Expression and function of ABC transporters in human stem cells and during cell differentiation  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72057
Type NK
Principal investigator Sarkadi, Balázs
Title in Hungarian ABC transzporterek vizsgálata emberi őssejtekben és a sejt-differenciálódás során
Title in English Expression and function of ABC transporters in human stem cells and during cell differentiation
Keywords in Hungarian őssejt, ABC transzporter, multidrog rezisztencia, sej-tdifferenciáció
Keywords in English stem cells, ABC transporters, multidrug resistance, cell differentiation,
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Ortelius classification: Biochemistry
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Membrane Biology Research Group (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions)
Participants Apáti, Ágota
Cserepes, Judit
Csókay, Katalin
Homolya, László
Laczka, Csilla
Orbán, Tamás
Szabó, Katalin
Szakács, Gergely
Szebényi, Kornélia
Telbisz, Ágnes
Starting date 2008-04-01
Closing date 2011-04-30
Funding (in million HUF) 77.000
FTE (full time equivalent) 13.49
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás célja egyes ABC (ATP-Binding Cassette) transzporterek kifejeződésének és funkciójának vizsgálata emberi őssejtekben és a sejtdifferenciálódás során. Elsősorban a gyógyszer-metabolizmusban és a sejtek lipid-háztartásában alapvető szerepet játszó ABC transzporterek vizsgálatát tűzzük ki célul. Az őssejtekben nagy mennyiségben fejeződik ki az ABCG2 transzporter, míg a sejtdifferenciálódás során változó mértékben jelenik meg az MDR1, az MRP1-10 drog transzporter fehérje, valamint az ABCG1, ill. ABCA1 lipid-transzporter. Ugyanakkor nem ismeretes ezen fehérjék élettani funkciója és kifejeződésük átrendeződése az őssejtdifferenciáció során. A jelen kutatás során egyrészt emberi embrionális őssejtekben és azok differenciálódott formáiban (vérképző, epiteliális és szívizom sejtekben), másrészt ismert progenitor (myelomonocita, proerythroblast és megakaryocita) sejtvonalak differenciálódó alakjaiban tervezzük elvégezni a vizsgálatokat. A kutatócsoportban már rendelkezésre állnak a vizsgálatokhoz szükséges alapmódszerek, így a sejttenyésztő és differenciáltató, a kvantitatív RT-PCR, áramlási citometriás, funkcionális és morfológiai (pl. konfokális mikroszkópos) technikák. Ugyancsak sikerrel alkalmazzuk az ABC transzporterek kifejezésére a lentivírus, ill. transzpozon-alapú módszereket, és a kis gátló RNS-ek kifejezését. A kutatások eredményeként jelentősen előreléphetünk a korai sejtdifferenciálódást befolyásoló gyógyszerhatások és a sejtterápiás lehetőségek pontosabb megismerésében.
Summary
In this project we plan to investigate the expression and function of selected ATP-Binding Cassette (ABC) transporters in human stem cells and during cell differentiation. We focus on studying ABC transporters involved in drug metabolism, xenobiotic resistance, and modulating cellular lipid metabolism. It has been documented that stem cells preferentially express the ABCG2 transporter, while at various stages of cell differentiation the expression of other multidrug (MDR1 and MRP1-10) and lipid transporters (ABCG1 and ABCA1), has been observed. It is still unclear how these expression patterns correlate with tissue differentiation and how these ABC proteins are involved in the physiological function and protection of various cell types. In this project, on one hand, we will study human embryonic stem cell lines and their differentiated derivatives, including hematopoietic, epithelial and cardiac muscle cells. On the other hand, we will examine the differentiation of established progenitor cell lines, including myelomonocytes, proerythroblasts and megakaryocytes. We have already established the key technologies, including stem cell culturing, differentiation, quantitative RT-PCR and flow cytometry marker analysis, confocal microscopy and functional assays, for this project. We have also established lentiviral and transposon-based stable expression of ABC transporters, their tagged versions, as well as the expression of small inhibitory RNAs for their selective down-regulation. As a result of this project we hope to elucidate a functional expression pattern for ABC transporters during early cell differentiation, serving for basis of pharmacological modulation and cell therapy applications of human stem cells.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projektben az ABC (ATP-Binding Cassette) transzporterek kifejeződését és funkcióját vizsgáltuk emberi őssejtekben, valamint követtük a normális és daganatos sejtdifferenciálódás során bekövetkező molekuláris szintű változásokat. Elsősorban a gyógyszerek hatásában, anyagcseréjében, az ellenük kifejeződő rezisztenciában szereplő transzportereket, valamint a sejtmembrán lipid-anyagcseréjében szerepet játszó ABC transzportereket vizsgáltuk. A projekt fontos része volt az emberi embrionális őssejtek speciális tenyésztési és differenciálási módszereinek adaptálása, továbbfejlesztése. Az ABC transzporterek vizsgálata során igazoltuk, hogy a humán embrionális őssejtekben az ABCG2 a legjelentősebb xenobiotikum transzporter, a korai sejtdifferenciálódás során az ABCG2 kifejeződése először emelkedik, majd jelentősen csökken. Megállapítottuk, hogy az ABCG2 mRNS használata különbözik a tumorsejtekben, a differenciálódott szöveti sejtekben, illetve a nem-differenciálódott őssejtekben. Új, transzpozon-alapú módszereket dolgoztunk ki az őssejtek stabil genetikai módosítására, fluoreszcens riporter fehérjék bevitelére. Az ABCG2 és az ABCA1 fehérjék címkézett változatainak kifejezése lehetővé tette a transzporterek sejten belüli lokalizációjának követését. Részletesen elemeztük az ABCG2 multidrog transzporter szerkezet-funkció összefüggéseit, szubsztrátokkal jelentkező kölcsönhatásait, alkalmazásokat fejlesztettünk ki a gyógyszerhatások vizsgálatára.
Results in English
In this project we have studied the expression and function of ABC (ATP-Binding Cassette) transporters in human embryonic and tumor stem cells and followed the changes during normal and tumor cell differentiation at a molecular level. We have focused on the investigation of ABC transporters involved in drug metabolism, cancer multidrug resistance and cellular lipid metabolism. An important part of the project was to establish and further develop proper laboratory conditions and methodologies for culturing and differentiating human pluripotent stem cells. When studying human ABC transporters in human embryonic stem cells we demonstrated the major role of the ABCG2 protein. We found that the expression of this transporter first increases, then greatly decreases during early stem cell differentiation. The use of mRNA was found to be different in the tumor cells, differentiated cells, and pluripotent stem cells, respectively. We have developed new, transposon-based methods for the stable genetic modification of pluripotent stem cells and for the expression of fluorescent reporter proteins. By using tagged versions of the ABCG2 and ABCA1 proteins we could follow the intracellular localization of these transporters. We have studied in detail the structure-function relationships and substrate interactions of the ABCG2 transporter and developed new assays for studying drug interactions.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72057
Decision
Yes





