Individual stress response in heterogeneous cell population  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
82097
Type K
Principal investigator Török, Zsolt
Title in Hungarian Individuális stresszválasz heterogén sejtpopulációban
Title in English Individual stress response in heterogeneous cell population
Keywords in Hungarian hősokk, HSP, stressz, stressz válasz, membrán, membrán dinamika, fluoreszcencia nukroszkópia, populáció heterogenitás
Keywords in English heat shock, stress, stress response, membrane, membrane dynamics, fluorescence microscopy, cell population heterogeneity
Discipline
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Ortelius classification: Biophysics
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Biochemistry
Cell differentiation, physiology and dynamics (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Biochemistry (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Gombos, Imre
Horváth, Ibolya
Vígh, László
Starting date 2010-02-01
Closing date 2013-01-31
Funding (in million HUF) 21.126
FTE (full time equivalent) 2.90
state closed project
Summary in Hungarian
A hősokkválasz a természetben található egyik legősibb, evolúció során megőrzött védelmi mechanizmus. A sejtek környezeti változásokra adott válaszának ill alkalmazkodóképességének megértése érdekében a stresszválasz tanulmányozása rendkívüli jelentőséggel bír, különösen patofiziológiás körülmények között. Alapvető kérdés, hogy sejtkultúrában a sejtek azonos mértékben szenvedik-e el a stresszt és arra milyen individualitással válaszolnak. A génexpresszióról és a sejtválaszról szóló ismereteink sejtek millióiból álló sejtpopulációk analíziséből származnak. Bár ez a megközelítés jó betekintést nyújt a populáció átlagos válaszaiba, nem ad információt a sejtkultúrában lévő egyedi sejtekről ill az azok által alkotott kisebb szubpopulációkról. Jelen projekt keretében emlős sejtek genetikailag homogén populációi egy sejt szintű stressz válaszát kívánjuk tanulmányozni a klasszikus áramlási citometriás és a legmodernebb ultraszenzitív képalkotó technikák alkalmazásával. Emlős sejt kultúrákban vizsgálni kívánjuk 1) a hősokkválasz és a membránszerkezet (domén eloszlás és dinamika) populáció heterogenitását, 2) a sejtek stressz válaszadó képességük szerint szelektált szubpopulációinak lipidomikáját és proteomikáját, valamint 3) a sejtciklus szerepét. A patofiziológiás körülmények között kulcsszereppel bíró hősokkfehérjék szelektív modulációjáért felelős specifikus membrán domének azonosítása közelebb vezethet bennünket annak megértéséhez, hogy miért döntheti el akár néhány sejt egy teljes populáció sorsát és ezzel egy adott betegség kimenetelét.
Summary
The heat shock response is one of the most ancient and evolutionarily conserved protective mechanisms found in nature. The study of the cellular stress response is of great importance to our understanding of how cells respond and adapt to various changes in their environments especially during different pathophysiological conditions. Fundamental questions relate to whether simultaneously cultured highly diverse cells suffer the same consequence of an imposed stress and whether they respond in the same manner. The present knowledge of gene expression and cellular responses is known to derive from analyses of heterogeneous populations. Although this approach provides useful insights into average population responses, they do not furnish information on individual cells or subpopulations. In the present project we aim to characterize the individual variability in the stress response of genetically homogeneous mammalian cell population by combining classical flow cytometry with the state of the art ultrasensitive high content imaging. Our specific objectives are to 1) to link the population heterogeneity of the heat shock response and membrane structure (raft organization and dynamics) in mammalian cell cultures 2) characterize lipidomics and proteomics of sub-populations responding to identical stressor at different levels 3) elucidate the importance of cell cycle at the level of individual cells. The identification of specific changes in membrane domain structure leading to selective refinement of heat shock proteins in a heterogeneous cell population could help us to understand why a small subpopulation of cells could determine the outcome of important disease states.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A hősokkválasz a természetben található egyik legősibb, evolúció során megőrzött védelmi mechanizmus. A sejtek környezeti változásokra adott válaszának ill alkalmazkodóképességének megértése érdekében a stresszválasz tanulmányozása rendkívüli jelentőséggel bír, különösen patofiziológiás körülmények között. Jelen projekt keretében emlős sejtek genetikailag homogén populációi egy sejt szintű stressz válaszát tanulmányoztuk a legmodernebb ultraszenzitív képalkotó technikák alkalmazásával. A létrehozott egyedi fluoreszcenciás képalkotó rendszer és a kidolgozott sokoldalú sejtanalitikai eszköztár segítségével lehetővé vált egy nagy információ tartalmú fenotípus profil meghatározása a génexpresszió és a biokémiai jelátviteli utak ill szerkezeti változások sejtszintű követésével. Összefüggést találtunk a sejtek hősokkra adott válaszának erőssége/érzékenysége és a membrán domének szerkezete ill összetétele között. Kutatásaink során bizonyítást nyert, hogy a plazmamembrán koleszterin szintje meghatározó a stressz érzékelésében valamint a válasz erősségében. Kimutattuk, hogy a sejtciklus részben felelős a megfigyelt heterogenitásért, de más faktorok is hozzájárulnak a jelenséghez. A patofiziológiás körülmények között kulcsszereppel bíró hősokkfehérjék szelektív modulációjáért felelős specifikus membrán domének azonosítása közelebb vezethet bennünket annak megértéséhez, hogy miért döntheti el akár néhány sejt egy teljes populáció sorsát és ezzel egy adott betegség kimenetelét.
Results in English
The heat shock response is one of the most ancient and evolutionarily conserved protective mechanisms found in nature. The study of the cellular stress response is of great importance to our understanding of how cells respond and adapt to various changes in their environments especially during different pathophysiological conditions. In the present project we aimed to characterize the individual variability in the stress response of genetically homogeneous mammalian cell population by state of the art ultrasensitive high content imaging. We set up a unique fluorescence imaging system and established robust cellular analysis tools to perform high-content phenotype profiling, linking gene expression to biochemical signaling pathways and structural changes in the cell. We found correlation between structure and composition of membrane domains and the ability and/or sensitivity of cells to respond to heat shock. We identified the level of plasma membrane cholesterol as a key constituent of the stress perception and/or early signaling. We showed that cell cycle, at least partially, is responsible for the observed heterogeneity but other factors should also be taken into account. We identified specific changes in membrane domain structure leading to selective refinement of heat shock proteins in a heterogeneous cell population which could help us to understand why a small subpopulation of cells could determine the outcome of important disease states.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=82097
Decision
Yes





