 |
The potential role of ferroptosis in citotoxicity induced by high dose ascorbate and acetaminophen treatment
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
129593 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Szarka, András |
| Title in Hungarian |
A ferroptózis lehetséges szerepe a nagy dózisú aszkorbinsav és acetaminofen kezelés kiváltotta citotoxicitásban |
| Title in English |
The potential role of ferroptosis in citotoxicity induced by high dose ascorbate and acetaminophen treatment |
| Keywords in Hungarian |
farmakológiai aszkorbát, sejthalál, ferroptózis, oxidatív stressz, acetaminofen, gyógyszer toxicitás |
| Keywords in English |
pharmacologic ascorbate, cell death, ferroptosis, oxidatíve stress, acetaminophen, drug toxicity |
| Discipline |
| Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Toxicology |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Department of Applied Biotechnology and Food Science (Budapest University of Technology and Economics) |
| Participants |
Czobor, Ádám
Hajdinák, Péter
Kapuy, Orsolya
Lőrincz, Tamás
Tisza, Anna
|
| Starting date |
2018-10-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
16.716 |
| FTE (full time equivalent) |
3.89 |
| 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 pályázat alapjául szolgáló közleményünkben kimutattuk, hogy a 2012-ben leírt vasfüggő, glutation (GSH) deplécióval és/vagy glutation peroxidáz 4 (GPX4) gátlással járó, kaszpáz független sejthalál forma a ferroptózis szerepet játszik a májsejtek nagy dózisú acetaminofen (APAP) kezelés hatására kialakuló sejthalálában. Kiindulási hipotézisünket az APAP kiváltotta sejthalál karakterisztikus sajátságaira, mint a kifejezett GSH depléció, GPX gátlás és kaszpázfüggetlenség alapoztuk.
Jelenlegi pályázatunkban a téma részletesebb vizsgálata során célul tűzzük ki, hogy a különböző, APAP indukálta sejtpusztulásban szerepet játszó sejthalál mechanizmusok (nekroptózis, apoptózis, autófágia, ferroptózis) egymáshoz való viszonyát tisztázzuk. Ennek érdekében egy, a korábbi rágcsáló sejtes modellrendszernél jóval fejlettebb humán 2D és 3D tenyésztett bipotens progenitor sejtvonal HepaRG és a humán hepatokarcinoma HepG2 modell sejtrendszereket kívánjuk alkalmazni. Az immortális vonalak alkalmazása továbbá lehetőséget ad arra is, hogy az APAP kezelés hatását összevessük az egyes sejthalál formák induktorainak kezelésével, így feltárhatjuk a ferroptózis többi programozott sejthalál formával kapcsolatos viszonyát. Végezetül tisztázni szeretnénk, hogy a farmakológiai aszkorbát által kiváltott - ferroptózishoz hasonlóan - kaszpázfüggetlenséget, GSH depléciót mutató sejthalálban valóban szerepet kap-e a ferroptózis?
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.
Korábbi saját és független laborok eredményei alapján biztosnak látszik, hogy sem az APAP kiváltotta sejthalál folyamata, sem a tipikus ferroptózis induktorok által kiváltott sejthalál nem tisztán a ferroptózis eddig még nem tisztázott apparátusát mozgósítja. Így tisztázásra vár: 1. Az APAP kiváltotta (máj)sejthalál folyamatában az egyes sejthalál típusok közreműködése. 2. A ferroptózis többi sejthalál formához való kapcsolata. Az is szembetűnő, hogy az APAP kiváltotta sejthalál folyamatához hasonlatosan a farmakológiai aszkorbát által kiváltott sejthalál folyamata is nagymértékben hasonlít a ferroptózis során megfigyelhető folyamatokhoz. Harmadik tisztázandó pontként így a farmakológiai aszkorbát in vitro citotoxikus hatásmechanizmusának vizsgálatát azon belül is a ferroptózis szerepét azonosíthatjuk. Eredményeink alapján tisztázható 1. az APAP kiváltotta sejtelhalás folyamatában szerepet játszó sejthalál típusok pontosabb szerepe, viszonya; 2. a ferroptózis és a többi programozott sejthalál kapcsolata; 3. a farmakológiai aszkorbát precízebb tumor ellenes citotoxicitásának mechanizmusa.
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!
Kísérleti eredményeink hozadéka kettős egyrészt tisztázhatjuk a ferroptózis és más sejthalál formák szerepét az APAP kiváltotta májsejt elhalás folyamatában. Tekintve, hogy az APAP kiváltotta májsejt károsodás a farmakológia, toxikológia egyik legfontosabb modellrendszere ennek elméleti jelentősége számottevő. A folyamat precízebb megértése gyakorlati oldalon hozzájárulhat a gyógyszer kiváltotta májkárosodások elleni hatékony fellépésben. A pályázat másik fontos eredménye lehet a farmakológiai aszkorbát szerepének tisztázása a ferroptózis kiváltásában, illetve a ferroptózis többi sejthalálformával való kapcsolatának feltárása révén a nagy dózisú farmakológiai aszkorbát, más anti-tumor terápiában használt készítmények együttes (kombinált) alkalmazásának lehetőségét teremti meg.
Pályázatunk, a pályázatban résztvevő kutatógárda erőssége, hogy a résztvevők között vannak az APAP kiváltotta májsejt elhalásban nagy rutinnal rendelkező kutatók, egyedüli magyar csoportként kezdtünk el rögtön a felfedezését követően ferroptózissal foglalkozni. A kutatócsoport tagjai, magyar és nemzetközi szinten is jegyzettek az oxidatív stressz és az antioxidánsok (különös tekintettel az aszkorbátra és a GSH-ra) kutatásában. Ugyanakkor a különböző sejthalál mechanizmusok tanulmányozásában is rutinnal rendelkezünk. Így a pályázatban vizsgálat tárgyává tett minden folyamathoz rendelkezünk megfelelő tudású szakemberrel, célműszerrel.
