 |
The role of caspase-9 in cross-regulation of tolerogenic and immunogenic cell death pathways
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
125224 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Koncz, Gábor |
| Title in Hungarian |
A kaszpáz-9 szerepe a tolerogén és immunogén sejthalál folyamatok szabályozásában |
| Title in English |
The role of caspase-9 in cross-regulation of tolerogenic and immunogenic cell death pathways |
| Keywords in Hungarian |
gyulladás, sejthalál, nekroptózis, jelátvitel |
| Keywords in English |
inflammation, cell death, necroptosis, signaling |
| Discipline |
| Immunology (Council of Medical and Biological Sciences) | 60 % | | Ortelius classification: Immunology | | Cell differentiation, physiology and dynamics (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Department of Immunology (University of Debrecen) |
| Participants |
Gogolák, Péter
Maléth, József
Molnár, Tamás
Rajnavölgyi, Éva
Türk-Mázló, Anett
Varga, Alíz
Varga, Zsófia
Virág, László
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2021-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
43.084 |
| FTE (full time equivalent) |
9.20 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Nemcsak a sejthalál folyamatok intenzitásának, hanem immunológia kimenetének pontos szabályozása is alapvető a degeneratív betegségek, tumorok, autoimmun és krónikus gyulladási folyamatok kialakulásának elkerülésében. A pályázatban a tolerogén, inflammatorikus és immunogén (az adaptív immunrendszert aktiváló) sejthalál folyamatok egymásra hatását tanulmányozzuk.
A nekroptózis (programozott nekrózis) egy néhány éve felfedezett regulált sejthalál útvonal, amely gyulladást és az adaptív immunrendszer aktivációját is indukálja. A kaszpáz-9 régóta ismert, mint a mitokondriális apoptózis legfőbb szabályozója, de szerepét a nekroptózisban még nem vizsgálták. Hipotézisünk szerint a kaszpáz-9 nélkülözhetetlen a nekroptózis jelátviteli mechanizmusaiban, illetve a mitokondriális apoptózis és nekroptózis átmenet szabályozásában. A mitokondriális apoptózis és a nekrotikus folyamatok egymásra hatása, ezen belül a kaszpáz-9 szerepe egyáltalán nem vizsgált terület.
Előzetes kísérleteinkben három különböző sejtvonalon (humán és egér sejtvonalakon egyaránt) kimutattuk, hogy kaszpáz-9 hiányában a nekroptózis gátlódik, sejthalál receptorok, mintázatfelismerő receptorok aktiválását vagy HSV1 fertőzést követően. A folyamat in vivo vizsgálatához létrehoztunk egy egyedi transzgenikus egértörzset LoxP szekvenciák beépítésével a kaszpáz-9 2. exonjába.
Ez a teljesen eredeti hipotézis, amelyet három különböző sejtvonalon, többféle receptor aktiválásával kapott, egymást erősítő eredményekkel támasztunk alá, áttörő újdonságot hozhat a nekroptotikus folyamatok tanulmányozásában és számottevő klinikai potenciállal is kecsegtet a tolerogén/immunstimuláló sejthalál formák átmenetének szabályozásában
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.
Hipotézisünk szerint a kaszpáz-9 nélkülözhetetlen a nekroptózis jelátvitelében, valamint szabályozza az apoptotikus és nekrotikus jelpályák kölcsönhatását.
Molekuláris és genetikai módszerekkel és in vivo tervezzük vizsgálni
I. hogyan vesz részt a kaszpáz-9 a nekroptózisban
•A nekroptózis jelátvitelének jelenleg ismert lépéseit vizsgáljuk kaszpáz-9 jelenlétében és hiányában, hogy meghatározzuk a jelátvitel melyik szakasza kaszpáz-9 függő.
•Vizsgáljuk milyen molekulák kapcsolódnak a kaszpáz-9-hez a nekroptózis során.
