periodontitis, bone loss, osteoclast, macrophage, gene therapy
Discipline
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Biological basis of diseases related to the above (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Dept. of Oral Biolgy (Semmelweis University)
Participants
Blazsek, József Dobó Nagy, Csaba Földes, Anna Gera, István Hamar, Péter Kádár, Kristóf Kerémi, Beáta Lohinai, Zsolt Varga, Gábor
Starting date
2011-02-01
Closing date
2014-01-31
Funding (in million HUF)
17.640
FTE (full time equivalent)
3.87
state
closed project
Summary in Hungarian
A parodontitisz (PD) a felnőttkori fogvesztés vezető oka, súlyos népegészségügyi probléma. A csont gyulladásos betegsége, a dentális plakk indítja el. A csontot az osteoclastok (OC) bontják le. Az OC-okat a RANK receptor stimulációja aktiválja, amit az osteoprotegerin (OPG) gátol. A Th17 sejtek és a makrofágok (MΦ) kulcsszerepet játszanak az OC aktiválásában. Célunk a gyulladás és a csontvesztés gátlása, valamint a MΦ és a Th17 limfociták szerepének vizsgálata PD-ben. Konkrét céljaink: (1) az OC gátlása OPG alkalmazásával a csontvesztés gátlására, valamint vizsgálni a (2) MΦ depléció és a (3) Th17 sejtek gátlásának hatását a gyulladásra és a csontvesztésre PD-ben. A terápiás fehérjéket rekombináns formában ill. génterápiával visszük be. 1) Baktérium LPS indukálta patkány PD modellben vizsgáljuk az OPG hatását az OC-ra és a csontvesztésre. Azt várjuk, hogy az OPG gátolja az OC-at és a csontvesztést, és az OPG terápiás szintje génterápiával is elérhető. 2) A MΦ szerepét a PD-ben transzgénikus egerekben vizsgáljuk szelektív MΦ deplécióval és PD kiváltásával. Azt várjuk, hogy a MΦ depléció csökkenti a gyulladásos citokinek szintjét, az OC számát és a csontvesztést PD-ben. 3) Szolubilis IL17 receptort (IL17R-Fc) és IL4-et adagolunk a Th17 sejtek funkciójának gátlására. Azt várjuk, hogy ez gátolja a gyulladást és a csontvesztést patkány PD-ben. Kvalifikált csapatunk és eszközparkunk az itt vázolt célok megvalósítását lehetővé teszi.
Summary
Periodontitis (PD), the leading cause of tooth loss in adults, is a major public health problem. It is an inflammatory bone disease triggered by bacterial dental plaques. Bone loss is mediated by osteoclasts (OC) which are activated by the stimulation of a receptor called RANK. Osteoprotegerin (OPG) prevents RANK activation. Th17 cells and macrophages (MΦ) play key roles in OC activation. Our goal is to treat inflammation and bone loss and to study the role of MΦ and Th17 lymphocytes in PD. Our specific aims are to (1) target OC by OPG administration to prevent bone loss in PD and study the effect of (2) MΦ depletion and (3) of targeting Th17 cells on inflammation and bone loss in PD. We will deliver therapeutic proteins in recombinant form and by gene therapy. 1) The effect of OPG on OC and bone loss will be studied in a rat model of bacterial LPS-induced PD. We expect that OC and bone loss will be inhibited by OPG, and that sufficient OPG levels will be achieved by gene therapy. 2) The role of MΦ in PD will be studied by selective MΦ depletion and inducing PD in transgenic mice. MΦ depletion is expected to affect the level of pro-inflammatory cytokines, OC numbers and bone loss in PD. 3) We will administer soluble IL17 receptor (IL17R-Fc) and IL4 to target Th17 cells. These interventions are expected to inhibit inflammation and bone loss in rat PD. The qualified research team and the infrastructure enables the achievement of the research goals outlined herein.
Final report
Results in Hungarian
A terápiás célú génbevitel lehetőségeit kutattuk kísérletes fogágygyulladásban. Patkány szubmandibuláris nyálmirigyben egér oszteoprotegerint (mOPG) termeltettünk mOPG-t kódoló, rekombináns 5-ös szerotípusú adenovírus (Ad) injektálásával. A mirigyből az mOPG teljes egészében a nyálba került.
Adenoasszociált vírust (AAV) is felhasználtunk interleukin-4 génbevitelre (ez a citokin fogágygyulladásban csökkentheti a gyulladásos folyamatot). Ez sejtkultúrában sikeres volt, ám állatokban nem.
