ABCC6, the key component connective tissue calcification  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
127933
Type NN
Principal investigator Váradi, András
Title in Hungarian ABCC6, a kötőszöveti meszesedés kulcs-szereplője
Title in English ABCC6, the key component connective tissue calcification
Keywords in Hungarian érelmeszesedés, állatmodellek, transzporterek, szerkezet-funkció összefüggések
Keywords in English calcification diseases, animal models, structure-function relationship, transport protein
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Cardiology and cardiovascular medicine (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants Fülöp, Krisztina
Kozák, Eszter Zita
Tőkési, Natália
Varga, Máté
Starting date 2018-09-01
Closing date 2022-08-31
Funding (in million HUF) 47.956
FTE (full time equivalent) 10.80
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 kötőszöveti (ektopikus) meszesedés a test különböző szerveiben kalcium-foszfát lerakódásával járó patológiás folyamat. Az utóbbi évek legfontosabb felfedezése, hogy a hepatocitákból a vérbe történő ATP felszabadulás fontos szerepet játszik a kötőszöveti meszesedés szabályozásában. A szabályozó hálózat első tagja az ABCC6, a hepatociták bazolaterális membránjában elhelyezkedő transzporter. Kutatásunk célja az ATP transzport molekuláris mechanizmusának felderítése a különböző domének, szerkezeti elemek és poszttranszlációs módosítások funkcionális szerepének tanulmányozásával. Emellett egy új állat-modellt hozunk létre az ABCC6 fiziológiás funkciójának vizsgálata céljából. A jelentősebb alprojektek a következők: új in vitro esszé rendszer(ek) kidolgozása az ATP transzport folyamatának vizsgálatára; az ABCC-specifikus intracelluláris loop (L0) és szerkezeti elemeinek vizsgálata, különös tekintettel az intracelluláris foszforilációs helyek fiziológiás funkcióra gyakorolt hatására in vivo kísérleti rendszerben vizsgálva; valamint Abcc6a-/- és Abcc6b-/- génkiütött zebrahal (Danio rerio) mutánsok létrehozása az ABCC6 antimineralizációs aktivitásának vizsgálatára. Ez a modell antikalcifikációs molekulák gyors tesztelésére is alkalamas, és komoly transzlációs lehetőségekkel bírnak.

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.
1) Mi az ABCC6 ATP transzportjának molekuláris mechanizmusa? Az ABCC6 működése és a hepatocitákból történő ATP felszabadulás között kapcsolat kétségtelen, mindazonáltak a pontos mechanizmus a mai napig nem ismert. Kifejlesztünk egy új in vitro biokémiai esszét az ABCC6 ATP transzport mérésére.
2) Mi a szerepe az ABCC család-specifikus doménnek az ABCC6 fiziológiás funkciójában és szubcelluláris lokalizációjában? Ennek megválaszolását a fehérjében található potenciális foszforilációs helyek célzott módosításával valamint deléciós mutánsokkal tervezzük.
3) Mi az ABCC6 hiányából fakadó patológiás meszesedés pontos folyamata, valamint megállítható-e a folyamat in vivo rendszerben farmakológiai beavatkozással? Ezeket a kérdéseket génkiütött zebrahal modellben tervezzük vizsgálni, ez a modell organizmus kis mérete, gyors fejlődése, és áltátszó teste miatt különleges előnyökkel rendelkezik. A génkiütött zebrahalak segítségével egyszerű in vivo tesztrendszert szándékozunk létrehozni a meszesedést gátló vegyületek azonosítására. Ezek az eredmények nagy transzlációs lehetőségeket hordoznak.

