 |
A novel way of intervention in soft tissue calcification: preclinical investigations of pyrophosphate action
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
127957 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Váradi, András |
| Title in Hungarian |
Az ektopikus kalcifikáció megakadályozásának új útja: a pirofoszfát hatásának preklinikai vizsgálata |
| Title in English |
A novel way of intervention in soft tissue calcification: preclinical investigations of pyrophosphate action |
| Keywords in Hungarian |
érelmeszesedés, állatmodellek, öregedés, öröklődő betegségek |
| Keywords in English |
arterial calcification, animal models, aging, rare genetic diseases |
| Discipline |
| Biological basis of diseases related to the above (Council of Medical and Biological Sciences) | 75 % | | Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % | | Ortelius classification: Cardiovascular system |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Apáti, Ágota
Balla, József
Dedinszki, Dóra
Fülöp, Krisztina
Kozák, Eszter Zita
Pomozi, Viola
Tőkési, Natália
Welker, Ervin
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
47.956 |
| FTE (full time equivalent) |
6.80 |
| 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 pirofoszfát (PPi) olyan endogen metabolit, amely képes gerincesekben a kötőszöveti meszesedés (CTC) gátlására. A közelmúltbanpublikáltuk, hogy egy régóta fennálló dogmával ellentétben a szájon át történő PPi kezelés esetén a PPi felszívódik emberekben, illetve csökkenti a CTC kialakulását kalcifikációs megbetegedések egér modelljeiben. Eredményeink felvetik, hogy az orálisan adagolt PPi nagy jelentőséggel bírhat ektopikus kalcifikációval járó betegségek kezelésében. Sőt, a kezelés klinikai kipróbálása már elkezdődött. Jelen projekt során preklinikai vizsgálatokat tervezünk a legmegfelelőbb gyógymód/gyógyszer kiválasztására, amely vizsgálatok legjobban úgy jellemezhetőek, hogy hídat képeznek az alap és transzlációs kutatások között, amellett, hogy alapkutatási kérdéseket tesznek fel. Tesztelni fogjuk a PPi kalcifikációt visszafordító hatását. Szintén vizsgálni fogjuk a PPi meszesedést csökkentő hatását ateroszklerózist, sztrókot és traumás sérülésekkel együttjáró heterotopikus kalcifikációt mutató egérmodellekben. Végezetül azt a kérdést tesszük fel, hogyan hat a PPi a patológiás kalcifikációs szöveti területeken található sejtekre. A teljes transzkriptum tanulmányozását olyan megközelítésből kívánjuk végezni, amely mind a kalcifikáció, mind a PPi-hatást elemzi. Ehhez egyrészt olyan makrofágokat vizsgálunk, amelyek feltehetően részt vesznek a szignalizációs folyamatokban, másrészt olyan sejteket, amelyek transzkriptuma megváltozik a makrofágok szignalizációshatására, és az érintett szöveti területen meszesedést okoznak.
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.
Általános hipotézisünk, hogy a pirofoszfát a kötőszöveti meszesedés természetes inhibitora, azonban a szerepe sokkal szélesebb körű lehet, mint jelen tudásunk szerint gondoljuk.
Úgy véljük, hogy in vivo, sejtes és ex vivo kísérletekkel értékes információt nyerhetünk a PPi kötőszövetes kalcifikációban betöltött gátló szerepéről. Két genetikai betegség: a pseudoxanthoma elasticum-ot (PXE) és a Generalized Arterial Calcification of Infancy-t (GACI) mellett vizsgáljuk az ateroszklerózis, a szívinfarktus és a sérülés által indukált heterotróp osszifikáció egérmodelljeit is. Tanulmányozzuk, hogy mennyire hatásos a PPi ezekben az egér modellekben, mi a szerkezete a keletkező kalcium-kristályoknak PPi nélkül és jelenlétében, és meghatározzuk nemcsak a gátló mechanizmus folyamatát, de a PPi meszesedést visszafordító hatását is (ha létezik). Célunk, hogy a transzkriptom analízis segítségével feltárjuk a PPi hatásának szignalizációs útvonalait. Arra is fényt deríthetünk, hogy az érintett területen a különböző sejtek (szöveti őssejtek, intersticiállis sejtek), amelyek már mesenchymális karaktert mutatnak, hogyan indulnak el az osteoblasztikus differenciáció felé és kezdik el a Ca-foszfát felhalmozását.
