERAL PHYSIOLOGY 153: (6) e202012742, 2021 | Tajti G., Szanto T.G., Csoti A., Racz G., Evaristo C., Hajdu P., Panyi G.: Immunomagnetic separation is a suitable method for electrophysiology and ion channel pharmacology studies on T cells, CHANNELS 15: (1) pp. 53-66., 2021 | Vallejo-Gracia Albert, Sastre Daniel, Colomer-Molera Magali, Sole Laura, Navarro-Perez Maria, Capera Jesusa, Roig Sara R., Pedros-Gamez Oriol, Estadella Irene, Szilagyi Orsolya, Panyi Gyorgy, Hajdu Peter, Felipe Antonio: KCNE4-dependent functional consequences of Kv1.3-related leukocyte physiology, SCIENTIFIC REPORTS 11: (1) 14632, 2021 | Varga Zoltan, Tajti Gabor, Panyi Gyorgy: The Kv1.3 K+ channel in the immune system and its “precision pharmacology” using peptide toxins, BIOLOGIA FUTURA 72: (1 SI) pp. 75-83., 2021 | Voros Orsolya, Panyi György, Hajdu Péter: Immune Synapse Residency of Orai1 Alters Ca2+ Response of T Cells, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 22: (21) 11514, 2021 | Andras Balajthy, Peter Hajdu, Gyorgy Panyi, Zoltan Varga: Sterol Regulation of Voltage- Gated K+ Channels, Current Topics in Membranes, Volume 80, 2017 | E. Nagy, G. Mocsar, V. Sebestyen, J. Volko, F. Papp, K. Toth, S. Damjanovich, G. Panyi, T.A. Waldmann, A Bodnar and G. Vamosi: Membrane Potential Distinctly Modulates Mobility and Signaling of IL-2 and IL-15 Receptors in T Cells, Biophysical Journal, 2018 | Karbat I, Altman-Gueta H, Fine S, Szanto GT, Hamer-Rogotner S, Dym O, Frolow F, Gordon D, Panyi G, Gurevitz M, Reuveny E.: Pore-modulating toxins exploit inherent slow inactivation to block K+ channels., Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Sep 10;116(37):18700-18709. doi: 10.1073/pnas.1908903116., 2019 | Zakany F, Pap P, Papp F, Kovacs T, Nagy P, Peter M, Szente L, Panyi G, Varga Z.: Determining the target of membrane sterols on voltage-gated potassium channels, BBA- Molecular and Cell Biology of Lipids, 2019, 1864:312-325, 2019 | Ferenc Papp, Peter Hajdu, Gabor Tajti, Agnes Toth, Eva Nagy, Zsolt Fazekas, Sandor Kovacs, György Vámosi, Zoltan Varga, Gyorgy Panyi: Periodic membrane potential and Ca2+ oscillations in T cells forming an immune synapse, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES ijms-724373, 2020 | Jin Jiayi, Agwa Akello J., Szanto Tibor G., Csóti Agota, Panyi Gyorgy, Schroeder Christina I., Walker Andrew A., King Glenn F.: Weaponisation ‘on the fly’: Convergent recruitment of knottin and defensin peptide scaffolds into the venom of predatory assassin flies, INSECT BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY 118: p. 103310., 2020 | Krishnarjuna Bankala, Sunanda Punnepalli, Villegas–Moreno Jessica, Csoti Agota, A.V. Morales Rodrigo, Wai Dorothy C.C., Panyi Gyorgy, Prentis Peter, Norton Raymond S.: A disulfide-stabilised helical hairpin fold in acrorhagin I: an emerging structural motif in peptide toxins, JOURNAL OF STRUCTURAL BIOLOGY 1: p. 107692., 2020 | Luna-Ramirez Karen, Csoti Agota, McArthur Jeffrey R., Chin Yanni K.Y., Anangi Raveendra, Najera Rosby del Carmen, Possani Lourival D., King Glenn F., Panyi Gyorgy, Yu Haibo, Adams David J., Finol-Urdaneta Rocio K.: Structural basis of the potency and selectivity of Urotoxin, a potent Kv1 blocker from scorpion venom, BIOCHEMICAL PHARMACOLOGY 174: p. 1., 2020 | Mészáros Beáta, Papp Ferenc, Mocsár Gábor, Kókai Endre, Kovács Katalin, Tajti Gabor, Panyi Gyorgy: The voltage-gated proton channel hHv1 is functionally expressed in human chorion-derived mesenchymal stem cells, SCIENTIFIC REPORTS 10: (1) 7100, 2020 | Szanto Tibor G., Zakany Florina, Papp Ferenc, Varga Zoltan, Deutsch Carol J., Panyi Gyorgy: The activation gate controls steady-state inactivation and recovery from inactivation in Shaker, JOURNAL OF GENERAL PHYSIOLOGY 152: (8) pp. 1-12., 2020 | Tajti G., Wai D.C.C., Panyi G., Norton R.S.: The voltage-gated potassium channel KV1.3 as a therapeutic target for venom-derived peptides, BIOCHEMICAL PHARMACOLOGY 181: 114146, 2020 | Zakany F., Kovacs T., Panyi G., Varga Z.: Direct and indirect cholesterol effects on membrane proteins with special focus on potassium channels, BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-MOLECULAR AND CELL BIOLOGY OF LIPIDS 1865: (8) 158706, 2020 |
|
|
|
|
|
|
Back »
|
|
|