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!
Az ektopikus mineralizáció, vagyis a nem megfelelő helyeken jelentkező calcium-foszfát komplexek lerakódása a kötőszövetekben jellegzetes patológiás folyamat az öregedés és számos betegség, a rák, a cukorbetegség, és különböző autoimmun kórképek esetében, jelentős morbiditást és mortalitást okozva. Kutatási tervünk fókuszában a kötőszöveti meszesedés egyik fő szabályozó (gátló) molekulája, az ABCC6 fehérje áll. Kutatócsoportunk az elmúlt években számos jelentős felfedezést tett az ABCC6 kutatásában, egyedülálló helyet szerezve magának ezen a tudományterületen. Kutatásunk szoros kollaborációban zajlik majd egy USA-ban elnyert pályázattal, amelyben a jelen project vezetője aktív résztvevő. Emellett kutatócsoportunk tagja az European Network for Connective Tissue Calcifying Diseases, (COST European Collaboration in Science and Technology) nevű nemzetközi együttműködésnek is. Kutatási tervünk nagy jelentőséggel bír a transzlációs orvoslásban: a zebrahal állat modell kifejlesztése egyedülálló in vivo tesztrendszert teremt a terápiás alkalmazás reményével rendelkező meszesedést gátló molekulák azonosítására.

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 kötőszöveti meszesedés számos betegség jellegzetes velejárója, amely sokféle szövetet és szervet érinthet: az artériákat, a szemet, a vesét, a bőrt illetve az ízületeket. Kutatásunk fókuszában a patológiás meszesedést gátló központi szabályozó molekula, az ABCC6 fehérje áll, egy a májban kifejeződő membrán transzporter, amelynek molekuláris szintű működése nem ismert. Az ABCC6 transzport funkciójának behatóbb vizsgálatát tervezzük, különös tekintettel arra, melyek azok a detereminánsok, amik a transzport aktivitást valamint a molekula plazmamembrán lokalizációját biztosítják. Létrehozunk egy új zebrahal állat modellt, amelyben az ABCC6 funkciója hiányzik. Ez a modell lehetővé teszi, hogy többet tudjunk meg a transzporter élettani működéséről, valamint praktikus rendszer a meszesedést gátló hatású kismolekulák tesztelésére. Az így azonosított gyógyszerjelölt kismolekuláknak komoly esélyük van a terápiás (klinikai) kipróbálásra a kötőszöveti meszesedéssel járó betegségek gyógyításában. Egy a közelmútban általunk tesztelt ilyen meszesedést gátló metabolit esetében már megtörténtek az első lépések a klinikai kipróbálásra egy finnországi kórházban, kollaboráció keretében.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Connective tissue (ectopic) calcification is a process when calcium-phosphate precipitates in various organs and tissues where it is pathological. It was discovered recently that ATP transport from hepatocytes is a key component of regulating cconnective tissue calcification. ABCC6, a plasma membrane transporter is the very first player of the regulatory network. The present proposal aims to uncover the molecular mechanism of ATP transport, to study the role of specific domains, structural elements and posttranslational modifications of ABCC6 and to develop a novel animal model for uncovering the details of ABCC6 physiological function, this aim holds significant translational perspectives. The major subprojects are to establish novel in vitro assay(s) to provide evidence of the ATP transport mechanism; to determine the role of the ABCC6-specific intracellular loop (L0) and several structural elements thereof as well as phosphorylation of specific sites of the ABCC6 protein in intracellular localization and in physiological activity of ABCC6 utilizing a novel in vivo experimental strategy; to develop zebrafish (Danio rerio) Abcc6a-/- and Abcc6b-/- gene knockout mutants to get into the metabolic and physiological details of antimineralization activity of ABCC6 transporter.

