 |
Signal transduction therapy in cancer and inflammation
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124813 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Hrabák, András |
| Title in Hungarian |
Jelátviteli terápia tumoros és gyulladásos megbetegedésekben |
| Title in English |
Signal transduction therapy in cancer and inflammation |
| Keywords in Hungarian |
protein kináz D, dajkafehérjék, makrofág, citokinek, HSF1 |
| Keywords in English |
protein kinase D, chaperones, macrophage, cytokines, HSF1 |
| Discipline |
| Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Pathobiochemistry Research Group of Hungarian Academy of Scienses in Semmelweis (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions) |
| Participants |
Bánhegyi, Gábor
Bögel, Gábor
Czudor, Zsófia
Gurbi, Bianka
Gyulavári, Pál
Hrabák, András
Kardon, Tamás Zoltán
Kukor, Zoltán
Müllner, Nándor
Murányi, József
Őrfi, László
Pénzes, Kinga
Stiller, Ibolya
Szokol, Bálint
Tóvári, József
Vántus, Tibor
Varga, Attila
|
| Starting date |
2017-10-01 |
| Closing date |
2021-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
47.480 |
| FTE (full time equivalent) |
15.74 |
| 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 gyulladásos reakciók és a daganatok több közös jelátviteli úttal rendelkeznek, a krónikus gyulladásos reakciók rákmegelőző állapotnak tekinthetők. A makrofágoknak fontos szerepük van a gyulladásos folyamatok szabályozásában, a makrofág-polarizációt különböző citokinek közvetítik. Az M1-polarizáció akut, az M2 polarizáció krónikus gyulladáshoz vezet. A szabályozás, illetve a malignus elváltozás is különböző proteinkinázok által katalizált foszforilációs jelátviteli utakon valósul meg, melyek csak részben ismertek. Proteinkinázok szabályozzák a daganatos és gyulladásos sejtekben a metabolizmus glikolitikus irányba eltolódását (Warburg-hatás). Egyes tumoros szövetekben megváltozik a proteinkináz D izoformák expressziós mintázata, ami serkenti a tumornövekedést, metasztázist és angiogenezist. A hősokk-fehérjék számos kevésbé stabil harmadlagos szerkezetű „kliens” fehérje korrekt konformációját segítenek fenntartani, így tumorokban a mutáns és overexpresszált onkogénekét. Tervünkben a PKD izoformák kliens kapcsolat erősségének összehasonlítására, valamint PKD-függő tumorokban a Hsp-gátló terápia lehetőségeire koncentrálunk. Vizsgálni kívánjuk a hősokk faktor-1 (HSF-1) és a PKD közötti kapcsolatot is, mivel a HSF-1 is foszforilációval aktiválódik és fokozza a hősokk fehérjék expresszióját. A HSF-1-nek szerepe lehet a citoplazmatikus és az endoplazmatikus retikulum stressz közötti kapcsolatban is. Kutatásunk során egy nagy, diverz (17 000 vegyületből álló) proteinkináz-gátló vegyülettárra támaszkodhatunk. A makrofág-polarizációban és a malignus folyamatokban szerepet játszó új foszforilációs jelátviteli utak azonosítása lehetővé teheti új terápiás beavatkozások kidolgozását.
