A hipotalamikus neuronális energiaszint szabályozásának vizsgálata: Az NTPDázok, mint lehetséges energia-regulátorok szerepe a pozitív gonadotropin feedback során.
Title in English
Regulation of neuronal energy levels in the hypothalamus: NTPDases as possible energy regulators of the positive gonadotrophin feedback.
Keywords in Hungarian
hipotalamusz, neuron, ATP, gonadotropin, pozitív feedback
Animal reproduction biology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Animal Physiology and Health (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants
Frenyó, Vilmos László Győrffy, Andrea Kiss, Dávid Sándor Scalise, Johnson, Trudy Tóth, István
Starting date
2010-08-01
Closing date
2012-07-31
Funding (in million HUF)
19.938
FTE (full time equivalent)
4.23
state
closed project
Summary in Hungarian
Hipotézisünket arra a felfedezésünkre alapozzuk, hogy az ATP-t hidrolizáló, a purinerg szignalizációban részt vevő membránfehérje, az NTPDáz3 aktívan jelen van a hipotalamikus serkentő idegsejtek végződéseinek mitokondriumaiban. Funkcionális vizsgálataink igazolták, hogy a mitokondriális NTPDáz befolyásolja az ADP-függő mitokondriális légzést, így joggal feltételezzük, hogy ezen enzim szerepet játszik az excitatórikus neurotranszmisszióhoz szükséges ATP-szint szabályozásában. Kísérleteink egyértelműen megerősítik vagy cáfolják majd a hipotézisünket. Tervezett munkánk nem a neuronális működés specificitását befolyásoló tényezőket, hanem az idegi működéshez szükséges celluláris energiaszint „korlátozó”, vagy éppen „megengedő” szerepét célozza vizsgálni. A hipotalamikus gátló neuronok energiaszintjének szabályozásában az un. uncoupling proteinek (UCP-k) kulcsszerepet játszanak. Kutatásaink végső soron arra irányulnak, hogy alapkutatási szinten tisztázzák a hipotalamikus gátló- és serkentő idegsejtek differenciált energia (ATP) szabályozó rendszerét, illetve azok (UCP2 és NTPDázok) mikro- és makrokörnyezettől függő integrált működését. Hipotézisünk igazolása esetén mindenekelőtt azt várjuk, hogy a jövőben az agy különböző területeit érintő funkcionális vizsgálatokkor szempontként kerül előtérbe a neuronális „energia-csap”, azaz a sejtek energetikai állapotát meghatározó enzimrendszereknek a mindenkori körülmények közötti vizsgálata is. Emellett azt is várjuk, hogy a konkrét eredmények rámutatnak a pozitív gonadotropin feedback egy újabb szempontból való manipulálási lehetőségére, illetve az esetleges excitotoxicitás megelőzésének egy farmakológiai lehetőségére.
Summary
The proposed work is based on our recent finding that the ATP-hydrolyzing enzyme NTPDase3, that plays an important role in the regulation of purinergic signaling, is actively present in the mitochondria of hypothalamic excitatory neurons. Our functional studies show that mitochondrial NTPDase(s) influence the ADP-dependent mitochondrial respiration; therefore it is reasonable to assume that NTPDases play an important role in the regulation of ATP-stored energy necessary for excitatory neurotransmission. The proposed experiments will clearly show whether or not our hypothesis is correct. Instead of dealing with various factors specifying the function of neurons, here we aim to investigate the role of cellular „function-limiting” or „function-allowing” enzymes in the regulation of cellular energy levels. The key role of uncoupling proteins (UCPs) in the regulation of cellular energy levels of hypothalamic inhibitory neurons is well established. It is a major goal of our laboratory to determine the nature of such a function in hypothalamic excitatory neurons, and to clarify the integrated function of these distinct energy-regulating systems (UCP2 and NTPDase3) in hypothalamic neural circuits under various biological conditions. On the one hand, we expect that confirmation of our hypothesis will motivate the relevant research community to also consider the investigation of neuronal energy levels and involved enzyme systems when characterizing neuronal functions; on the other hand, results from the proposed studies will point to novel ways of approach for the manipulation of the positive gonadotrophin feedback, and will also shed light on possible pharmacological methods for the prevention of neuronal excitotoxicity.
