 |
A bélfal és a bél mikroflórájának bélszakasz-specifikus molekuláris változásai streptozotocin-indukált diabéteszes patkányokban
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
108309 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Bódi Nikolett |
| magyar cím |
A bélfal és a bél mikroflórájának bélszakasz-specifikus molekuláris változásai streptozotocin-indukált diabéteszes patkányokban |
| Angol cím |
Region-specific molecular changes in the gut wall and in the intestinal microbiome in the streptozotocin diabetic rats |
| magyar kulcsszavak |
diabétesz, bélszakasz-specificitás, kapilláris permeabilitás, endogén antioxidáns rendszer, bél-baktériumflóra |
| angol kulcsszavak |
diabetes, gut region-specificity, capillary permeability, endogenous antioxidant system, intestinal microbiome |
| megadott besorolás |
| Az előbbiekhez köthető betegségek biológiai alapjai (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 70 % | | Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 30 % |
|
| zsűri |
Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia |
| Kutatóhely |
Élettani, Szervezettani és Idegtudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem) |
| projekt kezdete |
2013-09-01 |
| projekt vége |
2017-08-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
11.990 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.10 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A diabétesszel összefüggő vaszkuláris rendellenességek és ezek következményeként kialakuló neuropátiák elsődleges oka az, hogy hyperglikaemia hatására fokozódik a szervezetben a reaktív szabadgyökök termelődése, s ugyanakkor csökken az endogén antioxidáns védelem hatékonysága.
A közelmúltban bizonyítottuk, hogy streptozotocin-indukált diabéteszes patkányokban a bélperisztaltika szabályozásáért felelős myentericus nitrerg neuronok, valamint ezek oxigén- és tápanyagellátásában fontos szerepet játszó mesenterialis kapillárisok a bélcsatorna különböző szakaszaiban különböző mértékben sérülnek, és az azonnali inzulinkezelésre is eltérően reagálnak. Ez alapján feltételezzük, hogy a neuronális mikrokörnyezetnek meghatározó szerepe van a diabétesszel összefüggő neuropátiák patogenezisében. Ezért vizsgálataink elsődleges célja, hogy megismerjük azokat a molekuláris mechanizmusokat, melyek meghatározzák e bélszakasz-specifikus mikrokörnyezetet.
E pályázat keretében tervezett kísérleteinkkel tisztázni szeretnénk, hogy a caveolinok hogyan szabályozzák az erek fiziológiás működéséhez szükséges nitrogén-monoxid szintjét, a lizil-oxidáz expressziója hogyan befolyásolja az erek permeabilitását, és az endogén antioxidáns rendszer milyen szerepet játszik a diabéteszes változások kivédésében. Ezen kívül tervezzük az egyes bélszakaszok mikroflórájának metagenomikai analízisét is. Biztosak vagyunk abban, hogy vizsgálataink fényt deríthetnek a bélfal diabéteszhez köthető regionális változásainak okaira, s ezzel eredményeink olyan új diagnosztikai és terápiás utakat jelölhetnek ki, melyek csökkenthetik a gasztrointesztinális rendszert érintő diabéteszes szövődmények kialakulásának kockázatát.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Eddigi eredményeink alapján fogalmazódott meg bennünk az a kérdés, hogy a különböző bélszakaszokban levő mesenterialis kapillárisok, hasonlóan a myentericus neuronokhoz, miért reagálnak eltérően a diabéteszes állapotra, még akkor is, ha a vércukorszintet inzulinkezeléssel jól kontrolláljuk.
Mivel a bélcsatorna egyes szakaszainak eltérő anatómiai felépítése és működése szigorú genetikai és molekuláris szabályozás alatt áll, úgy gondoljuk, hogy magában a bélfalban lehetnek olyan régió-specifikus molekuláris különbségek, amelyek meghatározzák az entericus neuronok és a bélfal kapillárisainak diabéteszt kísérő regionális sérülését. Ennek igazolására kontroll, streptozotocinnal indukált diabéteszes és inzulin-kezelt diabéteszes patkányok bélcsatornájának különböző régióiban kvantitatív immunhisztokémiai, RNS- és fehérjeszintű molekuláris biológiai, valamint metagenomikai módszerek segítségével a következő kérdésekre keressük a válaszokat:
1/Hogyan szabályozzák a caveolin fehérjék az endothelialis eredetű nitrogén-monoxid termelődését, s vannak-e ebben bélszakasz-specifikus különbségek?
2/Megfigyelhetők-e regionális változások a két legfontosabb endogén antioxidáns enzimrendszer, a hemoxigenázok és a metallothioneinek termelődésében?
3/Milyen mintázatot mutat az extracelluláris mátrix molekulák keresztkötésében, s így a kapilláris permeabilitás szabályozásában fontos szerepet játszó lizil-oxidáz enzim expressziója a bélcsatorna oro-anális tengelye mentén?
