 |
Role epigenetic regulation in the development of thyroid hormone negative feedback
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124767 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Fekete, Csaba |
| Title in Hungarian |
Epigenetikus szabályozás szerepe a pajzsmirigyhormon negatív feedback mechanizmus fejlődésében |
| Title in English |
Role epigenetic regulation in the development of thyroid hormone negative feedback |
| Keywords in Hungarian |
thyrotropin-releasing hormon, feedback set point, metiláció |
| Keywords in English |
thyrotropin-releasing hormone, feedback set point, metilation |
| Discipline |
| Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Endocrinology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Endocrinology |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Lendület Laboratory of Integrative Neuroendocrinology (Institute of Experimental Medicine) |
| Participants |
Arányi, Tamás
Farkas, Erzsébet
Gereben, Balázs
Kádár, Andrea
Kővári, Dóra
Szilvásy-Szabó, Anett
Varga, Edina
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2022-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
47.901 |
| FTE (full time equivalent) |
12.06 |
| 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 pajzsmirigyhormonok (PMH) szerepet játszanak számos, fontos biológiai folyamat szabályozásában. A szövetspecifikus PMH jelátvitelt a keringő PMH szintek és a PMH elérhetőség szöveti szabályozása befolyásolja. A keringő PMH szintek stabilitását a hypothalamus-hypophysis-pajzsmirigy (HHP) tengely PMH által kiváltott negatív feedback szabályozása biztosítja a hypophysiotrop TRH idegsejtek TRH szintézisének befolyásolásán keresztül. A keringő PMH szintek külső vagy genetikai faktorok hatására történő megváltozása a negatív feedback szabályozó mechanizmus kialakulásának időszakában, a feedback set-point megváltozásához vezet, ami az egész élet során kihat a PMH háztartásra. Feltételezzük, hogy ennek a hosszú távú jelenségnek a hátterében olyan epigenetikai változások állnak, melyek a hypophysiotrop TRH idegsejtekben és/vagy a tanycytákban, a hypothalamus PMH aktivációt végző, speciális glia sejtjeiben jönnek létre. Vélelmezzük, hogy e mechanizmus azon gének epigenetikai modulációjára épül, melyek a pajzsmirigyhormon transzport, metabolizmusban és jelátvitel, illetve a TRH termelődés szabályozásában vesznek részt. Ezért meghatározzuk a hypophysiotrop TRH idegsejtekre ható feedback szabályozás kialakulásának időpontját és tanulmányozni fogjuk az ebben a kritikus szakaszban történő PMH kezelés hatását az előbb említett géncsoportokra felnőtt egerek TRH idegsejteiben és tanycytáiban. Vizsgálni foguk, hogy e hosszú távú jelenség kialakulása összefügg-e e gének metilációs státuszának megváltozásával.Vizsgálataink új adatokat szolgáltatnak a HHP tengely fejlődéséről és arról, hogy a PMH státusz neonatális változásai hogyan képesek a PMH háztartás élethosszig tartó befolyásolására.
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 hypophysiotrop TRH idegsejtek negatív feedback szabályozásának set point-ja a születés körüli időszakban alakul ki. Rágcsálókban ez a jelenség a születés utáni periódusra esik, de ennek ütemezése kevéssé feltárt. Az azonban ismert, hogy az újszülöttkori PMH elérhetőség megváltozása az egész élettartamra kihatóan befolyásolja a PMH háztartást rágcsálókban. Ez azt valószínűsíti, hogy a PMH elérhetőség változása a feedback mechanizmus kialakulása során megváltoztatja a feedback set point-ját. Feltételezzük, hogy ennek a hosszú távú jelenségnek a hátterében olyan epigenetikai változások állnak, melyek a PMH elérhetőség-, jelátvitel ill. TRH termelődés szabályozásában érintett gének aktivitását befolyásolják a hypophysiotrop TRH idegsejtekben és/vagy a tanycytákban.
Ezért a az alábbi vizsgálatokat kívánjuk elvégezni:
- Meghatározzuk a hypophysiotrop TRH idegsejtjekre ható PMH negatív feedback szabályozás kialakulásának időpontját egérben.
- Jellemezzük a PMH elérhetőség perinatális változásainak hatását azon génekre, melyek szerepet játszanak a PMH transzport-, metabolizmus és jelátvitel, ill. a TRH szintézis szabályozásában felnőtt egér TRH idegsejtjeiben és tanycytáiban.
- Jellemezzük a PMH elérhetőség perinatális változásainak hatását azon gének metilációs státuszára, melyek szerepet játszanak a PMH transzport-, metabolizmus és jelátvitel, ill. a TRH szintézis szabályozásában felnőtt egér TRH idegsejtjeiben és tanycytáiban.
- Meghatározzuk azon gének expressziós változásait, melyek szerepet játszanak a DNS metilációban a negatív feedback szabályozás kialakulásának időszakában intakt, ill. módisított PMH háztartású egerekben
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!