Final report
Results in Hungarian
Pályázatunk fő célja, hogy a serkentő idegi működéshez szükséges celluláris energiaszint „korlátozó”, vagy éppen „megengedő” szerepét vizsgáljuk. A hypothalamicus (HT) NTPDáz3 ATP-szabályzó szerepét a tervezettnél szélesebb spektrumban vizsgáltuk, valamint figyelembe vettük, hogy a HT egyszerre több homeosztatikus funkció idegi központja. Ezért figyelembe vettük az érintett homeosztatikus folyamatokat szabályzó idegi struktúrák átfedéseit és a közös mechanizmusokat. A kísérletek két, egymással szorosan összefüggő folyamat elemzésére terjedtek ki, melyek eredményei a következők szerint foglalhatók össze:
1. A mitokondriális metabolizmus, beleértve az NTPDáz3 aktivitását is, valamint a hypothalamus O2 ellátása, az ösztrusz ciklushoz, illetve annak egyes fázisaihoz igazodó hullámzó tendenciát mutatott; Ez a hullámzó tendencia az állatok több mint 80 %-ában a hypothalamusnak csak az egyik féltekéjében mutatkozott, míg az ellenoldali félteke mitokondriális metabolizmusa a ciklus minden fázisában egyenletes, kiegyenlített tendenciát mutatott.
2. Az ADP-függő 3-as típusú mitokondriális légzés korrelál a korábbi kísérleteink szerint leírt gyors ütemű, nagyszámú hypothalamicus excitatórikus szinapszis létrejöttének és aktivitásának idejével, ami az ösztrusz ciklus proösztrusz-korai ösztrusz fázisainak idejére esik.
3. Az 1-5-ös típusú mitokondriális légzés elemzése azt valószínűsíti, hogy a mitokondriális NTPDáz3 blokkolása átfogóan lassítja a mitokondrium metabolizmusát.
Results in English
The project’s main goal was to examine the limiting/permissive role of the cellular energy levels in hypothalamic (HT) excitatory neuronal activity. Considering that the HT is the regulatory center of more than one homeostatic systems, investigations on the ATP-regulating activity of hypothalamic NTPDase3 were more detailed than originally outlined. Hypothalamic structural and functional overlaps were considered. Studies included two major lines of experiments with result summarized as follows:
1.) The mitochondrial metabolism, including the NTPDase3 activity, and the hypothalamic O2 supply showed a fluctuating pattern corresponding to the phases of the estrous cycle. This phenomenon could only be observed in either the left or right hypothalamic hemispheres in cca. 80 percent of the animals, while the contralateral hemishere showed no such fluctuations.
2.) The ADP-dependent State 3 (St3) mitochondrial respiration correlates with the rapid generation and function of excitatory synapses during late proestrus and early estrus.
3.) Analysis of St1-5 data imply that inhibition of mitochondrial NTPDase3 function leads to overall down-regulation of mitochondrial metabolism.
Somogyi V, Gyorffy A, Scalise TJ, Kiss DS, Goszleth G, Bartha T, Frenyo VL, Zsarnovszky A: Endocrine factors in the hypothalamic regulation of food intake in females: a review of the physiological roles and interactions of ghrelin, leptin, thyroid hormones, oestrogen and insulin., Nutr Res Rev. 22:1-23., 2011
Scalise TJ, Győrffy A, Tóth I, Kiss DS, Somogyi V, Goszleth G, Bartha T, Frenyó LV, Zsarnovszky A: Ligand-induced changes in Oestrogen and thyroid hormone receptor expression in the developing rat cerebellum: A comparative quantitative PCR and Western blot study., Acta Vet Hung, 60:263-284., 2012
Tóth I, Goszleth G, Frenyó VL: The major regulators of feed-intake: ghrelin, leptin and their interactions., Magyar Állatorvosok Lapja, 8:504-512., 2012
Kiss DS, Jócsák G, Zsarnovszky A: The role of insulin in the central regulation of feed-intake., Magyar Állatorvosok Lapja, közlésre elfogadva, 2012
Somogyi V, Győrffy A, Bartha T: The role of estrogen and thyroid hormones in the regulation of feed-intake., Magyar Állatorvosok Lapja, közlésre elfogadva, 2012
Zsarnovszky A, Tóth I, Johnson TS, Somogyi V, Kiss DS, Győrffy A, Goszleth G, Bartha T, Frenyo VL: Possible hypothalamic laterality in the central regulation of GnRH release in rats: thoughts that might lead to a novel approach in hypothalamic studies., IBRO International Workshop, 2012
Tóth I, Kiss DS, Somogyi V, Goszleth G, Bartha T, Frenyó VL, Zsarnovszky A: A hipotalamikus GnRH szekréció unilaterális szabályozása., Magyar Tudományos Akadémia Állatorvos-tudományi Bizottsága Beszámoló, SzIE ÁOTK, Budapest, 2012
Kiss DS, Tóth I, Goszleth G, Somogyi V, Bartha T, Frenyó VL, Zsarnovszky A: Az idegvégződésekben és idegsejt-testekben lévő mitokondriumok légzésének differenciált méréséhez szükséges szubfrakcionálási metodika kidolgozása., Magyar Tudományos Akadémia Állatorvos-tudományi Bizottsága Beszámoló, SzIE ÁOTK, Budapest, 2012
Events of the project
2015-01-09 10:10:58
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Élettani és Biokémiai Tanszék (Szent István Egyetem), Új kutatóhely: Állatélettani és Állategészségtani Tanszék (Szent István Egyetem).