 

List of publications

  
Seres L, Cserepes J, Elkind NB, Törőcsik D, Nagy L, Sarkadi B, Homolya L.: Functional ABCG1 expression induces apoptosis in macrophages and other cell types, Biochim Biophys Acta. 1778, 2378-2387, 2008
Orbán TI, Seres L, Ozvegy-Laczka C, Elkind NB, Sarkadi B, Homolya L: Combined localization and real-time functional studies using a GFP-tagged ABCG2 multidrug transport, Biochem Biophys Res Commun. 367, 667-673, 2008
Szakács, G., Váradi, A, Özvegy-Laczka, C, and Sarkadi, B.: The role of ABC transporters in drug absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicology (ADME-Tox), Drug Discovery Today, 2008
Apáti A, Orbán TI, Varga N, Németh A, Schamberger A, Krizsik V, Erdélyi-Belle B, Homolya L, Várady G, Padányi R, Karászi E, Kemna EW, Német K, Sarkadi B.: High level functional expression of the ABCG2 multidrug transporter in undifferentiated human embryonic stem cells., Biochim. Biophys. Acta, 2008
Hegedűs C, Szakács, G., Homolya, L., Orbán, T.I., Telbisz, Á., Jani, M., and Sarkadi B.: Ins and outs of the ABCG2 multidrug transporter: an update of in vitro functional assays., Advanced Drug Delivery Reviews, 2009
Hegedűs, C, Özvegy-Laczka, C., Szakács, G., and Sarkadi, B.: Interaction of anticancer protein kinase inhibitors with ABC multidrug transporters: substrates and/or inhibitors?, Current Cancer Drug Targets, 2009
Orbán TI, Apáti A, Németh A, Varga N, Krizsik V, Schamberger A, Szebényi K, Erdei Z, Várady G, Karászi E, Homolya L, Német K, Gócza E, Miskey C, Mátés L, Ivics Z, Izsvák Z, Sarkadi B.: Applying a double-feature promoter to identify cardiomyocytes differentiated from human embryonic stem cells following transposon-based gene delivery., Stem Cells, 27, 1077-1087, 2009
Hegedus C, Ozvegy-Laczka C, Apáti A, Magócsi M, Német K, Orfi L, Kéri G, Katona M, Takáts Z, Váradi A, Szakács G, Sarkadi B.: Interaction of nilotinib, dasatinib and bosutinib with ABCB1 and ABCG2: implications for altered anti-cancer effects and pharmacological properties., Brit. J. Pharmacol. 158, 1153-1164, 2009
Hou, Yue-xian; Li, Chang-Zhong; Palaniyandi, Kanagaraj; Magtibay, Paul; Homolya, Laszlo; Sarkadi, Balazs; Chang, Xiu-bao: Effects of putative catalytic base mutation E211Q on ABCG2-mediated methotrexate transport, Biochemistry 48, 9122-9131, 2009
Polgar O, Ediriwickrema LS, Robey RW, Sharma A, Hegde RS, Li Y, Xia D, Ward Y, Dean M, Ozvegy-Laczka C, Sarkadi B, Bates SE.: Arginine 383 is a crucial residue in ABCG2 biogenesis, Biochim Biophys Acta. 1788, 1434-1443., 2009
Katona M, Kiss K, Angyal V, Kucsma N, Sarkadi B, Takáts Z, Szakács G.: A mass spectrometry based functional assay for the quantitative assessment of ABC transporter activity, Rapid Commun Mass Spectrom. 23, 3372-3376, 2009
Sarkadi B, Orbán TI, Szakács G, Várady G, Schamberger A, Erdei Z, Szebényi K, Homolya L, Apáti A.: Evaluation of ABCG2 expression in human embryonic stem cells: crossing the same river twice?, Stem Cells, 28, 174-176., 2010
