Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Radiology, nuclear medicine and imaging, radiation therapy (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Radiotherapy
Genomics, comparative genomics, functional genomics (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent
Országos Sugárbiológiai és Sugáregészségügyi Kutat (Office of the Chief Medical Officer)
Participants
Baranyai, Zsolt Bursics, Attila Dede, Kristóf Hegyesi, Hargita Jakab, Ferenc Kótai, Zsuzsa Lumniczky, Katalin Mersich, Tamás Sándor, Ildikó Nikolett Schilling-Tóth, Boglárka Szatmári, Tünde
Starting date
2009-06-01
Closing date
2013-12-31
Funding (in million HUF)
23.721
FTE (full time equivalent)
15.25
state
closed project
Summary in Hungarian
A sugárterápia következményeként súlyos korai és késői mellékhatások alakulnak ki a daganatos betegek 10-15%-ában. Az egyéni sugárérzékenység, a betegek genetikai háttere jelentős mértékben hozzájárul a mellékhatások létrejöttéhez. Az egyéni érzékenység befolyásolhatja a daganatos szövetek sugárérzékenységét is, mivel a normál és daganatsejtek genetikai háttere az onkogén elváltozásoktól eltekintve azonos. A sugárérzékenységben szerepet játszó gének azonosításával és sugárterápia előtti vizsgálatával megjósolható lehet mind az egészséges, mind pedig a daganatos szövetek sugárreakciója. Elsődleges célunk a sugárérzékenységben szerepet játszó gének azonosítása. Emellett tanulmányozni szeretnénk, hogy az általunk korábban azonosított konszenzus sugárválasz géneknek milyen szerepe van a sugárérzékenységben, működésük milyen sejtszintű folyamatokat befolyásol. A sugárérzékenységben szerepet játszó gének azonosítására normál, sugárérzékeny és rezisztens fibroblasztokban nukleotid polimorfizmus (SNP) mikroarray-vel vizsgáljuk a genotípus változásokat, és expressziós mikroarray-vel tanulmányozzuk a sejtek alapszintű és sugárhatásra bekövetkező transzkripciós változásait. Ezt követően a sugárérzékenységben feltételesen szerepet játszó gének működésének vizsgálatára normál fibroblasztokban kis hajtű RNS-ek segítségével vagy kikapcsoljuk, vagy pedig megfelelő expressziós vektorokkal túltermeltetjük őket. Tanulmányozzuk, hogy milyen változások következnek be a sejtek sugárreakcióiban. Az azonosított biomarkerek jelentőségének tanulmányozására egészséges és daganatos szöveteket gyűjtünk műtéti kezelés során olyan végbél tumoros betegekből, akik pre-, vagy post-operatív sugárterápiában részesülnek. A biomarkerek változásait a betegek klinikai reakcióihoz (tumor kontroll, mellékhatások) viszonyítjuk. A javasolt vizsgálatok olyan szűrőeljárások kialakításához vezethetnek, amelyekkel megjósolható a normál és malignus szövetek sugárérzékenysége. Ez elősegítheti az egyéni sugárterápia kialakítását, ami javíthatja a daganatos betegek esélyeit. Emellett, vizsgálatainkkal betekintést nyerhetünk a sejten belüli molekuláris szintű sugárreakciókba is.