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.
We address the questions
1) what is the molecular mechansim of the ATP transport by ABCC6? Although ABCC6 function was unambiguously linked to ATP secretion from hepatocytes the mechanism of action remains unknown. We develop a novel in vitro, biochemical assay to investigate the direct ATP-transport by ABCC6.
2) what is the role of the ABCC family-specific domain in ABCC6 phisiological function and intracellular lo- calization? We address the same question targeting specific potential phosphorylation sites in the protein. In the structure-function studies we will use in vivo models (transgenic mice) what provide more relevant information then the generally used cell culture-based experiments.
3) we intend to answer questions related to the physiology of pathological calcification by establishing a simple in vivo test system in zebrafish (Danio rerio). Due to its small size, short generation time, fast development and transparency zebrafish has become an extremely important genetic model organism of human diseases and pathology. By generating knock out zebrafish we plan to find pharmacological compounds able to halt pathological calcificationand to uncover the details of ABCC6-physiology.

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.
Ectopic mineralization, i.e., deposition of calcium-phosphate complexes on connective tissues in aberrant locations, has been linked to several clinical conditions, such as aging, cancer, diabetes, and autoimmune diseases, representing major causes of morbidity and mortality. The proposal focuses on one of the key proteins of the regulatory mechanism of connective tissue calcification. Our group made several pioneering discoveries in ABCC6 reseach in the past years and established a unique position in the fielsd. The project will be performed in a close cooperation with an US research program in which the PI of the present project is active participant. In addition, the group is involved in the European Network for Connective Tissue Calcifying Diseases", (COST European Collaboration in Science and Technology) further enforcing the international aspects of the research. The proposed work holds significant translational perspectives: development of the novel animal model (zebrafish) will provide a unique in vivo system to test molecules with potential anticalcification, therapeutic properties.

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.
Connective tissue calcification is a common syndrome in many disorders, it effects several organs, like the arteries, eye, kidney, skin, or joints. It represents major causes of morbidity and mortality as it is linked to several clinical conditions, such as aging, cancer, diabetes, various cardio-vascular conditions and autoimmune diseases. The proposed research focuses on one of the key protein component of a physiological network responsible to regulate (to inhibit) this pathological process. The protein, ABCC6 is a membrane transporter in the liver, and its way of action on the molecular level is not fully understood. We will investigate how its transport function is performed, what are the molecular determinants that provide activity and direct the protein to the plasma membrane where its regulatory role is executed. We will develop a new animal model of zebrafish with impaired (knocked out) ABCC6 function. This model allows us to learn more about the overall function of the protein and will serve as a practical system to search for simple, small molecules with the capacity to inhibit calcification. These molecules are strong candidates for drugs with the perspective of introduction to therapeutical (clinical) utilization. One compound we have identified in our recent studies as an anticalcification metabolite is already in the initial steps of clinical application in Finnland.




 

Final report

  
Results in Hungarian
1) Az ABCC6 szerkezet-funkció kapcsolatainak tanulmányozása érdekében létrehoztunk egy monoklonális Ab-t, amely felismeri a hABCC6 egy extracelluláris epitópját.(Kozák et al, FEBS Letters, 2020). Az első és utolsó szerző a projekt résztvevője. 2) Az ABC szupercsalád tagjainak kategorizálása. Részt vettünk egy nagy nemzetközi konzorciumban, amely azért alakult, hogy javaslatot tegyen egy új ABC-transzporter osztályozásra, amely jelenleg hét különböző típust foglal magában a TMD-k szerkezeti homológiája alapján. (Thomas et al, FEBS Letters, 2020). Nagy érdeklődést váltott ki, több mint 60 független idézéssel. 3) Egy- és kettős mutánsokat hoztunk létre a funkcionális ABCC6 paralógok számára zebrahalakban, és jellemeztük meszesedési hibáikat különböző technikák kombinációjával, beleértve a nagy felbontású mikroCT-t is (Czimer et al, From Cell Dev Biol, 2021). Az utolsó szerző a projekt résztvevője. 4) Vizsgáltuk a plazma PPi szintje és az ABCC6 genotípus közötti összefüggést PPi-t mértünk 187 PXE betegnél. Azt találtuk, hogy a pirofoszfát plazmaszintje alacsony pseudoxanthoma elasticumban az ABCC6 gén mutációi miatt, de nem korrelál az ABCC6 genotípussal (Kozák et al, 2023). Az első és az utolsó szerző a projekt résztvevője.
Results in English
1) In order to study structure-function relations of ABCC6 we created a monoclonal Ab recognizing an extracellular epitope of hABCC6 (Kozák et al, FEBS Letters2020). The first and last authors are participant of the project. 2) Categorizing the members of ABC superfamily. We were involved into a large international consortium formed to propose a new ABC transporter classification that currently comprises seven different types based on structural homology in the TMDs. (Thomas et al, FEBS Letters 2020). It generated high interest indicating with 60 independent citations. 3) We created single and double mutants for the functional ABCC6 paralogs in zebrafish and characterized their calcification defects with a combination of techniques including high resolution microCT (Czimer et al, From Cell Dev Biol, 2021). The last author is participant in the project. 4) We investigated the association between plasma PPi level and ABCC6 genotype PPi was measured in 187 PXE patients. We found that plasma level of pyrophosphate is low in pseudoxanthoma elasticum due to mutations in the ABCC6 gene, but it does not correlate with ABCC6 genotype (Kozák et al, 2023). The first and the last authors are participants in the project.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=127933
Decision
Yes





