Endokrinológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
100 %
zsűri
Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia
Kutatóhely
Anatómiai Intézet (Pécsi Tudományegyetem)
projekt kezdete
2012-01-01
projekt vége
2014-12-31
aktuális összeg (MFt)
7.974
FTE (kutatóév egyenérték)
2.10
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára. Kutatásunkban a csirke tobozmirigy modell azon előnyös tulajdonságát használjuk ki, hogy oszcillátorai fázisát in vitro is egyszerű átállítani: éjszakai megvilágítással. Az eltérő átállítási folyamatok jelátviteli útjai nem tisztázottak. Kísérleteinkben először ezeket térképezzük fel ismert jelátviteli gátlószerek és aktivátorok segítségével. Modellünk oszcillátorainak fázisa átállítható in vivo a retinában perceptált fénnyel is, de az ezt közvetítő neuroendokrin tényezők nem ismertek. In vitro kísérleteinkben így azt is megvizsgáljuk, hogy a fázisváltoztatásokban résztvevő jelátviteli kaszkádokat in vivo milyen neuroendokrin hatások aktiválhatják. Vizsgálatunk tárgyát olyan ligandok és receptoraik képzik, melyek jelenlétét a csirke tobozmirigyben már leírták, de fázisváltoztató hatásmódjukat még nem vizsgálták. Módszerünkben a tobozmirigy kimeneti ritmusát, a melatonin-szintézis 24 órás mintázatát mérjük in vitro perifúziós rendszerben. A szintézis ritmusa ebben a modellben az AANAT génjének transzkripciós szintjén szabályozott, így a fázisváltozás mindenképpen megjelenik az aaNat mRNS-mennyiség 24 órás mintázatának megváltozásában is: ezt szintén nyomon követjük. Madár tobozmirigy modellben az aaNat transzkripció ritmusát az óraproteinek képezte transzkripciós komplexek vezérlik, melyek visszacsatolási hurkokkal saját kifejeződésüket is szabályozzák. A fázisváltoztatás jelátviteli folyamatai így szükségszerűen befolyásolják az óragének 24 órás kifejeződési mintázatait is. Mivel a különféle óragének aktivitását promoter-elemek más-más kombinációi időzítik, így az óragén-mRNS mennyiségek monitorozásával következtethetünk a fázisváltoztatás során aktivált cisz-elemekre is. Mi a kutatás alapkérdése? Létezik-e farmakológiai szempontból hasznos, vizsgálható sejtfelszíni vagy intracelluláris célpont, mely kulcsfontosságú a sejtszintű oszcillátorok szinkronizálásában? A kérdésre csirke tobozmirigy in vitro modellen keresünk választ, annak ismert neuroendokrin és parakrin ligandjainak vizsgálatával, ismert jelátviteli gátlószerek alkalmazásával, éjszakai megvilágítás kiváltotta fázis-változtatás paradigmában. Mi a kutatás jelentősége? A gerincesekben nagyfokú szerkezeti hasonlóságot mutató molekuláris cirkadián órák szabályozásával kapcsolatos intracelluláris alapmechanizmusok leírása csirke tobozmirigy modellen olyan adatokkal szolgálhat, melyek valószínűsíthetően támpontul szolgálhatnak más gerinces (például emlős) cirkadián rendszerek működésének megértésében. A csirke tobozmirigyben a fény in vitro fázisváltoztató hatásában résztvevő jelátviteli elemek azonosítása, és az in vivo fázisváltozást okozó neuroendokrin ligandok, receptoraik és jelátvitelük leírása olyan molekuláris célpontokat és szabályozómechanizmusokat hozhat látótérbe, melyek az emberi betegségekkel összefüggésben vizsgálható perifériás cirkadián oszcillátorok (e.g. máj, petefészek) működésének megértését segíthetik. A kutatás összefoglalója, célkitőzései laikusok számára. Egyre nagyobb az igény az emberi teljesítőképesség határait befolyásoló biológiai időzítő mechanizmusok ismerete iránt. A 24 órás periódusú (cirkadián) biológiai óra perc pontossággal jelezheti előre a napi szokásos igénybevétel idejét, mely hasznos a viselkedési mintázatok, szervrendszerek működésének optimalizálásához. A cirkadián óra molekuláris összetevői egyetlen sejtben megtalálhatók. A sejtműködést meghatározó gének 90%-a 24 órás ritmusban aktiválódhat, mely számos élettani változón nyomonkövethető. Újabban igazolták, hogy a cirkadián óra megváltozott működése szerepet játszhat népbetegségek kialakulásában (hangulatbetegségek, daganatok, elhízás), vagyis a sejtműködés időzítési zavara önmagában rizikótényező. A sejtszintű órák molekuláris hangolásáért felelős idegi és hormonális tényezők feltérképezése új távlatot nyithat számos életmódbetegség kezelésében. A cirkadián órák sejtszintű vizsgálatára gerincesekben elsőként (1968-ban) a csirke tobozmirigy kísérleti állatmodell tűnt alkalmasnak. Korábbi kutatásaink is igazolták, hogy óraműködése molekuláris szinten összehasonlítható a később azonosított, az emberben cirkadián óraként működő suprachiasmaticus magokéval. Munkánk folytatásaként megvizsgáljuk, hogy milyen ingerületátvivő anyagok, hormonok hangolhatják a sejtszintű cirkadián órákat egymáshoz, és ezek milyen sejten belüli jeltovábbító molekulákkal változtatják meg a molekuláris óra állását. Kísérleteinkben az óramodellként szolgáló csirke tobozmirigyet saját tervezésű átáramoltatásos rendszerbe helyezzük, mely a szervezeten belüli keringési viszonyokat imitálja, miközben különféle hatóanyagok dózis- és időfüggő hatása tesztelhető. Eredményeinkkel tisztázhatjuk, hogy a cirkadián óra milyen hatóanyagokkal indítható el, vagy hangolható át.