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 gyulladásos folyamatokat és a daganatok kialakulását egyaránt foszforilációs jelek közvetítik. Kutatásunk egyik alapkérdése, hogy a makrofágok M1M2 polarizációjában szerepet játszó, kinázok által közvetített új jelátviteli utakat keressünk, amelyek befolyásolhatják a polarizációra jellemző citokin-mintázatot, és ezen keresztül a daganatos sejtek jelátvitelét. Sejtmodelljeink között makrofággá differenciált HL-60 sejtvonal, gyulladásos egér makrofágok és különböző karcinoma sejtvonalak szerepelnek. Feltételezzük, hogy egyes kinázgátló molekulák specifikusan gátolják a jelátviteli utakban szerepet játszó kinázokat, daganatos sejtekben elsősorban a proteinkináz D izoformákat, illetve ezeknek a Hsp90 hősokk-fehérjével való kölcsönhatásait. A PKD családba tartozó három kináz izoforma expressziós mintázata eltér: a PKD1 inkább felnőtt emlősökben, míg a PKD2 és 3 fejlődő szövetekben aktív. Minél agresszívebb egy daganat, annál inkább csendesíti PKD1 génjét és overexpresszálja a PKD2-t és 3-at. Feltevésünk szerint a jelenség hátterében az egyes izoformák fehérje-fehérje kölcsönhatásainak és/vagy sejten belüli elhelyezkedésének különbsége áll. Összehasonlítanánk a PKD izoformáknak a Hsp90 fehérjével való kölcsönhatását, vizsgálnánk a PKD esetleges foszforiláló hatását a stresssz-indukált HSF-1 aktivációra, illetve arra, hogy hogyan befolyásolható a PKD izoformák funkciója a Hsp90 gátlásával. Hipotézisünk szerint a PKD kiütése endoplazmatikus retikulum stresszhez vezet, amely apoptotikus elpusztulás felé irányítja a daganatos sejtet. Eredményeink alapján javasolhatjuk egyes kinázgátlók illetve Hsp90 inhibitorok terápiás alkalmazását gyulladásgátlásra vagy tumorellenes célokra.
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 gyulladásos reakcióknak fontos szerepe van a szervezet védekezésében, de károsíthatják is azt. Az akut és krónikus gyulladásokat citokinek közvetítésével főleg makrofágok szabályozzák, amelyek két úton aktiválódhatnak (M1-M2 polarizáció), amelyek az arginin-anyagcsere alternatív útjaival is kapcsolatban állnak. A legfontosabb jelátviteli utakat proteinkinázok által katalizált foszforilációs folyamatok képviselik, melyek csak részben ismertek. Humán eredetű és egér sejteken tudjuk elvégezni a kísérleteket, az eredmények összehasonlíthatók. A kinázokat egyes apoláros kismolekulák többé-kevésbé szelektíven gátolják. A proteinkináz D izoformái a kevéssé ismert kinázok közé tartoznak. A tumorsejtek hajlamosak overexpresszálni a PKD2-t és 3-at, nem ismert azonban, hogy miért előnyös a tumorsejtnek e fehérjék overexpressziója. Jelenleg nincs hatékony és szelektív klinikai PKD inhibitor. A PKD működés hatékony gátlása erős kölcsönható partnerein keresztül is lehetséges, az egyik ilyen molekula a Hsp90 hősokkfehérje. Több Hsp90 inhibitor is szerepel klinikai vizsgálatokban, a Ganetespib várhatóan pár éven belül piacra is kerülhet. Munkánk során a PKD izoformák és a Hsp90 kapcsolatát szeretnénk részletesebben vizsgálni. Karcinoma sejtvonalakon a jelenleg elérhető legjobb PKD és Hsp90 gátlószereket alkalmaznánk. A hősokk-fehérjék expresszióját a HSF-1 transzkripciós faktor stressz hatására bekövetkező, foszforilációval történő aktiválódása okozza, az ezért felelős kináz pontosan nem ismert, vizsgálataink ennek tisztázásához is hozzájárulhatnak.
A makrofágok három különböző biológiai funkciójának (fagocitózis, antitumor hatás, Warburg-effektus) és ezek foszforilációs utakkal való kapcsolatának vizsgálata új célpontokat eredményezhet a kinázgátló molekulák számára. A kinázgátlók szelektivitása hatékony eszköz lehet a jelátviteli utak azonosításában. Kutatási tervünk speciális értéke, hogy párhuzamosan vizsgálnánk a gyulladásokban és a tumorok kialakulásában szerepet játszó kinázokat, egy nagy, diverz (17 000 vegyületből álló) vegyülettár segítségével, amelynek tagjai kísérletesen előállíthatók, felvetve egyaránt gyulladásgátló és tumorellenes molekulák azonosításának és későbbi terápiás felhasználásának lehetőségét is.