4/Milyen bélszakasz-specifikus különbségeket mutat a bél baktériumflórájának összetétele, illetve a mikrobiom funkcionális analízise az egyes kísérleti állatcsoportokban?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A diabétesz legfőbb kockázati tényezőjének számító kardiovaszkuláris betegségek mellett, a cukorbetegek több mint 75%-ánál gyakran jelentkeznek különböző gasztrointesztinális motilitási rendellenességek, mint a dysphagia, reflux, a gyomor ürülésének késése, hányás, hasi fájdalom, székrekedés vagy hasmenés. Bár a diabéteszes gasztroenteropátia patomechanizmusa rendkívül összetett folyamat, ezek a klinikai tünetek arra utalnak, hogy a diabétesz súlyosan károsítja a bélidegrendszert.
Bár a diabéteszes betegek gasztrointesztinális panaszainak kezelése mindennapi megoldandó feladatot jelent a klinikusok számára, e panaszok hátterében álló entericus neuronok diabétesszel összefüggő sérüléséről és e sérülések lehetséges kiváltó okairól irodalmi adat alig áll rendelkezésünkre. Ezért kezdtük el vizsgálni néhány évvel ezelőtt a bélidegrendszer myentericus nitrerg neuronjainak károsodását streptozotocinnal indukált diabéteszes állatmodellben. Eddigi eredményeink alapján feltételezzük, hogy a kísérletes körülmények között kiváltott krónikus diabéteszes patkányok különböző bélszakaszaiban a kapillárisok permeabilitását szabályozó intracelluláris és extracelluláris enzimfehérjék termelődésében, az antioxidáns védekező rendszer működésében és a baktériumflóra összetételében és funkciójában olyan regionális különbségeket találunk, melyek magyarázatot adhatnak az entericus neuronok és a bélfal mikrokeringésének bélszakasz-specifikus változásának okára. Az egészséges bélflóra megváltozása nemcsak előre jelezheti a különböző anyagcsere-betegségek kialakulását, de a baktérium-összetételben tapasztalt eltérések mértéke a betegség lefolyásának állapotát is jellemezheti.
A jelen pályázati periódusban tervezett vizsgálatainkkal olyan molekuláris mechanizmusokat ismerhetünk meg, amely ismeretek birtokában lehetővé válik a betegség korai felismerése, amikor a hyperglikaemia még sem az erekben, sem az idegsejtekben nem okozott vissza nem fordítható súlyos elváltozásokat. Munkánk távolabbi célja az, hogy kísérleteink eredményeivel elméleti alapot nyújtsunk új diagnosztikai és alternatív terápiás eljárások kidolgozásához, valamint újabb probiotikumok és a napi klinikai gyakorlatban alkalmazható célzott gyógyszermolekulák fejlesztéséhez.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A diabétesz egy tartósan magas vércukorszinttel jellemezhető anyagcsere-betegség, melyben igen magas a különböző keringési betegségek kialakulásának kockázata. Az érrendszeri szövődmények fő oka az, hogy a magas vércukorszint miatt fokozódik a káros szabadgyökök termelődése, ugyanakkor csökken az ellenük való védelem hatékonysága.
A diabéteszes betegeknél gyakoriak a bélmotilitási zavarok miatt kialakuló emésztőszervi panaszok, de ezek oka nem ismert. Kutatócsoportunk egy kísérletesen indukált diabéteszes állatmodellben évek óta vizsgálja a bélperisztaltika szabályozásában meghatározó szerepet játszó nitrerg neuronokat. Eredményeink szerint a bélcsatorna különböző szakaszaiban levő nitrerg neuronok diabétesz hatására különböző mértékben sérülnek, sőt, a vércukorszint szabályozásához használt inzulinra is eltérően válaszolnak. Ez arra utal, hogy magában a bélfalban lehetnek olyan molekuláris különbségek, melyek biztosítják, vagy épp megakadályozzák a neuronok egészséges működését.
Ezért tervezett vizsgálataink elsődleges célja, hogy részletesen tanulmányozzuk a különböző bélszakaszokban levő nitrerg neuronok közvetlen környezetét. Vizsgáljuk a neuronok közelében futó erek áteresztőképességét szabályozó molekulákat, a bélfal saját antioxidáns enzimeinek mennyiségét és működését, valamint azt, hogy az egyes bélszakaszokban élő baktériumok és anyagcseretermékeik hogyan befolyásolják az adott bélszakasz oxigénnel vagy épp oxigén szabadgyökökkel való ellátottságát.
Úgy gondoljuk, hogy kísérleti eredményeink magyarázatot adnak a bélfal diabéteszt kísérő regionális változásainak okaira, s így tudományos alapot szolgáltathatnak új diagnosztikai és terápiás utak kidolgozásához.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Growing amount of evidence has indicated that increase of the hyperglycaemia-induced oxidative stress and decreased effectiveness of the endogenous antioxidant protection play the major role in the initiation of diabetes-related vascular and neuronal damage.
Using a streptozotocin-induced diabetic rat model we recently demonstrated that nitrergic myenteric neurons, which are key regulators of peristalsis, and also the mesenteric capillaries supplying these neurons, display different susceptibilities to diabetic damage and also to insulin treatment in the different gut segments. Based on these results we suggested the importance of the molecular difference in the neuronal microenvironment in the pathogenesis of diabetic enteric neuropathy.