angol összefoglaló
Summary of proposed research including key goals for scientifically qualified Assessors. In our research we utilize the advantageous feature of the chicken pineal gland model of being able to shift the phase of the oscillator simply even in vitro with illumination at night. The signalling pathways of different phase-shifting processes remain unclear. In our experiments, first we clarify these pathways using known inhibitors and activators. The phase of the oscillator in our model can be entrained by the light perceived in the retina in vivo although the neuroendocrine mediators in this process are yet to be elucidated. Therefore in our in vitro experiments we plan to study which neuroendocrine effects may activate the signalling cascades participating in the phase-shifts in vivo. The subjects of our experiments are ligands and receptors which have been described in the chicken pineal gland but their mechanism of action in phase-shifting has not been studied. We evaluate the output melatonin rhythm and the transcriptional rhythm of AANAT mRNA and clock gene mRNAs. As the activity of various clock genes is primed by different combinations of promoter elements, monitoring clock gene mRNA quantity may shed light on cis-elements activated during phase-shifting. What is the research question? Is there a pharmacologically useful intracellular or cell surface target that is potent in synchronising cellular oscillators? We seek answers working on the chicken pineal gland model in vitro by examining its known neuroendocrine and paracrine ligands, using known signal inhibitors in phase-shift paradigms induced by illumination at night. What is the significance of the research? Describing basic intracellular mechanisms regulating molecular circadian clocks in the chicken pineal gland model which shows profound structural analogy in vertebrates may provide data on which the understanding of the function of the circadian system of other vertebrates (for example mammals) can possibly be based. The identification of signalling elements of the in vitro phase-shifting effect of light in the chicken pineal gland and the description of neuroendocrine ligands, their receptors and their signalling inducing in vivo phase-shifts may bring up such molecular targets and regulation mechanisms that may help understanding the functioning of peripheral circadian oscillators related to human diseases (e.g. liver, ovarium).
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Az óragének és a melatonin-szintézis kulcsgénjeinek 24 órás mRNS-expressziós mintázatai 19 napos, még ki nem kelt kiscsirkék tobozmirigyében a kikelt csirkéknél leírt mintázathoz hasonlóak, ezzel igazoltuk az új madár óramodell alkalmazhatóságát a cirkadián rendszer kutatásában. Első alkalommal sikerult a BMAL1 óraprotein szöveti és celluláris elhelyezkedését leírni csirke embrionális tobozmirigyben. Az emlős SCN-hez hasonlóan a csirke tobozmirigy modellben is a VIP parakrin szignálként szolgálhat a fázisszabályozásban, mert napi ritmusú expressziós mintázata különböző fényviszonyok mellett is mérhető, valamint VIP receptor agonista kezelés in vitro számos, cirkadián ritmusban szabályozott gén napi expressziós mintázatát megváltoztatta. A nappali megvilágítás megvonása, vagy az éjszaka alkalmazott fényimpulzusok egyaránt jelentős változást okoztak a tumorszuppresszor ndrg1 gén, és a p53 által regulált dusp1 gén expressziójában. Fény hiányában génindukció, fény hatására expressziócsökkenés volt tapasztalható a váratlan környezeti változást követő két órán belül. Mindezek arra utalnak, hogy az ndrg1 tumorszuppresszor gén és a mitogén jelátvitelt gátló dusp1 gén transzkripcióját szabályozó szignalizáció jelentősen befolyásolható az óra beállításában kulcsfontosságú ingerekkel. Eredményeink a váltott műszakban dolgozóknál tapasztalt magasabb tumorkockázat hátterének kutatásához szolgáltatnak állatkisérletes referenciát.