Nathwani SM, Butler S, Fayne D, McGovern NN, Sarkadi B, Meegan MJ, Lloyd DG, Campiani G, Lawler M, Williams DC, Zisterer DM.: Novel microtubule-targeting agents, pyrrolo-1,5-benzoxazepines, induce apoptosis in multi-drug-resistant cancer cells., Cancer Chemother Pharmacol. 66, 585-596, 2010
Kasza I, Hegyi Z, Szabó K, Andrikovics H, Német K, Váradi A, Sarkadi B, Homolya L.: Model system for the analysis of cell surface expression of human ABCA1, BMC Cell Biol. e-pub 10, 93-104, 2010
Schneider CK, Salmikangas P, Jilma B, Flamion B, Todorova LR, Paphitou A, Haunerova I, Maimets T, Trouvin JH, Flory E, Tsiftsoglou A, Sarkadi B, Gudmundsson K, O'Donovan M, Migliaccio G, Ancāns J, Mačiulaitis R, Robert JL, Samuel A, Ovelgönne JH, Hystad M, Fal AM, Lima BS, Moraru AS, Turčáni P, Zorec R, Ruiz S, Akerblom L, Narayanan G, Kent A, Bignami F, Dickson JG, Niederwieser D, Figuerola-Santos MA, Reischl IG, Beuneu C, Georgiev R, Vassiliou M, Pychova A, Clausen M, Methuen T, Lucas S, Schüssler-Lenz M, Kokkas V, Buzás Z, Macaleenan N, Galli MC, Linē A, Gulbinovic J, Berchem G, Frączek M, Menezes-Ferreira M, Vilceanu N, Hrubiško M, Marinko P, Timón M, Cheng W, Crosbie GA, Meade N, di Paola ML, Vandendriessche T, Ljungman P, D'Apote L, Oliver-Diaz O, Büttel I, Celis P.: Challenges with advanced therapy medicinal products and how to meet them., Nat Rev Drug Discov. 9:195-201, 2010
Greene LM, Nathwani SM, Bright SA, Fayne D, Croke A, Gargliardi M, Mc Elligott AM, O'Connor L, Carr M, Keely NO, O'Boyle NM, Carroll P, Sarkadi B, Conneally E, Lloyd DG, Lawler M, Meegan MJ, Zisterer DM.: The vascular targeting agent Combretastatin-A4 and a novel cis-restricted {beta}-lactam analogue CA-432 induce apoptosis in human chronic myeloid leukemia cells and in ex vivo patient samples including those displaying multidrug resistance., J Pharmacol Exp Ther. 335:302-313., 2010
Sarkadi B, Szakács G.: Understanding transport through pharmacological barriers--are we there yet?, Nat Rev Drug Discov. 9:897-898., 2010
Homolya L, Orbán TI, Csanády L, Sarkadi B.: Mitoxantrone is expelled by the ABCG2 multidrug transporter directly from the plasma membrane., BBA Biomembranes 1808:154-163., 2011
Kolacsek, O., Krízsik, V., Schamberger, A., Erdei, Z., Apáti, Á., Várady, G., Mátés, L., Izsvák, Z., Ivics, Z., Sarkadi, B., and Orbán, T.I.: Reliable transgene-independent method for determining Sleeping Beauty transposon copy numbers, Mobile DNA, in press, 2011
Procházková, J., Kubala, L., Kotasová, H., Gudernová, I., Šrámková, Z., Pekarová, M., Sarkadi, B., and Pacherník, J.: ABC transporters affect detection of intracellular oxidants by fluorescent probes, Free Radical Research, in press, 2011
Brózik, A., Hegedüs, C., Erdei, Z., Hegedüs, T., Özvegy-Laczka, C., Szakács, G., and Sarkadi, B: Tyrosine Kinase Inhibitors as Modulators of ABC Multidrug Transporters: Substrates, Chemosensitizers or Inducers of Acquired Multidrug Resistance?, Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. , in press, 2011




 

Events of the project

  
2010-06-14 12:06:50
Résztvevők változása



Back »