 |
Neurochemistry and plasticity of ’pulse generator’ kisspeptin neurons in the human
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
125393 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Skrapits, Katalin |
| Title in Hungarian |
A "pulzus generátor" kisspeptin idegsejtek neurokémiája és plaszticitása emberben |
| Title in English |
Neurochemistry and plasticity of ’pulse generator’ kisspeptin neurons in the human |
| Keywords in Hungarian |
hipotalamusz, neuropeptidek, kisspeptin, "pulzus generátor", reprodukció |
| Keywords in English |
hypothalamus, neuropeptides, kisspeptin, 'pulse generator', reproduction |
| Discipline |
| Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Neurosciences |
| Department or equivalent |
Reproductive Neurobiology (Institute of Experimental Medicine) |
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2020-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
15.219 |
| FTE (full time equivalent) |
2.10 |
| 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 hipotalamikus neuropeptidek alapvető szerepet játszanak az endokrin és anyagcsere-folyamatok, így a reprodukció szabályozásában is. Széles körben elfogadott nézet, hogy emlősökben, a hipotalamusz arcuatus magjában elhelyezkedő kisspeptint (KP), neurokinin B-t (NKB) és dinorfint együttesen szintetizáló „KNDy” neuronok kulcsfontosságúak az epizodikus gonadotropin-releasing hormon (GnRH)/luteinizáló hormon (LH) szekréció kialakításában („pulzus generátor” sejtek). Míg a laboratóriumi modellállatok segítségével az emlős szaporodás szabályozásának számos kérdése kiválóan tanulmányozható, a laboratóriumunkban korábban tett megfigyelések szerint a feltételezett pulzus generátor KP és NKB idegsejtek emberben más neuropeptid-készlettel rendelkeznek (substance P /SP/, cocaine- and amphetamin regulated transcript /CART/, enkefalin), mint a rágcsálók KNDy neuronjai (dinorfin, galanin). Mivel így a GnRH/LH pulzusok kialakulásának neurokémiai háttere is a fajok között nagymértékben eltérhet, az emberi szövetmintákon tett megfigyelések kiemelkedő jelentőséggel bírnak. Pályázatunk alapfeltevése, hogy az emberi pulzus generátor KP/NKB sejtek neuropeptid-összetétele tükrözi a GnRH/LH pulzus generátor pillanatnyi funkcionális állapotát. A pulzatilis hormon szekréció mechanizmusának megfejtéséhez többes-fluoreszcens immunjelölés és konfokális mikroszkópia alkalmazásával kolokalizációs tanulmányokat végzünk a különböző reproduktív állapotban lévő emberekből származó mintákon. Vizsgálataink középpontjában a KP/NKB neuronokban – feltételezéseink szerint a hormonális állapot függvényében különböző mértékben – kifejeződő neuropeptidek (SP, CART, dinorfin, enkefalin) állnak.
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 reproduktív neuroendokrinológia és egyúttal a szaporodás-szabályozás egyik központi kérdése a 30-60 percenként bekövetkező GnRH/LH szekréciós pulzusok keletkezési mechanizmusának megértése. Az erre irányuló kutatások célja tisztázni a pulzatilis GnRH/LH ürülés neurokémiai hátterét, kiváltképp emberben, ahol a feltételezett „pulzus generátor” KP/NKB sejtek a rágcsálókétól jelentősen eltérő neuropeptid-készlettel rendelkeznek. Feltételezésünk szerint, a pulzatilis LH szekréció mintázatának nemek közötti eltérése, illetve életkor-függése tükröződik az emberi pulzus generátor sejtek neurokémiai karakterében. Első specifikus pályázati célunk kideríteni, hogy különböző hormonális háttérrel rendelkező emberekben a dinorfin kifejeződik-e a KP neuronokban, azaz lehet-e szerepe a pulzus generálásban valamely reproduktív állapotban. Immundetekció szempontjából ideális (rövid post mortem idejű, perfúzió útján fixált) szöveteken végzett kolokalizációs vizsgálatokkal szeretnénk kizárni annak lehetőségét is, hogy korábban tett megfigyelésünk, miszerint az emberi KP neuronok nem tartalmaznak dinorfint, csupán technikai műtermék. Második specifikus célunk megvizsgálni, miként változik a sejttestek, illetve az idegrostok szintjén a neuropeptidek (SP, CART, Enk, KP és NKB) közötti kolokalizáció mértéke a különböző nemű és életkorú egyedekben, feltárva ezáltal az egyes neuropeptidek hormonális állapottól függő plaszticitását. Az emberi GnRH/LH pulzus generátor különböző funkcionális állapotaihoz tartozó koexpressziós mintázatok segítségével betekintést nyerhetünk a pulzatilis hormonszekréciót szabályozó neurotranszmitter folyamatok működésébe.