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 pályázat alapjául szolgáló közleményünkben kimutattuk, hogy a láz- és fájdalomcsillapító hatóanyag acetaminofen (pl.: Rubophen, Neo Citrán, Panadol) túladagolása során kialakuló májsejt elhalás folyamatátaban szerepet játszik a 2012-ben leírt vasfüggő, az antioxidáns glutation szint csökkenéssel járó, kaszpáz független sejthalál forma a ferroptózis.
Jelenlegi pályázatunkban a téma részletesebb vizsgálata során célul tűzzük ki, hogy az aceteaminofen túladagolás kiváltotta májsejt pusztulásban szerepet játszó többi sejthalál forma (nekroptózis, apoptózis, autófágia) és a ferroptózis egymáshoz való viszonyát tisztázzuk. Ennek érdekében egy, a korábbi rágcsáló sejtes modellrendszernél jóval fejlettebb humán modell sejtrendszereket kívánunk alkalmazni. A nagy dózisú C-vitamin tumor ellenes hatása molekuláris szinten hasonlóságokat mutat az acetaminofen kiváltotta sejthalállal, ezért meg szeretnénk vizsgálni, hogy valóban ferroptózis játszódik-e le ez esetben is?
Az előbbi folyamat precízebb megértése gyakorlati oldalon hozzájárulhat a gyógyszer kiváltotta májkárosodások elleni hatékony fellépésben. A pályázat második része segíthet a farmakológiai dózisú C-vitamin szerepének tisztázásában, a tumor ellenes terápiában, illetve más tumor ellenes terápiában használt készítményekkel történő együttes (kombinált) alkalmazásának lehetőségét teremti meg.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In our initial study, we showed that the cell death pathway which was initially described in 2012 and shows the traits of iron dependency, glutathione (GSH) depletion and/or glutation peroxidase 4 (GPX4) inhibition, is caspase independent, and is termed ferroptosis, is involved in the cytotoxicity of hepatocytes treated with high dose acetaminophen (APAP). We based our initial hypothesis on the characteristic traits of APAP cytotoxicity e.g. GSH depletion, GPX inhibition and caspase independency.
In the present study our aim is to clarify the relationship of the various cell death pathways (necroptosis, apoptosis, autophagy, ferroptosis) which can be related to APAP induced cytotoxicity. This would be achieved by utilising a more advanced cell culture method compared to our previous murine cellular model: 2D and 3D cell culture systems would be established from human bipotent progenitor – termed HepaRG – and HepG2 hepatocellular carcinoma cell lines. The use of immortal cell lines would enable us to compare the effects of APAP treatment to other known initiators of various types of cell death, thus elucidate the relationship of ferroptosis and other types of cell death pathways. Finally, we would like to investigate whether ferroptosis is involved in the cell death initiated by pharmacologic ascorbate, both sharing the traits of caspase independency and GSH depletion.
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.
According to our previous and independent laboratories results it is certain that neither APAP induced cell death nor cell death induced by typical ferroptosis inducers activate an independent pathway. Thus, it is to be clarified: 1. The relationship of various cell death pathways in APAP induced cell(hepatocyte) death. 2. The relationship of ferroptosis to other cell death pathways. It is also obvious that pharmacologic ascorbate induced cell death is similar to APAP induced cytotoxicity and to cellular processes accompanying ferroptosis. As the third point, we aim to clarify the in vitro cytototoxic mechanism and potentially the role of ferroptosis in the process of cell death induced by pharmacologic ascorbate. Based on our results it can be clarified: 1. The major forms of cell death and their role in APAP induced cytotoxicity; 2. the relationship between ferroptosis and other forms of programmed cell death; 3. a more precise antitumor mechanism of pharmacologic ascorbate.
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.
The benefit of our results is dual. On one hand the role of ferroptosis and other cell death types can be clarified in APAP induced liver cell death. Since the APAP induced liver injury is one of the basic model systems in pharmacology and toxicology it has important theoretical relevance. The more detailed understand of the process can lead to more efficient therapy of drug induced liver injury at the practical side. The other important result of our project can be the clarification of ascorbate as a potential ferroptosis inducer. Furthermore the investigation of the relationship of ferroptosis with the other cell death mechanisms. These results may contribute to the combined application of high dose pharmacologic ascorbate together with conventional agents in anti-tumour therapy.
The strength of our research team is the unique combination of researchers: we can found participants from the field of APAP induced liver cell death, the investigation of ferroptosis and other alternative cell death mechanisms such as apoptosis, autophagy and necroptosis. The members of the research team are internationally recognised experts of oxidative stress and antioxidants, especially in the investigation of ascorbate and glutathione.
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.
In our initial study we demonstrated that ferroptosis the caspase independent, iron dependent cell death type described in 2012 is involved in the death of liver cells due to overdose of acetaminophen (the agent of Rubophen Neo Citran, Panadol).
We aim at the further investigation of the relationship of different cell death types (necroptosis, ferroptosis, autophagy, apoptosis) involved in the cell death of liver cells induced by acetaminophen overdose.
The previously applied rodent primary liver cell model will be changed to the more sophisticated human liver cell model. Since the molecular background of the anti-tumour effect of high dose vitamin C shows similarities to the acetaminophen induced cell death, we aimed the investigation of ferroptosis in this case too.
The more detailed understand of the previous process can lead to the more efficient therapy of drug induced liver injury. The second part of our project may contribute to the clarification of the role of high pharmacologic dose of vitamin C in the anti-tumour therapy and gives the possibility of the combined anti-tumour therapy of high dose vitamin C together with conventional agents.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