Jól ismert, hogy a HHP tengely negatív feedback szabályozásának set point-ja jelentős személyenkénti eltéréseket mutat emberben. Ezen eltéréseknek azonban csak ~60%-a tudható be genetikai tényezőknek. Azonban jelenleg nagyon kevés adat áll rendelkezésre a negatív feedback kialakulásáról és kevéssé feltárt, hogy humorális és környezeti tényezők hogyan befolyásolhatják a feedback mechanizmus set point-jának kialakulását. Mivel ismert, hogy epigenetikai mechanizmusok jelentős szerepet játszanak az élettani folyamatok hosszú távú szabályozásában, feltételezzük, hogy azok szerepet játszhatnak a negatív feedback szabályozás set point-jának kialakításában, ill. annak PMH elérhetőség függő szabályozásában. Az epigenetikai szabályozás sejt-típus specifikus tanulmányozásához szükség van a vizsgálni kívánt sejt-típus specifikus izolálására. Ezt elősegítendő létrehoztunk egy TRH-IRES-tdTomato egérvonalat, ami lehetővé teszi a TRH idegsejtek lézeres mikrodisszekcióval történő kinyerését a PVN középső szintjéből. A tervezett vizsgálatok sikerét továbbá nagyban elő fogja segíteni kutatás résztvevőinek számos területen való jártassága, ami kiterjed a hypohysiotrop TRH neuronok neuroanatomiájára és idegélettanára, a PMH metabolizmus és jelátvitel szabályozására, gének epigenetikai szabályozására és a PMH háztartás molekuláris biológiájára.
A tervezett kísérletek várt eredményei bepillantást fognak engedni azon mechanizmusokba, melyek felelősek a hypophysiotrop TRH idegsejtek negatív feedback szabályozásának kialakulásáért. Alaptudományi jelentőségükön túl a nyert adatok rá fognak mutatni, hogy a PMH elérhetőség/ jelátvitel különböző faktorok, pl. endokrin diszruptorok hatására bekövetkező megváltozása a PMH kiváltotta feedback kialakulásának időszakában hogyan képes a teljes élettartamra kiterjedően befolyásolni a PMH szinteket. Továbbá, adataink információt fognak szolgáltatni arról, hogy a tanulmányozott gének epigenetikai módosulásai hogyan befolyásolják e gének aktivitását.
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 pajzsmirigyhormonok (PMH) szerepet játszanak számos, fontos biológiai folyamat szabályozásában. A keringő PMH szintek stabilitását a hypothalamus-hypophysis-pajzsmirigy (HHP) tengely PMH által kiváltott negatív feedback szabályozása biztosítja a hypophysiotrop idegsejtek TRH szintézisének befolyásolásán keresztül. A PMH szint emelkedésekor a feedback szabályozás gátolja a TRH szintézist. A keringő PMH szintek külső vagy genetikai faktorok hatására történő megváltozása a negatív feedback szabályozó mechanizmus kialakulásának időszakában, a feedback set-point megváltozásához vezet, ami az egész élet során kihat a PMH háztartásra. Feltételezzük, hogy e hosszú távú jelenségnek a hátterében olyan epigenetikai változások állnak, melyekről ismert, hogy nem igénylik a genetikai kód megváltozását. Feltételezzük, hogy ezen epigenetikai folyamat a hypophysiotrop TRH idegsejtekben és/vagy a tanycytákban, a hypothalamus PMH aktivációt végző, speciális glia sejtjeiben befolyásolja a pajzsmirigyhormon transzportban, metabolizmusban és jelátvitelben, illetve a TRH termelődés szabályozásában résztvevő gének aktivitását. Ezért meghatározzuk a hypophysiotrop TRH idegsejtekre ható feedback szabályozás kialakulásának időpontját és tanulmányozni fogjuk az ebben a kritikus szakaszban történő PMH kezelés hatását az előbb említett géncsoportokra felnőtt egerek TRH idegsejteiben és tanycytáiban. Vizsgálni foguk, hogy e hosszú távú jelenség kialakulása összefügg-e e gének metilációs státuszának megváltozásával. Vizsgálataink új adatokat szolgáltatnak a HHP tengely fejlődéséről és arról, hogy a PMH státusz neonatális változásai hogyan képesek a PMH háztartás élethosszig tartó befolyásolására.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Thyroid hormones (TH) play a pivotal role in the regulation of a wide variety of biological functions. The tissue specific TH action is influenced by the circulating TH levels and the local regulation of TH availability. Circulating TH levels are kept stable by the hypothalamo-pituitary-thyroid (HPT) axis predominantly controlled by the negative feedback effects of TH that regulates the synthesis of the thyrotropin-releasing hormone (TRH) in the hypophysiotropic TRH neurons in the hypothalamic paraventricular nucleus. Importantly, during the formation of the negative feedback mechanism, changes of circulating TH levels can generate a shifted set point that impacts thyroid economy for the entire life. We hypothesize that this long lasting phenomenon is generated by epigenetic changes in hypophysiotropic TRH neurons and in tanycytes, a special glial cell type that is responsible for the hypothalamic TH activation. We propose that this mechanism is based on the epigenetic modulation of the activity of genes regulating TH transport, metabolism and signaling or TRH synthesis.