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, azaz a kálcium-foszfát komplexek kialakulása a kötőszövetekben, számos klinikai állapothoz, pl. öregedéshez, daganatos elváltozáshoz, cukorbetegséghez és autoimmun betegségekhez köthető, ezek a megbetegedések és halálozások főbb okai lehetnek. Jelen tanulmány nagy mértékben hozzásegíthet az ektopikus mineralizáció mechanizmusának megértéséhez a különböző gének mutációja által okozott mendeli öröklődést mutató ektopikus mineralizációval és definiált patomechanizmussal járó megbetegedések esetében. Annak ellenére, hogy a kötőszövetes kalcifikáció és a PPi közötti kapcsolatot a közelmúltban kimutatták, és munkacsoportunk bebizonyította, hogy a PPi szájon át történő adagolásával gátolható a mineralizáció, más patológiás kalcifikációs megbetegedésben a PPi szerepe nem tisztázott. Munkánk jelentőségét mutatja, hogy ektopikus mineralizációval járó számos megbetegedés esetében potenciális kezelések előtt nyílik meg az út. Kalcifikációs megbetegedést mutató állatmodellek használatával jelen tanulmányunk eredményei közvetlenül felhasználhatóak lehetnek klinikailag releváns ismeretek elsajátításához, és az ektopikus kalcifikációs megbetegedések új kezelési módjainak alapjául szolgálhatnak. Ilyen megbetegedéseknek igen széles a spektruma, ide tartozik pl. a cukorbetegség, vese betegségek és számos kardiovaszkuláris kórkép
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.
Munkánk során tanulmányozni fogjuk a természetes metabolit, a pirofoszfát (PPi) hatását kötőszövetes kalcifikációs megbetegedésekben. Ez a patológiás állapot érintheti a bőrt, a szemet, a vesét és a teljes artériás rendszert, mindez súlyos klinikai tüneteket okoz. Állatkísérletekkel kívánjuk vizsgálni, hogy a PPi hogyan gátolja a kalcifikációt, és tanulmányozzuk a gátlás mechanizmusát.
Jelen tanulmány jelentőségét aláhózza a közelmúltban elért eredményünk, amely arra utal, hogy a szájon át történő kezelés egyszerű módja lehet a PPi fiziológiás koncentrációjának hekyreállításában. Ezt megerősíti, hogy (az eredményeinkre támaszkodva) tervezik a szájon át történő PPi kezelés klinikai kipróbálását az USA-ban, és elkezdődött egy kísérleti kezelés néhány Pseudoxanthoma elasticum beteg esetében Finnországban. A betegek szájon át történő PPi kezelésének veszélye feltehetően elhanyagolható, mivel a WHO a PPi-ot nem toxikus fiziológiai metabolitnak tekinti, amelynek a napi maximális tolerálható mennyisége (MTDI) igen magas. Sőt, az élelmiszeriparban a PPi általánosan használt adalékanyag, amiről az Egyesült Államok Élelmiszer-biztonsági és Gyógyszerészeti Hivatala a Szövetségi Törvénykönyvben azt írja, hogy: “Ez az anyag a helyes gyógyszergyártási gyakorlatot betartva biztonságos”. Azt is érdemes megjegyezni, hogy a kötőszövetes elmeszesedéssel járó betegségek gyógyításában a PPi rendkívül olcsó terápiás lehetőséget kínál.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Pyrophosphate (PPi) is an endogenous metabolite inhibiting connective tissue calcification (CTC) in vertebrates. We have published very recently that orally administred PPi - in spite of a long-standing dogma - is absorbed in human and attenuates CTC in animal models of calcification disorders. Our data indicate that oral PPi has a great potential in treatment of disease conditions involving ectopic calcification. Indeed, clinical applications are already initiated. In the present project we plan to perform preclinical studies for precision medicine what are best described as bridges between basic and translational science as well as to address basic science questions. We plan obtain detailed information of the effect of PPi on connective tissue calcification in animal models of two human genetic calcification disorders, and testing the reversing effect of PPi on calcification affecting many organs. We also plan to extend our knowledge on capability of oral PPi to halt mineralization in atherosclerosis, in stroke and in traumatic injury-associated heterotropic ossification animal models. Finally, we are going to determine the mechanism of PPi action on cells in the area of pathological calcification. The approach we plan in the whole transcriptome studies will show both sides of the calcification-PPi action as we will analyse macrophages expected to participate with signaling and various cells able to calcify at the affected tissue area whose trascriptome responds to the signaling.