 

List of publications

  
Torok, Z., Gombos, I., Hunya, A., Pilbat, AM., Peter, M., Balogh, G., Vigh, L. Jr., Horvath, I, Vigh, L.: Individual variability in the stress response of genetically homogeneous mammalian cell population is linked to membrane rearrangement, CYTO 2010 abstract book, 2010
Gombos Imre, Mario Brameshuber, Horváth Ibolya, Tim Crul, Balogh Gábor, Péter Mária, Hunya Ákos, Pilbat Anamária, ifj Vígh László, Török Zsolt, Gerhard J. Schütz, Vígh László: A láz okozta raft-átrendeződés membránlokalizált stressz szenzorokat aktiválhat, 40. Membrán-Transzport Konferencia, Sümeg, konferencia kiadvány, 2010
Gombos, I., Crul, T., Piotto, S., Güngör, B., Török, Z., Balogh, G., Péter, M., Slotte, J.P., Campana, F., Pilbat, A-M., Hunya, Á., Tóth, N., Literáti-Nagy, Z., Vigh Jr, L., Glatz, A., Brameshuber, M., Schütz, G.J., Hevener, A., Febbraio, M.A., Horváth, I., Vígh, L.: Membrane-lipid therapy in operation: the HSP co-inducer BGP-15 activates stress signal transduction pathways by remodeling plasma membrane rafts, PLoS ONE, 2011
Crul T, Toth N, Piotto S, Literati-Nagy P, Tory K, Haldimann P, Kalmar B, Greensmith L, Torok Z, Balogh G, Gombos I, Campana F, Concilio S, Gallyas F, Nagy G, Berente Z, Gungor B, Peter M, Glatz A, Hunya A, Literati-Nagy Z, Vigh L, Hoogstra-Berends F, Heeres A, Kuipers I, Loen L, Seerden JP, Zhang D, Meijering RA, Henning RH, Brundel BJ, Kampinga HH, Koranyi L, Szilvassy Z, Mandl J, Sumegi B, Febbraio MA, Horvath I, Hooper PL, Vigh L.: Hydroximic Acid derivatives: pleiotropic hsp co-inducers restoring homeostasis and robustness., Curr. Pharm. Des. 19, 309-346, 2013
Péter, M., Balogh, G., Gombos, I., Liebisch, G., Horváth, I., Török, Z., Nagy, E., Maslyanko, A., Benko, S., Schmitz, G., Harwood, J.L. and Vígh, L.: Nutritional lipid supply can control the heat shock response of B16 melanoma cells in culture., Molecular Membrane Biology,29, 274-289., 2012
Török, Z., Pilbat A-M., Gombos I., Hocsak, E., Sümegi, B., Horváth, I. & Vígh, L.: Evidence on cholesterol-controlled lipid raft interaction of the small heat shock protein Hspb11., Cellular trafficking of cell stress proteins in health and disease Eds: Henderson, B. & Pockley, A.G. ISBN: 978-94-007-4739-5., 2012
Török, Z., Horváth, I., Ferdinándy, P., Mahalka, A.K., Kinnunen, P.K.J., Multhoff, G. & Vigh, L.: Membrane associated stress proteins as potential therapeutic targets., --, 2013
Glatz, A., Pilbat, A-M., Kerekes, M., Kontár, K., Jósvay, K., Péter, M., Hunya, Á., Crul, T., Udvardy, A., Gombos, I., Balogh, G., Horvath, I., Vigh, L. & Torok, Z.: Specific lipid interactions of the fission yeast (S.pombe) small heat shock proteins suggest their utilization in cellular thermotolerance., --, 2013
Vígh László: Ultraszenzitív, nagysebességű és nagyfeloldású mikroszkópiás képalkotó rendszer vezérlése, --, 2012



Back »