Therefore, we will determine the period of the onset of feedback regulation of hypophysiotropic TRH neurons and study the effect of TH treatment in this critical period on the expression of the above mentioned gene sets in TRH neurons and tanycytes of adult mice. We will study whether this long lasting alteration of gene expression is evoked by the modulated methylation status of these genes.
Our studies will provide novel data for the understanding of the development of the HPT axis and help to understand, how neonatal alteration of TH status can exert a lifelong impact on TH homeostasis.
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 set point of the negative feedback regulation of hypophysiotropic TRH neurons is formed during development. In rodents, this phenomenon occurs in the neonatal period, but the timing of this event is poorly understood. Changes of TH status in the neonatal period, however, were shown to have lifelong effect on the TH availability in rodents suggesting that alteration of TH status during the development of this feedback mechanism can alter the set point of the TH negative feedback mechanism. We hypothesize that alteration of the set point with lifelong consequences is evoked by modulated epigenetic regulation of genes involved in the regulation of TH availability and signaling or in the TRH synthesis in the hypophysiotropic TRH neurons and/or in the tanycytes.
Therefore the aims of our studies are the followings:
- Determine the onset of the negative feedback regulation of the hypophysiotropic TRH neurons in mice
- Characterize the effects of perinatal alteration of the TH status on the expression of genes involved in TH transport, metabolism, signaling and TRH synthesis in the hypophysiotropic TRH neurons and the tanycytes of adult mice.
- Characterize the effects of perinatal alteration of the TH status on the methylation of genes involved in the TH transport, metabolism, signaling or in the TRH synthesis in tanycytes and in hypophysiotropic TRH neurons.
- Determine the changes of the expression of genes involved in the DNA methylation during the process of formation of the negative feedback regulation both in intact mice and in mice with altered TH status.
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.
It is well known that the set point of the negative feedback regulation of the HPT axis shows high interindividual variations in humans and only 60% of this variation is attributed to genetics. However, currently very little information is available on the formation of negative feedback regulation and it is poorly understood, how humoral and environmental factors could affect the formation of the set point of this feedback mechanism. Since epigenetic mechanisms are known to be involved in the long term regulation of physiological functions, we hypothesize that the determination of the negative feedback set point and its regulation by TH availability involves epigenetic mechanisms. Studies aimed to address cell type specific epigenetic regulation require the specific isolation of the studied cell type. To facilitate this process, we developed a TRH-IRES-tdTomato mouse line that allows the isolation of TRH neurons from the mid part of the PVN by laser capture microdissection. Furthermore, the success of the planned studies will be highly facilitated by the widespread expertise of the research team, involving experience in neuroanatomy and neurophysiology of the hypophysiotropic TRH neurons, in the regulation of the TH metabolism and action and epigenetic regulation of genes and molecular biology of TH homeostasis.
The expected results of the planed experiments will provide insights into mechanisms underlying the determination of the negative feedback regulation of hypophysiotropic TRH neurons. In addition to their significance in basic science, obtained data will also substantiate that alteration of TH status or action in the period of TH evoked feedback formation by various factors e.g. endocrine disruptors can cause lifelong alteration of the circulating TH levels. Furthermore, our data will also provide information, how the specific epigenetic modifications of the studied genes can alter gene expression.
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 thyroid hormones (TH) are powerful regulators of a wide range of biological functions. Circulating TH levels are kept relatively stable by the hypothalamo-pituitary-thyroid (HPT) axis that is predominantly controlled by the negative feedback effects that regulates the synthesis of the thyrotropin-releasing hormone (TRH) in the hypophysiotropic TRH neurons in the hypothalamus. When TH level is increased, the feedback regulation inhibits TRH synthesis. Importantly, during the formation of the negative feedback mechanism, changes of circulating TH levels can generate a shifted set point that impacts thyroid economy for the entire lifespan. We hypothesize that this long lasting phenomenon is generated by epigenetic changes that do not require genetic code.
This would then modulate gene activity in hypophysiotropic TRH neurons and in tanycytes, a special glial cell type that is responsible for the hypothalamic TH activation. Therefore, we will determine the period of the onset of feedback regulation of hypophysiotropic TRH neurons and study the effect of TH treatment on the expression of the above mentioned gene sets in TRH neurons and tanycytes of adult mice in this critical period. We will study whether this long lasting alteration of gene expression is evoked by the modulated methylation status of these genes, a process known to be able to modulate gene activity in an epigenetic manner.
Our studies will provide novel data for the understanding of the development of the HPT axis and help to understand, how neonatal alteration of TH status can exert a lifelong impact on TH homeostasis.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