 

List of publications

  
Eszter Kozák, Jonas W. Bartstra, Pim A. de Jong , Willem P. T. M. Mali , Krisztina Fülöp, Natália Tőkési, Viola Pomozi, Sara Risseeuw , Jeannette Ossewaarde-van Norel , Redmer van Leeuwen , András Váradi and Wilko Spiering: Plasma Level of Pyrophosphate Is Low in Pseudoxanthoma Elasticum Owing to Mutations in the ABCC6 Gene, but It Does Not Correlate with ABCC6 Genotype, J. Clin. Med. 2023, 12(3), 1047; https://doi.org/10.3390/jcm12031047, 2023
Borst P, Váradi A, van de Wetering K.: PXE, a Mysterious Inborn Error Clarified., Borst P, Váradi A, van de Wetering K. Trends Biochem Sci. 2019 Feb;44(2):125-140., 2019
Kozák, E.1,2, Szikora, B.2,3, Iliás, A. 2, Jani, P.K.3, Hegyi, Z.1, Matula, Zs.1, Dedinszki, D.1, Tőkési, N.1, Fülöp, K.1, Pomozi, V.1, Várady, Gy.1, Bakos, É.1, Tusnády, G.1, Kacskovics, I.2, 3,*, and Váradi, A1,*.: Creating a mAb recognizing an extracellular epitope of hABCC6, FEBS LETTERS in press, 2020
Christoph Thomas1*, Stephen G. Aller2, Konstantinos Beis3, Elisabeth P. Carpenter4, Geoffrey Chang5, Lei Chen6, Elie Dassa7, Michel Dean8, Franck Duong Van Hoa9, Damian Ekiert10, Robert Ford11, Rachelle Gaudet12, Xin Gong13, I. Barry Holland14, Yihua Huang15, Daniel K. Kahne12, Hiroaki Kato16, Vassilis Koronakis17, Christopher M. Koth18, Youngsook Lee19, Oded Lewinson20, Roland Lill21, Enrico Martinoia22, Satoshi Murakami23, Heather W. Pinkett4, Bert Poolman25, Daniel Rosenbaum26, Balazs Sarkadi27, Lutz Schmitt28, Erwin Schneider29, Yigong Shi30, Show-Ling Shyng31, Dirk J. Slotboom25, Emad Tajkhorshid32, D. Peter Tieleman33, Kazumitsu Ueda34, András Váradi27, Po-Chao Wen32, Nieng Yan35, Peng Zhang36, Hongjin Zheng37, Jochen Zimmer38, and Robert Tampé1*: Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters, FEBS Letters doi:10.1002/1873‐3468.13935, 2020
Kozák E, Szikora B, Iliás A, Jani PK, Hegyi Z, Matula Z, Dedinszki D, Tőkési N, Fülöp K, Pomozi V, Várady G, Bakos É, Tusnády GE, Kacskovics I, Váradi A.: Creating a mAb recognizing an extracellular epitope of hABCC6, FEBS LETTERS 595(6):789-798., 2020