•Tisztázzuk, hogy a kaszpáz-9 mely struktúrális összetevői (fragmensek, domének) vesznek részt a nekroptózis szabályozásában.
•Vizsgáljuk, hogy a kaszpáz-9 részt vesz-e a sejthalál receptor független nekroptotikus folyamatokban, mint a Toll-like receptork vagy egyes patogének által kiváltott nekroptózisban.
•Cre-Lox transzgenikus egértörzsek létrehozásával elvégezzük a kaszpáz-9 kiütését több sejttípusban.
•Több modellrendszerben in vivo bizonyítjuk a kaszpáz-9 szerepét a nekroptózis folyamataiban.
II. a mitokondriális apoptózis és a programozott nekrózis egymásra hatását.
•Meghatározzuk az apoptotikus és nekroptotikus sejthalál útvonalak hierarchiáját, amikor mindkét útvonal aktív, hogy megállapítsuk milyen mechanizmusok biztosítják az apoptózis dominanciáját.
•Tisztázzuk a kaszpáz-9 apoptotikus hasítási fragmentumainak szerepét a nekroptózis szabályozásában.
•Vizsgáljuk a kaszpáz-9 szerepét az inflammaszóma aktivációjában
•Létrehozunk egy in vitro rendszert humán DC-ek keresztprezentációjának vizsgálatához
•Jellemezzük a kaszpáz-9 jelenlétében és hiányában indukált sejthalál folyamatok immunológiai kimenetét.
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 sejthalál útvonalak immunológiai kimenetének (tolerogén, inflammatorikus, immunogén) befolyásolása jelentős klinikai haszonnal járhat a gyulladási folyamatok szövet destrukciójának csökkentésében, a tumorok immunrendszer általi felismerésének fokozásában, a neurodeganeratív betegségek vagy a tumorok kezelésében. A különböző sejthalál útvonalak közös molekuláinak szabályozhatják az eltérő immunológiai kimenetet és a terápiás beavatkozások célmolekulái lehetnek. A javasolt megközelítések új lehetőségeket nyitnak a nekroptózis és egyúttal a mitokondriális apoptózis/nekroptózis átmenet szabályozásában
Az apoptózis/nekroptózis egyensúlyának befolyásolása elsődlegesen fontos lehet:
1. Amikor az apoptotikus útvonalak gátoltak
Az apoptotikus útvonalak különféle tumorokban gyakran sérültek. Ez a tumor növekedés elősegítésén túl, a tumorokat rezisztensé teheti a jelenleg alkalmazott terápiákkal szemben is. Az apoptózis gátlása egyben a nekroptózis aktivációját is megkönnyíti, amely ésszerűvé teszik a nekroptózist, mint célzott terápiás beavatkozást. A nekroptózis, mint immunogén sejthalál aktiválása a tumor immunterápiák alkalmazását is megkönnyítheti. Eredményeink a két útvonal közötti összeköttetés molekuláris kapcsolatait magyarázhatják, ezáltal kombinált terápiák kialakítását is elősegítve.
2. Amikor a nekroptózis kikerül az apoptózis gátlás alól
Eddig nem ismert folyamatok során a nekroptózis képes lehet az apoptózis dominanciáját megszüntetni, és ezáltal hiperaktiválódni. Az apoptózis és nekroptózis interakciójának megértése új stratégiák kialakítását teszik lehetővé a túl intenzív sejthalállal és/vagy túlzott gyulladással a járó kórképekben. Eredményeink tisztázhatják a jelenlegi anti-apoptotikus kezelések veszélyeit is, ugyanakkor új megközelítéseket javasolhatnak az apotózis és nekroptózis egyidejű gátlására.
Hipotézisünk egy intenzíven vizsgált területen jelent teljesen új megközelítést. A párhuzamos előzetes eredményeken és az egyedi in vivo vizsgálati rendszeren alapuló stratégia áttörést jelenthet a nekroptózis mechanizmusainak és az apotózis/nekroptózis átmenet leírásában és ezáltal különböző kórképekben nyithat új utakat a terápiás beavatkozások előtt.