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 gyulladások fontos szerepet játszanak az immunreakciókban, de szabályozásuk megzavarása súlyos veszélyt jelent. A gyulladásos folyamatokban résztvevő makrofágok két úton aktiválódhatnak. Az M1 polarizáció az akut gyulladásokban játszik szerepet, az M2 polarizáció főleg a krónikus gyulladásokban és tumorokban kerül előtérbe. A kétféle aktiválódás során különböző citokinek génjei fejeződnek ki, más jelátviteli utak aktiválódnak, amelyekben fehérjéket foszforiláló proteinkináz enzimeknek van szerepük. Ezek a daganatos sejtek jelátvitelében is fontos szerepet töltenek be. A proteinkináz D (PKD) enzimek a kinázok kis családját alkotják, de központi szerepet játszanak a jelátviteli útvonalak működésében, olyan folyamatokat irányítva, mint a sejtek növekedése, vándorlása vagy új erek kialakulása. A PKD-k túlműködése több tumortípusban előfordul, de kölcsönhatásaik pontos hálózata nincs felderítve és törzskönyvezett gyógyszer sincs a túlműködő PKD-k gátlására. Kutatási tervünkben a PKD-knak egy másik szabályozó fehérjével, a Hsp90-nel való kapcsolatát vizsgálnánk, valamint azt, hogy a stressz hatására foszforiláció révén aktiválódó HSF-1 faktor milyen kapcsolatban áll a PKD-vel. Célunk új foszforilációs utak felfedezése makrofágokban és daganatos sejtekben, szerepüket kinázgátló molekulák segítségével igazolnánk. Egy 17000 molekulát tartalmazó kinázgátló vegyülettár áll rendelkezésünkre. A kinázgátlók felhasználása alapul szolgálhat a kóros gyulladások és tumorok kezelésére szolgáló új terápiák kidolgozásához is. Mivel a hatékony Hsp90 gátlószerek hamarosan forgalomba kerülnek, a túlműködő PKD-k kiiktatása a Hsp90 gátlásán keresztül is ígéretes lehet egyes tumortípusokban.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Inflammatory reactions and cancers share various signalling routes, the chronic inflammations may be considered as the hallmarks of cancer. Macrophages play important roles in the regulation of inflammatory processes, their polarization is mediated by various cytokines. The M1 polarization leads to acute inflammations while M2 polarization results in chronic inflammations, tissue remodeling. Both the regulation and the malignant alteration is mediated by phosphorylations catalyzed protein kinases, which are only partially known. The glycolytic metabolic shift in cancerous and inflammatory cells (Warburg effect) is also influenced by protein kinases. In certain cancer tissues the expression pattern of protein kinase D isoforms is changed, inducing the tumor growth, metastasis and angiogenesis. The heat shock proteins help to maintain the optimal conformation of several “client” proteins with less stable tertiary structure, including mutant and overexpressed oncogenes in tumors. In our project, we focus on the comparison of the client interaction of PKD isoforms and on the chances of a Hsp-inhibitor therapy in PKD-dependent tumors. The interaction between heat shock factor-1 (HSF-1) and PKD will also be studied, since HSF-1 is also activated by phosphorylation leading to the expression of heat shock proteins. HSF-1 may also play a role in the relationship between the cytoplasmic and endoplasmic reticulum stress. Our project is supported by a great diverse protein kinase inhibitor library (17 000 compounds). The verification of new signaling pathways involved in macrophage polarization and malignant alterations may give a chance to establish new therapies for these diseases.
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.