Christoph Thomas1*, Stephen G. Aller2, Konstantinos Beis3, Elisabeth P. Carpenter4, Geoffrey Chang5, Lei Chen6, Elie Dassa7, Michel Dean8, Franck Duong Van Hoa9, Damian Ekiert10, Robert Ford11, Rachelle Gaudet12, Xin Gong13, I. Barry Holland14, Yihua Huang15, Daniel K. Kahne12, Hiroaki Kato16, Vassilis Koronakis17, Christopher M. Koth18, Youngsook Lee19, Oded Lewinson20, Roland Lill21, Enrico Martinoia22, Satoshi Murakami23, Heather W. Pinkett4, Bert Poolman25, Daniel Rosenbaum26, Balazs Sarkadi27, Lutz Schmitt28, Erwin Schneider29, Yigong Shi30, Show-Ling Shyng31, Dirk J. Slotboom25, Emad Tajkhorshid32, D. Peter Tieleman33, Kazumitsu Ueda34, András Váradi27, Po-Chao Wen32, Nieng Yan35, Peng Zhang36, Hongjin Zheng37, Jochen Zimmer38, and Robert Tampé1*: Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters, FEBS Letters doi:10.1002/1873‐3468.13935, 2020
Czimer D, Porok K, Csete D, Gyüre Z, Lavró V, Fülöp K, Chen Z, Gyergyák H, Tusnády GE, Burgess SM, Mócsai A, Váradi A, Varga M. A: New Zebrafish Model for Pseudoxanthoma Elasticum., Front Cell Dev Biol. 2021 Mar 9;9:628699., 2021
Kozák, Eszter ; Fülöp, Krisztina ; Tőkési, Natália ; Rao, Nidhi ; Li, Qiaoli ; Terry, Sharon F. ; Uitto, Jouni ; Zhang, Xiaoming ; Becker, Cyrus ; Váradi, András*, Viola Pomozi* (*equal contribution): Oral supplementation of inorganic pyrophosphate in pseudoxanthoma elasticum, Exp Dermatol 31(4):548-555., 2022
Dávid Czimer 1 , Klaudia Porok 1 , Dániel Csete 2 , Zsolt Gyüre 1 , Viktória Lavró 3 , Krisztina Fülöp 4 , Zelin Chen 5 , Hella Gyergyák 4 , Gábor E Tusnády 4 , Shawn M Burgess 6 , Attila Mócsai 2 , András Váradi 4 , Máté Varga 1: A New Zebrafish Model for Pseudoxanthoma Elasticum, Front Cell Dev Biol .Volume 9 | Article 628699, 2021
Thomas C., Aller S.G., Beis K., Carpenter E.P., Chang G., Chen L., Dassa E., Dean M., Duong Van Hoa F., Ekiert D., Ford R., Gaudet R., Gong X., Holland I.B., Huang Y., Kahne D.K., Kato H., Koronakis V., Koth C.M., Lee Y., Lewinson O., Lill R., Martinoia E., Murakami S., Pinkett H.W., Poolman B., Rosenbaum D., Sarkadi B., Schmitt L., Schneider E., Shi Y., Shyng S.-L., Slotboom D.J., Tajkhorshid E., Tieleman D.P., Ueda K., Váradi A., Wen P.-C., Yan N., Zhang P., Zheng H., Zimmer J., Tampé R.: Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters, FEBS LETTERS 594 : 3767-3775., 2020
Borst, P. ; Váradi, A. ; van, de Wetering K.: PXE, a Mysterious Inborn Error Clarified, TRENDS IN BIOCHEMICAL SCIENCES 44 : 125-140., 2019



Back »