Summary
During radiation treatment serious early and late sequels will develop in 10-15% of cancer patients. Individual radiation sensitivity, the genetic background of the patients is one of the major contributors to side effects. Individual susceptibility can influence the radiation sensitivity of tumors, as well, because the genetic background of normal and malignant tissues except from oncogenic alterations are identical. By identification and testing of radiation susceptibility genes before radiotherapy both normal tissue and tumor responses could be predicted. One major goal of this proposal is to identify genes involved in radiation susceptibility. In addition we analyze the role and identify the cellular pathways of selected consensus radiation response genes. To identify genes responsible for radiation susceptibility we plan to genotype radiation sensitive, normal and resistant human fibroblasts by microarrays detecting single nucleotide polymorphisms and to study basal and radiation induced transcriptional alterations by expression arrays covering the human genome. Genes potentially involved in radiation susceptibility will be either silenced by small hairpin RNAs or overexpressed in normal cells and the influence on radiation response and on molecular pathways studied. To investigate the clinical significance of the identified biomarkers, tumor and normal tissue samples will be collected during surgical resection from rectum carcinoma patients treated with pre- or post-operative radiotherapy. Alterations of the potential biomarkers will be analyzed and correlated both to local tumor control and normal tissue reactions. We think that the suggested experiments can lead to the development of screening protocols to predict radiation sensitivity of normal and malignant tissues. This can help the individualization of radiotherapy and improve the outcomes of cancer treatment. In addition we get insights into the mechanisms of radiation-induced cellular pathways.
Final report
Results in Hungarian
Egy lentivírus alapú shRNA construct segítségével a GDF15 expressziót mintegy 25-30%-ára csökkentettük humán fibroblaszt sejtekben. A sejtek sugárérzékenysége 1,5-szeresére nőtt. A GDF15 gén csendesítése meggátolta a sugárzás kiváltotta G2 sejtciklus blokk kialakulását.
Valós-idejű PCR-el tanulmányoztuk a mitokondriális (mt) DNS-ben kialakuló közös deléciók (KD) kialakulást besugárzást követően, amely még kis dózisok esetén is dózis-függően nőtt és magasabb volt sugárérzékeny sejtekben. Sugárérzékeny sejtekben a KD szint mintegy 35 napon át magasabb volt, majd visszatért a normál szintre. Érdekes módon, 49 nappal a besugárzás után a CD szint ismét emelkedni kezdett, amely a sugárzás indukálta mt genom instabilitás jele lehet.
Az immunrendszer sugárválaszban betöltött szerepét vizsgálva azt találtuk, hogy a teljes CD4+ limfocita szám erősebben csökkent besugárzást követően, mint a CD4+Foxp3+ Treg sejtek száma. A Treg-ek kevésbé voltak érzékenyek sugárzás gerjesztette apoptózis kialakulására, mint a CD4+Foxp3- T sejtek. A CD4+Foxp3- és a CD4+Foxp3+ frakciók aránya a proliferálódó CD4+ pool-on belül progresszíven változott a besugárzást követően mutatva a Treg sejtek korábbi regenerációját. A CD4+Foxp3+ sejtek CTLA4 antigént kifejező alpopulációja 2-szeresére nőtt 3 nappal a besugárzást követően. Az IL-10 mRNS mennyisége nőtt a Treg sejtekben. A besugárzás csökkentette a Treg sejtek T-sejt proliferációt gátló hatását.
Results in English
Using a lentiviral shRNA construct against GDF15 we suppressed GDF15 expression in fibroblast cells to 25-30% of the wild type level. Radiation sensitivity of the GDF15 silenced cells increased by about 1.5-fold. It was found that GDF15 silencing inhibited the development of the radiation-induced G2 cell cycle block.
We analyzed the frequency of common deletions (CD) in the mitochondrial (mt) DNA after IR by quantitative real time PCR. In irradiated (IR) cells CD increased with dose and was higher in radiosensitive cells. In radiation sensitive fibroblasts the CD level was increased until 35 days after IR then reduced back to control level by day 42. Interestingly, a second wave of increased CD incidence appeared by day 49 indicating the induction of radiation-induced instability in the mt genome.
Investigating the role of the immune system in radiation response we found that total CD4+ numbers showed stronger decrease after irradiation than CD4+Foxp3+ Tregs. Tregs were less prone to radiation-induced apoptosis than CD4+Foxp3- T cells. The ratio of CD4+Foxp3- and CD4+Foxp3+ fractions within the proliferating CD4+ pool progressively changed after irradiation demonstrating a more dynamic increase in the proliferation and regeneration of the Treg pool. The CD4+Foxp3+ fraction expressing cell-surface CTLA4 antigen increased by 2-fold 3 days after IR. The expression of IL-10 mRNA was upregulated. Irradiation reduced Treg capacity to suppress effector T cell proliferation.