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.
Our general hypothesis is that pyrophosphate a general natural inhibitor of connective tissue calcification and its role is much wider that the present knowledge suggests.
We expect to gain valuable information on the PPi inhibition on connective tissue calcification from several in vivo, cellular and ex vivo models. These will cover two genetic disorders: pseudoxanthoma elasticum (PXE) and Generalized Arterial Calcification of Infancy (GACI), as well as animal models of atherosclerosis, myocardial infarction and injury-induced heterotopic ossification. We will learn how effective PPi in these models, what is the crystal microstructure formed in the presence of PPi vs. without PPi and we will be able to determine the reversing (if any), not only the inhibiting action of PPi in the investigated calcification models. By transcriptome analysis we plan to uncover signaling pathways of PPi action. We also will be able to learn how various cells at the affected area (adult stem cells, interstitial cells) already showing mesenchymal characters are induced to osteoblastic differentiation and start to accumulate Ca-phosphate deposits.
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 in connective tissues at aberrant locations, has been linked to several clinical conditions, such as aging, cancer, diabetes, and autoimmune diseases, represents major causes of morbidity and mortality. Recent studies on Mendelian ectopic mineralization disorders caused by mutations in distinct genes, with defined pathomechanistic consequences, have been extremely helpful toward elucidation of the mechanisms of ectopic mineralization processes in general. While the connection between the connective tissue calcification genetic disorders and PPi became established recently and we demonstrated that PPi oral supplementation can inhibit mineralization nothing is know about the role of PPi in other pathological calcification conditions. The significance of our studies will open new directions for potential treatments of several calcification disorders caused by, or accompanied with ectopic mineralization. The results of the proposed studies utilizing adequate animal models of calcification disorders and pathological conditions can be directly translated to clinically relevant knowledge and can establish novel interventions of ectopic calcification disorders. The spectrum of such disorders is wide, it includes diabetes, renal diseases and a large array of cardiovascular conditions.
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.
We plan to study the effect of a natural metabolite, pyrophosphate (PPi) on connective tissue calcification. This pathological condition may affect the skin, the eye, the kidney and the complete arterial system causing very severe clinical manifestations. We plan to perform animal studies to see how PPi halts calcification and plan to reveal the mechanism of action.
The project has great translational value as our recent results strongly suggest that oral administration represents a simple route to achieve therapeutic levels of the physiological, non-toxic metabolite PPi in the blood circulation. Indeed, clinical studies of oral PPi (based on our results) are planned in the US and an experimental treatment is started in Finland on a few Pseudoxanthoma elasticum patients. The risk of orally administrated PPi to patients is probably negligible. The WHO considers PPi a nontoxic physiological metabolite with a high maximal tolerable daily intake value (MTDI). Moreover, it is used generally in the food industry as an additive, and the Code for Federal Regulation by the FDA states: “This substance is generally recognized as safe when used in accordance with good manufacturing practice”. It may also worth to note that PPi would represent an unusually low cost treatment of connective tissue calcification disorders.