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 többsejtű élőlények bármely sejtje elpusztulhat apoptózissal. Az utolsó néhány évben több az apoptózistól független sejthalál útvonalat is leírtak, köztük a nekrózis egy típusát, a nekroptózist, mely szabályozott program szerint okozza a sejtek pusztulását. A sejthalál intenzitása mellett a sejthalál immunológia kimenete is nagy fontossággal bír. Míg az apoptózissal pusztuló sejtek a szervezet számára nem jelentenek veszély forrást a nekrózis veszély jelként aktiválj aaz immunrendszert. Az apoptózis programjának meghibásodása gyulladást indukáló sejthalál folyamatok aktivációját eredményezi, ami így krónikus gyulladáshoz vezet.
Túlzott intenzitású nekroptózis figyelhető meg, agyi traumák, mint a Parkinson kór, az Alzheimer vagy Huntington betegség, retina leválás, isémia reperfúzió esetében vagy gyulladásos kórképekben, mint a hasnyálmirigy vagy a bélflóra gyulladásos megbetegedései.
A különféle tumorok egyik alapvető jellegzetessége az apoptotikus sejthalál elkerülése. Normál körülmények között az apotózis gátolja a nekroptózis kialakulását, így nekroptózis egy ígéretes folyamat, mely képes lehet ezen tumorok elpusztítására, hiszen az apoptózis gátlása megkönnyíti a nekroptotikus sejthalál útvonalak aktivációját.
Eredményeink segíthetnek annak megértésében, hogy milyen mechanizmusok szabályozzák a különféle sejthalál folyamatok egymásra hatását, ezáltal lehetőséget teremtenek a sejthalál intenzitásának és immunológia kimenetének befolyásolására különböző kórképek esetén.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Beside the intensity of cell death, the immunological outcome of cell death has a fundamental impact on the evolution of degenerative disorders, autoimmune processes, inflammatory diseases and immune survaillence of tumors. This project has undertaken to uncover novel molecular mechanisms involved in crosstalk between various tolerogenic, inflammatory or immunogenic (resulting the activation of adaptive immunity) cell death pathways.
Necroptosis has been considered as a regulated cell death process, which induces the simultaneous activation of inflammation and adaptive immune responses. Caspase-9 (C9) has been discovered as a principal factor of the mitochondrial apoptotic pathway however, its role in necroptosis is still unknown. We hypothesize that C9 is inevitable for necroptosis and acts as a molecular switch between mitochondrial apoptosis and necroptosis. The interplay of the principally tolerogen mitochondrial apoptosis and the inflammatory and immunogen necroptosis has not been investigated so far.
In preliminary experiments we demonstrated in three different cell lines of human and mouse origins both upon stimulation of death receptors, PRRs and HSV1 infection that necroptosis is blocked in the absence of C9. To prove our concept in vivo we have developed an original transgenic mouse model with an inbuilt LoxP sequence within the C9 exon.
The original concept supported by preliminary experiments hold promise of a breakthrough in the field of cell death signaling. The complementary preliminary results obtained by triggering several receptors on different cell lines predict very low risk in project implementation and provide significant clinical potential.
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 our hypothesis caspase-9 is indispensable for necroptosis and regulates apoptotic/necroptotic transition. Using in vitro molecular assays, genetic approaches and in vivo experimental models systems we aim to:
I. Determine the means and mechanisms how caspase-9 contributes to necroptosis;
• Follow up the phase of necroptosis at the level of the formation of molecular complexes and posttranslational modifications in the presence and absence of caspase-9;
• Identify novel caspase-9-associated molecular interactions formed during necroptosis;
• Dissect and characterize structural elements (domains, fragments, residues) required for caspase-9-mediated necroptosis;
• Characterize the role of caspase-9 in death receptor independent necroptosis, such as necroptosis induced by Toll-like receptor ligation or infection by pathogens;
• Demonstrate the in vivo functional relevance of caspase-9 in necroptosis in murine disease models (pancreatitis, sepsis).
