Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
60 %
Biological basis of neurological and psychiatric disorders (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Department of Medical Physics and Informatics (University of Szeged)
Participants
Domoki, Ferenc Institóris, Ádám
Starting date
2006-01-01
Closing date
2009-12-31
Funding (in million HUF)
3.693
FTE (full time equivalent)
0.12
state
closed project
Summary in Hungarian
Patkányokban az a. carotis communisok végleges lezárásával (2VO) mérsékelt agyi ischaemia idézhető elő. Ezt az állatkísérletes modellt széles körben alkalmazzák a hipoperfúzió által okozott magatartási zavarok és neuropathológiai eltérések tanulmányozására, az időskori kognitív eltérések és az Alzheimer kór patomechanizmusának megértése céljából. Az elmúlt évek során intenzíven tanulmányoztuk, hogy miként érhető el hatásos neuroprotektív beavatkozás a mitochondriumok ATP függő K+- csatornáira ható szerek segítségével. Munkánk során azt tapasztaltuk, hogy farmakológiai eszközökkel megakadályozhatók a tanulási zavarok, és csökkenthetők a morfológiai elváltozások. Jelenleg is végzett kutatásaink rámutattak, hogy a carotisok elzárását megelőző E vitaminkezelés, ill. közvetlenül a műtéti beavatkozást követő cyclooxigenáz gátlás szintén jótékonyan befolyásolja a patkányok tanulási képességét és mérsékli a sejtpusztulást. Jelen pályázatunkkal arra keresünk választ, hogy létezik-e olyan közös út az effektívnek talált beavatkozások során, amely nem kerülhető el és feltétlenül szükséges a hatékony terápiához. A patkány agy legsérülékenyebb struktúráival, elsősorban a hippocampussal kívánunk foglalkozni, és elemezni kívánjuk a fenti farmakológiai beavatkozások hatását. A munka során mérnénk a hippocampális reaktív oxygen gyök (ROS) termelést, és elemeznénk a mitochondriumok energetikai viszonyait a lekötést követő 1-3. napon. Munkánkban szeretnénk kamatoztatni a nemzetközi együttműködés által nyújtott lehetőségeket (műszerezettség, szakértelem) és szeretnénk feltárni az agyi hipoperfúzió korai fázisának törvényszerűségeit.
Summary
Permanent occlusion of bilateral common carotid arteries (2VO) can induce a moderate ischemia or oligaemia in the rat. This animal model has widely been used to study the hypoperfusion-induced cognitive and neuropathological changes which are also characteristic features in aging and in Alzheimer’s disease. Recently we provided data that mitochondrial KATP (mitoKATP) channels represent a novel therapeutic target for protecting the brain and cerebral vasculature even in chronic hypoperfusion. Our recent studies pointed out that pretreatment with α-tocopherol or the use of cyclooxygenase [COX] inhibitors in the acute phase, 1-3 days right after the occlusion are effective pharmacological interventions and minimize the consequences of the hypoperfusion. The major goal of our research plan is to characterize the nature of the metabolic changes and the energy depletion in the early phase of the cerebral hypoperfusion and to find out if there is a common pathway in the effective treatment strategies. We aim at the most vulnerable parts of the brain and we are to explore how 2VO affects hippocampal production of reactive oxygen species (ROS), ATP depletion and mitochondrial vulnerability in the early phases of the oligaemia. . We are going to test the effects various therapeutic approaches (pretreatment with vitamin E, with drugs acting on the mitoKATP channels, and with non-selective and selective COX inhibitors). We hope that our findings will be useful in understanding the nature of hypoperfusion-induced cerebral injuries.