kutatási eredmények (angolul)
We have shown that the embryonic chicken pineal gland has a fully functioning clock mechanism, as it demonstrates that only one cycle of altered light schedule is sufficient to trigger changes within its molecular clock mechanisms. BMAL1–immunoreactivity was present exclusively in the follicular cells of the gland, but not in the interstitial compartment. VIP may play a paracrine role in the chick pineal clock model, as its transcription is (1) regulated in vivo in high amplitude (100x) episodic alterations within 24h, (2) is upregulated (10x) in the absence of in vivo circulating neuroendocrine stimuli, (3) is acutely downregulated by in vitro light stimuli decoded by pineal photoreceptors, (4) is acutely repressed dose-dependently by a known endogenous agonist for VIP receptors. Light deprivation during day or light exposure during night both resulted in clear alterations of the expression of tumor suppressor gene ndrg1 and the p53-regulated dusp1 gene. Within 2 hours after the unexpected changes in lighting conditions their expression increased in darkness and decreased upon light exposure. Our data suggest that signaling pathways regulating the transcription of ndrg1 and dusp1 are sensitive to clock-resetting stimuli, which findings may serve for reference in further studies on why shift workers show higher risk for cancer development.
Luqman Chaudhari, Valér Csernus, András D. Nagy: Analysis of mRNA expression patterns of Vasoactive Intestinal Peptide (VIP) in the chicken embryonic pineal gland, CECE2014 Rennes, France, 2014
Sabrina Arnold, Gyorgy Szekeres, Valer Csernus, Andras D. Nagy: The expression of the circadian clock component Brain-Muscle-Arnt-Like 1 (BMAL1) in the chicken pineal clock model, CECE2014 Rennes, France, 2014
Andras D. Nagy, Ayaka Iwamoto, Misato Kawai, Tsuyoshi Otsuka, Mao Nagasawa, Mitsuhiro Furuse, Shinobu Yasuo: Melatonin amplifies circadian clock and induces antidepressant-like effect in mice under short photoperiod, Journal of Pineal Research, submitted article, 2014
K. Ovrebo, L. Lokodi, S. Kommedal, A. Matkovits, A.D. Nagy: THE ROLE OF PACAP IN THE AVIAN CIRCADIAN CLOCK: PHASE RESETTING OF TRANSCRIPTIONAL OSCILLATIONS?, The PACAP2013 Proceedings volume of the Journal of molecular Neuroscience, submitted article, 2014
L. Chaudhari, S. Arnold, Zs. Lengyel, A.D. Nagy: EXPRESSION OF VIP MRNA IN AN AVIAN MODEL OF THE CIRCADIAN CLOCK, PACAP2013 proceedings volume of the Journal of Molecular Neurosciences, submitted article, 2014
Andras D. Nagy, Ayaka Iwamoto, Misato Kawai, Tsuyoshi Otsuka, Mao Nagasawa, Mitsuhiro Furuse, Shinobu Yasuo: Melatonin amplifies circadian clock and induces antidepressant-like effect in mice under short photoperiod, Chronobiology International, 2014
Kommedal S., Csernus V., Nagy A.D.: The embryonic pineal gland of the chicken as a model for experimental jet lag., Gen Comp Endocrinol. Proceedings volume for the 26th CECE. submitted article., 2013
Lengyel Z, Battyáni Z, Csernus V, Nagy AD.: Circadian clocks and tumor biology: what is to learn from human skin biopsies?, Proceedings volume for the 26th CECE Conference (mini-review article submitted on 15.01.2013.), 2013
Kommedal S., Csernus V, Nagy A. D.: The embryonic pineal gland of the chicken as a model for experimental jet lag, Gen Comp Endocrinol 188: 226-231., 2013
Lengyel Zs., Lovig Cs, Kommedal S, Keszthelyi R, Szekeres Gy, Battyáni Z, Csernus V, Nagy AD: Altered expression patterns of clock gene mRNAs and clock proteins in human skin tumors., Tumour Biol. 34:811-819., 2013
Lengyel Zs., Szekeres Gy, Battyáni Z, Csernus V, Nagy AD.: Circadian clocks and tumor biology: what is to learn from human skin biopsies? Mini-review., Gen Comp Endocrinol, 188:67-74, 2013