II. Characterize the interplay of the intrinsic apoptotic pathway and programmed necrosis
• Demonstrate the hierarchy of the mitochondrial apoptotic and the necroptotic pathways at conditions, where both cell death processes are simultaneously triggered
• Test how can mitochondrial apoptosis dominate necroptosis
• Study the role of caspase-9 fragments/domains in the regulation of necroptosis upon apoptotic stimuli;
• Identify the function of caspase-9 in the course of inflammasome activation;
• Establishment of an in vitro system to study cross-presentation of human DCs
• Identify the immunological characteristics of cell death stimuli in the absence of caspase-9.
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.
Modification of the immunological outcome of cell death processes may allow us to dampen inflammation-driven tissue degradation, facilitate immune recognition of tumors, and optimize treatments for patients with cancer or neurodegenerative disorders. The common molecules of different cell death signals pose attractive targets for pharmacological interventions. The proposed conceptual approaches offer new means to uncover the underlying mechanisms operating in necroptosis and also in the cross-regulation of the mitochondrial apoptotic and necroptotic pathways.
Tipping the balance of apoptosis and necroptosis is of relevant clinical potential:
1. Under compromised apoptotic conditions
Tumor cells often have faulty apoptotic pathways and these defects not only support tumor growth, but also render tumor cells resistant to chemotherapy. The inactivation of apoptosis may sensitize the cells to necroptosis, which rationalizes the activation of necroptosis for therapeutical intervention, restoring the sensitivity of apoptosis- resistant tumors to cell death. The induction of necroptosis may results in immunogenic cell death, it provides ideal conditions for tumor therapy. Our research will also identify mechanistic connections between mitochondrial apoptosis and necroptotic pathways and thus lead to the design of novel and rational combination therapies.
2. Due to hyperintense necroptosis
Under diseased conditions necroptosis could overcome the dominance of apoptosis and become inappropriately activated. Understanding the rules of cross regulation between apoptosis and necroptosis may open up new avenues in the modulation of disease states via interference with unwanted cell death and/or inflammation. The present study may predict the upregulation of necroptosis via the current anti-apoptotic therapies and may lead to novel approaches to the simultaneous inhibition of apoptosis and necroptosis.
Our theory indicates an original approach in a highly competitive area. The strategy based on parallel preliminary results and the unique in vivo model system may explore the singaling of necroptosis and the apoptotic/necrotic transition opening up new avenues for therapeutic intervention in various diseases.
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.
Every single cell type of multicellular organisms has the potential to die by suicide referred to as apoptosis. Over the past decades extensive studies have uncovered novel cell death pathways, which are independent on apoptosis. One of these processes is a type of necrosis that is tightly controlled by an intrinsic cellular program referred to as necroptosis. Beside the intensity of cell death the immunological outcome of this process is of paramount importance. Dysregulation of apoptosis-mediated blockage of inflammatory cell death processes (among them necroptosis) results in chronic inflammation. Increasing number of studies have shown that hyperintense necroptotic cell death contributes to a wide range of human degenerative diseases, including brain trauma in Parkinson disease, Alzheimer and Huntington’s diseases, retinal detachment or ischemia-reperfusion injuries and chronic inflammatory disorders such as acute pancreatitis or intestinal inflammation. Disfunction of the apoptotic pathway may cause the release from apoptosis-mediated inhibition of necroptosis, which suggests a novel concepts for treating cancer. It is based on anti-cancer therapeutics able to restore the sensitivity to cell death programs in apoptosis resistant tumors by directing them to necroptosis. Our preliminary results explore the mechanism of necroptosis and the means how the switch between the different modes of cell death pathways could be regulated. Consequently, the targeted modulation of cell death pathways may offer promising targets for regulating the intensity and the modality of cell death.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