Final report
Results in Hungarian
A krónikus agyi hipoperfúzió szoros összefüggésben áll az kognitív funkciók időskori romlásával, valamint az Alzheimer kórral. Patkányban a kétoldali carotis com. elzárásával olyan állatmodellt sikerült kialakítani, amely segítségével eredményesen tanulmányozható a krónikus agyi hipoperfúzió számos aspektusa (neuronális károsodás, mikroglia aktiváció stb.). A jelzett kórfolyamatban számos tényező, köztük az oxidatív stressz is szerepet játszik. Kísérleteinkben a prooxidáns és antioxidáns enzimek változásait jellemeztük a hipoperfúzió korai szakaszában. Western blot analízissel vizsgáltuk a COX-2, and endotheliális, a neuronális és az indukálható NOS izoformák, valamint az MnSOD változásait különböző agyi régiókban(hippocampus, cortex). Eredményeink szerint a COX-2 és eNOS enzimek jelentősen megemelkednek a hipoperfúzió korai szakaszában (< 1 hét), míg az nNOS, az iNOS és az MnSOD szintek nem változnak számottevően. Továbbá primer neuron sejtkultúrán vizsgáltuk a korai prekondicionálás mechanizmusát és kerestük a kialakuló védelemben szerepet játszó intracelluláris komponenseket. Eredményeink szerint a reaktív oxigén specieszektől függő és –független prekoncicionálás alakítható ki különböző sejtalkotókra (plazma membrán, mitochondrium stb.) ható vegyületekkel. Ezek alapján a hipoperfúzió által okozott sejtkárosodások és az endogén citoprotekció új mechanizmusait sikerült jellemeznünk
Results in English
Chronic cerebral hypoperfusion is associated with a cognitive decline which is prevalent during senescence or Alzheimer's disease. Its animal model compromises permanent occlusion of the common carotid arteries (2VO) in rats, which results in neuronal damage and microglia activation. Various mechanisms, including oxidative stress, have been proposed to be involved in this process. We characterized changes induced in the expressions of several pro-oxidant and antioxidant enzymes in cerebral hypoperfusion. Western blot analysis was applied to determine the expressions of cyclooxygenase-2 (COX-2), endothelial, neuronal and inducible nitric oxide synthase (eNOS, nNOS and iNOS, respectively) and manganese superoxide dismutase (MnSOD). During the early phase of hypoperfusion, the COX-2 and eNOS enzyme levels increased in both the hippocampus and the frontal cortex, indicating the presence of excitotoxicity and vascular reactions caused by ischemia, while the expressions of nNOS, iNOS and MnSOD were less affected. We also investigated the mechanism of immediate preconditioning in cultured rat cortical neurons and elucidated subsequent intracellular events. We characterized how ROS dependent and –independent preconditioning can be induced by various pharmacological compounds aiming at the ion channels of the plasma membrane and the mitochondria. Our finings help in understanding the mechanisms of hypoperfusion-induced cellular damage and endogenous citoprotection.
Busija DW, Bari F, Domoki F, Louis T.: Mechanisms involved in the cerebrovascular dilator effects of N-methyl-d-aspartate in cerebral cortex, Brain Res Rev 56(1):89-100, 2007
Gáspár T, Kis B, Snipes JA, Lenzsér G, Mayanagi K, Bari F, Busija DW.: Neuronal preconditioning with the antianginal drug, bepridil, J Neurochem. 102(3):595-608, 2007
Gáspár T, Katakam P, Snipes JA, Kis B, Domoki F, Bari F, Busija DW: Delayed neuronal preconditioning by NS1619 is independent of calcium activated potassium channels, J Neurochem. 105(4):1115-28, 2008
Gáspár T, Snipes JA, Busija AR, Kis B, Domoki F, Bari F, Busija DW.: ROS-independent preconditioning in neurons via activation of mitoK(ATP) channels by BMS-191095, J Cereb Blood Flow Metab. 28(6):1090-103, 2008
Busija DW, Gaspar T, Domoki F, Katakam PV, Bari F: Mitochondrial-mediated suppression of ROS production upon exposure of neurons to lethal stress: mitochondrial targeted preconditioning., Adv Drug Deliv Rev. 60(13-14):1471-7, 2008
Domoki F, Kis B, Gáspár T, Bari F, Busija DW.: Cerebromicrovascular endothelial cells are resistant to L-glutamate., Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 295(4):R1099-108, 2008
Busija DW, Bari F, Domoki F, Horiguchi T, Shimizu K.: . Mechanisms involved in the cerebrovascular dilator effects of cortical spreading depression., Prog Neurobiol. 86(4):379-95., 2008
Gáspár T, Domoki F, Lenti L, Institoris A, Snipes JA, Bari F, Busija DW.: Neuroprotective effect of adenoviral catalase gene transfer in cortical neuronal cultures., Brain Res. 1270:1-9., 2009
Lenti L, Zimmermann A, Kis D, Oláh O, Tóth GK, Hegyi O, Busija DW, Bari F, Domoki F.: PACAP and VIP differentially preserve neurovascular reactivity after global cerebral ischemia in newborn pigs, Brain Res. 1283:50-7., 2009
Lenti L, Domoki F, Gaspar T, Snipes JA, Bari F, Busija DW.: N-Methyl-D-Aspartate Induces Cortical Hyperemia through Cortical Spreading Depression-Dependent and -Independent Mechanisms in Rats., Microcirculation 4:1-11., 2009
Mracsko E, Hugyecz M, Institoris A, Farkas E, Bari F: Changes in prooxidant and antioxidant enzyme levels during cerebral hypoperfusion in rats, Brain Res. (in press), 2010
Events of the project
2023-07-19 09:01:46
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Élettani Intézet (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).