Rekombináns vírusokkal fertőzött fogeredetű mezenchimális őssejteket (MSC) is alkalmaztunk vektorként. A fertőzési hatásfok sorrendje: Ad>>AAV2>AAV6. A fogeredetű MSC-k (PDLSC) AdmOPG-vel történt fertőzés után kultúrában jól mérhetően termelték az mOPG-t, a sejteket patkányokba juttatva a szérumban egy héten át 250 és 300 pg/ml mOPG szintet mértünk. AdBMP-2 vírusfertőzéssel fogeredetű MSC-kben BMP-2-t is termeltünk dózis- és időfüggő módon. Így bizonyítottuk, hogy az Ad-dal fertőzött MSC-k alkalmazhatók génterápiás vektorként.
Vizsgálni kívántuk a makrofágok (Mf) szerepét is a fogágygyulladás kórfolyamatában. A diftériatoxin (DT) humán receptora (R) jól köti a DT-t, az egér DTR nem. Így Mf-specifikus promóter szabályozása alatt emberi DTR gént hordozó transzgén egerekben DT-nal a Mf-ok elölhetők. Ilyen egerekben vizsgáltuk DT kezeléssel a Mf-irtás hatását a fogágygyulladásra. Ám a krónikus DT kezelés hatására egereink elpusztultak, valószínűleg mert a promóter nem eléggé Mf-specifikus.
Results in English
Our aim was therapeutic gene delivery to treat experimental periodontitis. We produced mouse osteoprotegerin (mOPG) in rat submandibular glands by injecting a serotype 5 recombinant adenovirus (Ad). mOPG from the glands was secreted entirely to the saliva.
Interleukin-4 (a cytokine with anti-inflammatory effects in periodontitis) gene delivery by adeno-associated virus (AAV) was successful in cell culture but not in experimental animals.
As vectors we also used mesenchymal stem cells (MSCs) of dental origin transduced with different recombinant viruses. The transduction effeiciency for the viruses was: Ad>>AAV2>AAV6. MSCs of dental origin (PDLSC) secreted a substantial amount of mOPG into the culture medium, when injected into rats, we measured sera mOPG levels between 250 and 300 pg/ml for a week. By AdBMP-2 transduction, we produced BMP-2 in MSCs of dental origin in a dose and time dependent manner. We thus proved the usefulness of Ad-transduced MSCs as gene therapeutic vectors.
We also intended to study the role of macrophages (Mf) in the pathogenesis of periodontitis. The human receptor (R) for diphtheria toxin (DT) binds DT well, whereas mouse DTR does not. Thus, in transgenic mice carrying the human DTR gene regulated by a Mf specific promoter, Mfs can be selectively ablated by DT. We studied in such mice the effect of chronic Mf ablation on periodontitis. However, chronic DT treatment killed the mice, probably due to the non-specificity of the transgene promoter.
Gábor Zoltán Rácz, Kristóf Kádár, Anna Földes, Karola Kálló, Katalin Perczel-Kovách, Beáta Kerémi, Ákos Nagy, Gábor Varga: Immunomodulatory and potential therapeutic role of mesenchymal stem cells in periodontitis, Journal of Physiology and Pharmacology, revideált kézirat folyóiratnak visszaküldve, 2014
Bori Erzsébet, Dr. Rácz Gábor, Dr. Burghardt Beáta, Dr. Demeter Irma, dr. Hegyesi Orsolya, Dr. Varga Gábor, Dr. Földes Anna: Par-C10 sejtek a parotis szöveti szerveződésének modellezésére, Fogorvosi Szemle, revideált kézirat a folyóiratnak visszaküldve, 2014
Kerémi Beáta, Kristóf Katalin, Varga Gábor, Rácz Gábor: Nyálmirigy génterápia a nyálmirigy és a szájüreg betegségeinek kezelésére, valamint fehérjék szisztémás termelésére, MFE Árkövy Vándorgyűlése Pécs, 2012. kivonatainak gyűjteménye, 2012
Gabor Z Racz, Erzsebet Bori, Gabor Varga: "Salivary gland gene therapy for salivary, systemic and oral diseases", előadás, A "45th Meeting of the CED-IADR with the NOF" kivonatainak gyűjteménye, 2011
Gabor Z Racz, Erzsebet Bori, Zoltan Borbely, Anna Foldes, Gabor Varga: ACTIVE FLUID SECRETION IN VITRO BY SALIVARY GLAND CELLS EXPRESSING TRANSGENIC AQUAPORIN-1, IRWAP Szeged, Hungary konferencia absztraktfüzet, 2011