Both the inflammatory processes and the formation of cancers are mediated by phosphorylation signals. One basic question in our research to dicover new kinase-mediated signalling routes, which influence the polarization-specific cytokine pattern and consequently the signal transduction in malignant cells. Our model cells involve HL-60 cells differentiated to macrophages, inflammatory murine macrophages and several carcinoma cell lines. We suppose that certain specific kinase inhibitors block the kinases involved in the signalling pathways, mainly the protein kinase D isoforms and their interactions with Hsp90 heat shock protein in cancerous cells. The expression pattern of three kinases in PKD family is different; PKD-1 is active in adults while PKD 2 and 3 in growing tissues. The invasive cancers cause the silencing of PKD genes, while PKD 2 and 3 are overexpressed. According to our theory, this phenomenon is based on the differences between the protein-protein interactions of the isoforms and/or on their different intracellular localization. The interactions of PKD isoforms with Hsp90 protein will be compared, the possible phosphorylating effect of PKD on stress-induced HSF-1 activation and the influence of the functions of PKD isoforms by the inhibition of Hsp90 will be studied. According to our hypothesis, the knock-out of PKD leads to endoplasmic reticulum stress, which directs the cancer cell to apoptosis. Based on our results, therapeutical use of certain kinase inhibitors may be proposed against inflammations or tumors.
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.
Inflammatory processes are defending reactions in the organism, but may also cause serious damages. Both acute and chronic inflammations are mediated by cytokines produced by macrophages activated in two ways (M1-M2 polarization), which are related to the alternative pathways of arginine metabolism. The most important signalling routes are phosphorylation processes catalyzed by protein kinases, and t hey are only partly known. Our experiments will be on human and murine cells and their results may be compared. Kinases are inhibited by certain apolar small molecules in more or less specific way. Isoforms of protein kinase D belong to the less known kinases. PKD 2 and 3 isoforms are overexpressed in tumor cells, however, it is not known why is this advantageous for cancer cells. Efficient and selective PKD inhibitors are not actually available in clinical trials. The efficient inhibition of PKD is also possible via their interacting partners, one of them is the Hsp90 heat shock protein. Several Hsp90 inhibitors are involeved in clinical studies, the commercial availability of Ganetespib is expected soon. We should like to study the interactions between PKD isoforms and Hsp90 in details. The actually available best PKD and Hsp90 inhibitors would be applied on carcinoma cell lines. The expression of heat shock proteins is regulated by the stress-induced phosphorylation-mediated activation of HSF-1 transciption factor. The protein kinase involeved in thsi process is not known yet, our studies may also contribute to its recognition. The investigations on three different biological functions of macrophages (phagocytosis, antitumor effect, Warburg-effect) and their relationship with phosphorylation pathways may result in new targets for kinase inhibitors. The selectivity of kinase inhibitors is also an efficient tool int he verification of signalling routes. A special value of our project is the simultaneous study of kinases involved in inflammations and tumors, using a great, diverse molecular library (consisting of 17000 compounds), whose components may be synthesized experimentally. This raises the idea of the identification and further therapeutical utilization of both anti-inflammatory and antitumor molecules.
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.
Inflammations play an important role in the immune defense, but the disturbances in their regulation may cause diseases in the organism. Macrophages participating in inflammatory processes can be activated in two ways. M1 polarization has a role in acute inflammations while predominant M2 polarization favors chronic inflammations and tumors. During the two activations different cytokine genes are expressed and different signaling routes are activated by protein kinase enzymes. They have important roles also in the signals of cancerous cells. Protein Kinase D enzymes (PKDs) constitute a small group of kinases, yet they have central functions in these signaling pathways participating in the control of cell growth, movement and the formation of new vascular tubes. Overfunction of PKDs plays critical role in certain type of tumors, however, the complex network of PKD interactions is not discovered and there is still no marketed drug to inhibit pathological PKD function. In the current project proposal we plan to research the interaction of PKDs with another central regulator protein, the Hsp90. The interactions of PKD with HSF-1 factor activated by a stress-induced phosphorylation is also planned to study. Our aim is to discover new phosphorylation signals in macrophages and tumor cells, whose roles would be verified by kinase inhibitors, using a kinase inhibitor library containing 17 000 molecules. The study of kinase inhibitors may serve as a basis to establish new therapies against chronic inflammations and tumors. Efficient inhibitors of Hsp90 may also abrogate PKD function through the inhibition of Hsp90 promising a new therapeutic approach in PKD-driven malignancies.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