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Suvi Väärämäki, Saku Pelttari, Hannu Uusitalo, Natália Tőkési, András Váradi and Pasi I. Nevalainen: Pyrophosphate Treatment in Pseudoxanthoma Elasticum (PXE)-Preventing Re- Occlusion After Surgery for Critical Limb Ischaemia, SURGICAL CASE REPORTS 2 (4) 1-3 (2019), 2019 | | Yasuyuki Fujii Eszter Kozak Eliane Dutra Andras Varadi Ernst J Reichenberger I‐Ping Chen: Restriction of Dietary Phosphate Ameliorates Skeletal Abnormalities in a Mouse Model for Craniometaphyseal Dysplasia, Journal of Bone and Mineral Research. https://doi.org/10.1002/jbmr.4110, 2020 | | Natália Tőkési, Eszter Kozák, Krisztina Fülöp, Dóra Dedinszki, Nikolett Hegedűs, Bálint Király, Krisztián Szigeti, Kitti Ajtay, Zoltán Jakus, Jeremy Zaworski, Emmanuel Letavernier, Viola Pomozi, András Váradi1: Pyrophosphate therapy prevents trauma-induced calcification in the mouse model of neurogenic heterotopic ossification, J Cell Mol Med. 2020;00:1–9. DOI: 10.1111/jcmm.15793, 2020 | | Hsu VM, Kozák E, Li Q, Bocskai M, Schlesinger N, Rosenthal A, McClure ST, Kovács L, László BB, Szamosi S, Szücs G, Carns M, Aren K, Goldberg I, Váradi A*, Varga J* (*shared last authorship).: Inorganic pyrophosphate is reduced in patients with systemic sclerosis, Rheumatology (Oxford). 2021 Jun Epub ahead of print. PMID: 34152415., 2021 | | Borst, P. ; Váradi, A. ; van, de Wetering K.: PXE, a Mysterious Inborn Error Clarified, TRENDS IN BIOCHEMICAL SCIENCES 44 : 125-140., 2019 | | Kozák E, Fülöp K, Tőkési N, Rao N, Li Q, Terry SF, Uitto J, Zhang X, Becker C, Váradi A, Pomozi V.: Oral supplementation of inorganic pyrophosphate in pseudoxanthoma elasticum., Exp Dermatol. 31(4):548-555., 2022 | | Pomozi V, Julian CB, Zoll J, Pham K, Kuo S, Tőkési N, Martin L, Váradi A, Le Saux O.: Dietary Pyrophosphate Modulates Calcification in a Mouse Model of Pseudoxanthoma Elasticum: Implication for Treatment of Patients., J Invest Dermatol. 2019 May;139(5):1082-1088, 2019 | | Yasuyuki Fujii Eszter Kozak Eliane Dutra Andras Varadi Ernst J Reichenberger I‐Ping Chen: Restriction of Dietary Phosphate Ameliorates Skeletal Abnormalities in a Mouse Model for Craniometaphyseal Dysplasia, Journal of Bone and Mineral Research. https://doi.org/10.1002/jbmr.4110, 2020 | | 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, FRONTIERS IN CELL AND DEVELOPMENTAL BIOLOGY 9 Paper: 628699 , 12 p. (2021), 2021 | | Kozák E, Fülöp K, Tőkési N, Rao N, Li Q, Terry SF, Uitto J, Zhang X, Becker C, Váradi A,* Pomozi Vv * (shared last authorship): Oral supplementation of inorganic pyrophosphate in pseudoxanthoma elasticum., Exp Dermatol. 31(4):548-555., 2022 | | Kozák E, Bartstra JW, de Jong PA, Mali WPTM, Fülöp K, Tőkési N, Pomozi V, Risseeuw S, Norel JO, van Leeuwen R, Váradi A*, Spiering W.* (shared last authorship): 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 Jan 29;12(3):1047., 2023 | | Pomozi V, Julian CB, Zoll J, Pham K, Kuo S, Tőkési N, Martin L, Váradi A, Le Saux O.: Dietary Pyrophosphate Modulates Calcification in a Mouse Model of Pseudoxanthoma Elasticum: Implication for Treatment of Patients., J Invest Dermatol. 2019 May;139(5):1082-1088, 2019 | | Suvi Väärämäki, Saku Pelttari, Hannu Uusitalo, Natália Tőkési, András Váradi and Pasi I. Nevalainen: Pyrophosphate Treatment in Pseudoxanthoma Elasticum (PXE)-Preventing Re- Occlusion After Surgery for Critical Limb Ischaemia, SURGICAL CASE REPORTS 2 (4) 1-3 (2019), 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