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 pulzatilis GnRH/LH ürülés elengedhetetlen a szaporodás normális működéséhez; az epizodikus hormonszekréciót kialakító „pulzus generátor” működésében fellépő rendellenességek súlyos reproduktív deficittel járnak. Például, az LH pulzatilitás kóros megnövekedése áll a centrális eredetű női meddőség egyik legfőbb okát jelentő policisztás ovárium szindrómának hátterében. Várható eredményeink segítenek egy új, faj-specifikus GnRH/LH pulzus generátor modell felállításában. Jelen ismereteink szerint ugyanis az emberi pulzus generátor KP/NKB sejtek más neuropeptid-készlettel rendelkeznek (SP, CART, Enk), mint a gyakran használt rágcsáló modellállatok (dinorfin, galanin). A fajok között megfigyelt alapvető eltérések indokolják az emberi szöveteken végzett vizsgálatok elvégzését. Laboratóriumunk 20 éve folytat emberi hipotalamusz mintákon neuroanatómiai vizsgálatokat, melyek folytonosságát egy egyedülálló és folyamatosan bővülő, rövid post mortem idejű emberi hipotalamusz mintákból származó metszetgyűjtemény biztosítja. Továbbá, az Intézetünkben nemrégiben megalakuló Humán Agy Laboratórium olyan kiválóan megőrzött, néhány órával a halál beállta után perfúzió útján fixált szöveteket is rendelkezésünkre bocsát, melyek alkalmasak a halált követően gyorsan degradálódó peptidek/fehérjék kimutatására.
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 agy egy jól körülhatárolható területén, a hipotalamuszban elhelyezkedő idegsejtek fontos szerepet játszanak a hormonális és anyagcsere-folyamatok, így a szaporodás központi szabályozásában. A szaporodást szabályozó hipotalamikus sejtek egymás közötti kommunikációja (jelátvitele) főként neuropeptidek (mint jelek) segítségével valósul meg. A kisspeptint, neurokinin B-t és dinorfint együttesen tartalmazó idegsejtek („KNDy” neuronok) a gonadotropin-releasing hormon/luteinizáló hormon ürülés epizodikus mintázatának kialakításában játszanak nélkülözhetetlen szerepet. E hormonok pulzatilis módon történő szekréciója elengedhetetlen a szaporodás normális működéséhez. Éppen ezért, a reproduktív neuroendokrinológia egyik kulcskérdése a hipotalamikus pulzus generátor működésének pontos mechanizmusa. Emberben a feltételezett pulzus generátor sejtek a kisspeptin és a neurokinin B mellett egy sor olyan neuropeptidet (pl. substance P, cocaine-and amphetamine regulated transcript, enkefalin) is termelnek, melyek az emberi szaporodás modellezéséhez is használt laboratóriumi állatok analóg sejtjeiből hiányoznak. Az emberi szaporodás működésének megértéséhez tehát e neuropeptidek megismerése, szabályozásuk feltérképezése elengedhetetlenül fontos. Jelen pályázatunk alapfeltevése, hogy az emberi kisspeptin és neurokinin B sejtek neuropeptid-tartalma, illetve az együttesen jelenlévő neuropeptidek aránya különböző reproduktív állapotokban más és más. Az eltérő hormonális állapotokhoz tartozó neuropeptid-mintázatok megismerése révén egy új, faj-specifikus modellt szeretnénk felállítani, melynek segítségével mélyebb betekintést nyerhetünk az emberi pulzus generátor működésébe.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Hypothalamic neuropeptides play pivotal roles in the central regulation of endocrine and homeostatic functions, including reproduction. It is widely accepted that neurons co-synthesizing kisspeptin (KP), neurokinin B (NKB) and dynorphin in the hypothalamic arcuate nucleus of laboratory animals form a crucial component of the gonadotropin-releasing hormone (GnRH)/luteinizing hormone (LH) ‘pulse generator’. While laboratory animal species can, indeed, be appropriate models for several aspects of mammalian reproduction, our recent immunohistochemical studies lead to the unexpected observation that KP and NKB neurons contain a very different set of neuropeptides in humans (substance P /SP/, cocaine- and amphetamine regulated transcript /CART/, enkephalin) than in rodents (dynorphin, galanin) and, therefore, the neurotransmitter background of pulsatile GnRH/LH secretion also has to differ substantially among species. The central hypothesis of the proposal is that each different functional state of the human GnRH/LH pulse generator can be associated with a distinct neuropeptide composition of the putative pulse generator KP/NKB neurons. To shed light on the mechanisms underlying the episodic release of GnRH and LH, here we propose to study the colocalization patterns of KP, NKB, CART, SP, dynorphin, enkephalin in the infundibular nucleus of human subjects at different reproductive statuses, using immunofluorescent techniques coupled with quantitative confocal analysis.