Balogh A, Persa E, Bogdándi EN, Benedek A, Hegyesi H, Sáfrány G, Lumniczky K: The Effect of Ionizing Radiation on the Homeostasis and Functional Integrity of Murine Splenic Regulatory T Cells, Inflamm Res 62(2): 201-12. doi: 10.1007/s00011-012-0567-y, 2013
Lumniczky K. and Sáfrány G.: The Impact of Radiation Therapy on the Antitumor Immunity: Local Effects and Systemic Consequences, CANCER LETTERS (ISSN: 0304-3835) Epub ahead of print: Paper http://dx.doi.org/10.1016/j.canlet.2013.08.024., 2013
Sándor N., Schilling-Tóth B., Kis E., Lumniczky K., Sáfrány G. and Hegyesi H.: GDF-15 targeting by lentiviral mediated shRNA enhances human fibroblast cell response to gamma-radiation, Cell and Tissue Research, submitted, 2014
Bogdándi EN, Balogh A, Felgyinszky N, Szatmári T, Persa E, Hildebrandt G, Sáfrány G, Lumniczky K: Low Dose Radiation Effects on the Immune System of Mice after Total-body Irradiation., Radiat Res. 174(4): 480-9., 2010
Hegyesi H, Sándor N, Schilling B, Kis E, Lumniczky K and Sáfrány G.: Differentially expressed genes associated with low-dose gamma radiation: Growth Differentiation Factor (GDF-15) as a radiation response gene and radiosensitizing target., Radiation Damage in Biomolecular Systems (eds.: G.G. Gomez-Tejedor and M.C. Fuss) Springer Science+Business Media B.V. 2012, Part 3, pp359-370, DOI: 10.1007/978-94-007, 2011
Hegyesi H, Lambert JR, Sándor N, Schilling-Tóth B & Sáfrány G.: Validation of Growth Differentiation Factor (GDF-15) as a Radiation Response Gene and Radiosensitizing Target in Mammary Adenocarcinoma Model, In Breast Cancer - Recent Advances in Biology, Imaging and Therapeutics, edited by Susan J. Done; (InTech Open Access Publisher, ISBN 978-953-307-730-7. pp 381-396., 2011
Hegyesi, H., Schilling-Tóth, B., Sándor, N., Luminiczky, K., Sáfrány, G.: The role of GDF15 in direct and bystander low dose radiation response., ERR2010, The 38th Ann Meeting of ERRS., Sept 5-9, 2010, Stockholm, Sweden, 2010
Hargita Hegyesi, Nikolett Sándor, Boglárka Schilling, Zoltán Wiener, Géza Sáfrány: Validation of Growth Differentiation Factor (GDF-15) as a Low Dose Radiation Response Gene and Radiosensitizing Target, RADAM2010. June 30-July 04, Madrid, Spain, 2010
Sáfrány G., Hegyesi H., Sándor N., Schilling B és Lumniczky K.: Low dose radiation induced transcriptional alterations in bystander primary human fibroblast cells, XIVth Gliwice Scientific Meetings, November 26-27. 2010, Gliwice, Poland, 2010
Schilling-Tóth B, Sándor N, Kis E, Kadhim M, Sáfrány G and Hegyesi H.: Analysis of the common deletions in the mitochondrial DNA is a sensitive biomarker detecting direct and non-targeted cellular effects of low dose ionizing radiation., Mut Res - Fund Mol Mech 716:1-2. 33-39., 2011
Andrea Balogh, Eszter Persa, Enikő Noémi Bogdándi, Anett Benedek, Hargita Hegyesi, Géza Sáfrány, Katalin Lumniczky: The Effect of Ionizing Radiation on the Homeostasis and Functional Integrity of Murine Splenic CD4+CD25+Foxp3+ Regulatory T Cells, PLoS One (beküldve), 2011