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.
A central question of reproductive neuroendocrinology and a key to understand the regulation of fertility is the mechanism which creates the GnRH/LH secretory pulses at 30-60 min intervals. The long-term goal of these studies is to clarify the neurotransmitter background of pulsatile GnRH/LH secretion specifically in the human, a species which seems to possess a very different set of neuropeptides in the putative pulse generator KP and NKB neurons. We hypothesize that sex- and age-related differences in the pattern of pulsatile LH secretion are reflected in the differential synthesis/colocalization of neuropeptides in infundibular neurons. In the first specific aim, we will study the presence/absence of dynorphin (Dyn) signal in human KP cells from samples of different endocrine statuses. This will clear if Dyn plays a regulatory role in the generation of pulses at any reproductive state. The inclusion of some perfusion-fixed and optimally handled human tissues in these colocalization studies will exclude the possibility that the absence of Dyn in human KP cells is a technical artifact. In the second specific aim, we will determine how the extent of colocalization between SP, CART, Enk, KP and NKB depend on the age and the sex. These studies will be carried out separately in cell bodies and neuronal fibers, and they will reveal the endocrine status-dependent plasticity of the single neuropeptides. By being able to associate the distinct neuropeptide co-expression patterns with the different functional states of the GnRH/LH pulse generator, we will obtain basic insight into the neurotransmitter mechanisms of pulsatile hormone secretion in the human.
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.
Episodic GnRH/LH secretion is crucial in the maintenance of normal reproductive functions; failure of the hypothalamic pulse generator system leads to serious reproductive deficits. For example, an important pathophysiological feature of polycystic ovary syndrome, the most common cause of infertility in women, is increased LH pulsatility. Our results will help us build a new and species-specific model for the human GnRH/LH pulse generator which apparently uses a neuropeptide set that considerably differs from that of laboratory rodents (e.g. presence of SP, CART and Enk in human vs. dynorphin and galanin in rodent KP/NKB neurons). Species differences provide a strong rationale for carrying out neuroanatomical studies on human tissues. Our laboratory has 20 years of experience in neuroanatomical studies on human hypothalamic samples as well as a unique and growing collection of hypothalamic sections archived from human subjects shortly post mortem. Moreover, optimally processed tissue specimens fixed by brain perfusion shortly after death have recently become available for us from the Human Brain Laboratory of our Institution.
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.
Neurons located in a brain region called hypothalamus play pivotal roles in the central regulation of endocrine and homeostatic functions, including reproduction. Hypothalamic cells regulating fertility mostly communicate using a set of neuropeptides for interneuronal signal transmission. Those co-synthesizing the neuropeptides kisspeptin, neurokinin B and dynorphin (‘KNDy’ neurons) in the hypothalamic arcuate nucleus of laboratory animals are the major regulator of episodic gonadotropin-releasing hormone/luteinizing hormone secretion. This pulsatile hormone secretion is critical in the maintenance of normal reproductive functions, therefore, understanding how the hypothalamic pulse generator works, is a key question of the reproductive neuroendocrinology. In human, the putative pulse generator neurons contain a series of neuropeptides (e.g. SP, CART, Enk) in addition to kisspeptin and neurokinin B which is different from the set of neuropeptides that the analogous neurons of different laboratory animals use. In order to understand the regulation of human reproduction, information about the identity and regulation of these hypothalamic neuropeptides is indispensable. In this proposal, we hypothesize that different reproductive states of the human are reflected by distinct neuropeptide consistence within human kisspeptin/neurokinin B neurons. By being able to associate neuropeptide colocalization patterns with various endocrine statuses, we will be able to develop a new and species-specific model for the human LH pulse generator which apparently uses considerably different neuropeptide cocktail in humans than laboratory animals.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