Therefore, the main focus of our ongoing researches is to reveal such molecular mechanisms which are critical in resulting a region-specific pathological microenvironment for enteric neurons. Within the frame of this proposal, we aim to clear that how the endothelial-derived nitric oxide is regulated by caveolins, how the lysyl-oxidase expression can affect the permeability of capillaries, and which role have the endogenous antioxidants to prevent the diabetes-related damages. Besides investigating the molecular differences itself in the gut wall, we are planning the metagenomic analysis of the microbiome in the different intestinal regions of streptozotocin-induced diabetic rats.
We are confident that our results will provide deeper insight into the pathomechanism of the diabetes-related regional damage, and contribute to outline of new diagnostic and therapeutic avenues to reduce the risk of gastrointestinal diabetic complications.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Our previous results raise the question; why the mesenteric capillaries and also the myenteric neurons in the different intestinal segments are affected differentially by the diabetic condition even under good glycaemic control?
It is well established that the anatomical, functional and pathological regionality of the gastrointestinal tract develops under strict genetic and molecular control. Therefore, we are planning to investigate those regional molecular differences itself in the gut wall, which are thought to be responsible for the diabetes-related region-specific damage of the enteric neurons and microvessels. Using quantitative immunohistochemistry, molecular and metagenomic methods on protein, DNA and RNA level in tissue samples and intestinal contents of different gut segments of control, streptozotocin-induced diabetic and insulin-treated diabetic rats to find the answers for the following questions:
1/ How the production of endothelial-derived nitric oxide is regulated by caveolins and are there any regional differences in it?
2/ Is there any gut region-specific changes in the production and function of the most important endogenous antioxidants like heme oxygenases and methallothioneines?
3/ How the expression of lysyl-oxidase, a cross-linker of extracellular matrix molecules is changing and regulates the permeability of microvessels in the oro-anal axis of the gut?
4/ Which regional differences can be observed in the composition of the gut microflora and in the function of the microbiome in the gut of different experimental animals?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Diabetes has long been recognized as the major risk factor of cardiovascular complications; however, gastrointestinal symptoms such as dysphagia, reflux, gastroparesis, vomiting, abdominal pain, diarrhoea or constipation are also common among more than 75% of diabetic patients. The pathomechanism of diabetic gastroenteropathy is highly complex, but these symptoms are often caused by gastrointestinal motility abnormalities related to enteric neuropathy. The treatment of these gastrointestinal symptoms of diabetic patients is everyday tasks to be solved for the clinicians; however, there is hardly any data of the possible causes of diabetes-related enteric neuropathy.
Therefore, using a streptozotocin-induced diabetic rat model we have investigated the involvement of those nitrergic myenteric neurons in diabetes-related gastrointestinal complications which have key role in regulating gut motility.
Based on our already published results we presume that the molecular differences in the expression of intracellular and extracellular proteins regulating capillary permeability, in the behaviour of endogenous antioxidant system and in the composition and function of the microbiome in different intestinal segments can reveal the cause of the gut region-specific neuronal and vascular damage in experimentally induced diabetic rats. The alteration of intestinal microbiota can not only predict the development of metabolic diseases such as diabetes, furthermore, the divergences from the core microflora may define the status of disease.
We expect that the investigations planned within the frame of this proposal will provide deeper insight into the molecular mechanisms of diabetic gastrointestinal complications thereby will allow the detection of disease before developing hyperglycaemia-induced irreversible vascular and neuronal damage and will outline of new diagnostic and alternative therapeutic methods with new probiotics or drugs in the very early stages of hyperglycaemic insults.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Diabetes accompanied with chronic hyperglycaemia is a well-established risk factor for the development of cardiovascular diseases. The major cause of these vascular complications is the increased generation of reactive oxygen species, however, decreased protection against them.
The gastrointestinal symptoms common among diabetic patients are often caused by intestinal motility abnormalities related to enteric neuropathy. Therefore, using an experimentally induced diabetic rat model the nitrergic myenteric neurons, which have a key role in regulation of gut motility, have been investigated for years in our laboratory. According to our previous results, the nitrergic neurons located in different gut segments display different susceptibilities to diabetic damage and they also exhibit different levels of responsiveness to insulin replacement. These indicate the importance of the molecular difference itself in the gut wall allowing neurons in one intestinal region to function normally, while causing them to die in another.
Therefore, our primary aim is to investigate the most important players in the microenvironment of nitrergic neurons located in different gut segments. We plan to investigate such molecules that regulate the permeability of capillaries in the vicinity of myenteric neurons, the production and function of endogenous antioxidants, and the role of intestinal bacteria and its metabolic effects in oxygen supply or free radicals production in the different gut segments of diabetic rats.
We expect that our results may explain the molecular background of the diabetes-related regional changes and open new directions in the diagnosis and the therapies of diabetes.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Chandrakumar L, Bagyánszki M, Szalai Z, Mezei D, Bódi N: Diabetes-related induction of the heme oxygenase system and enhanced co-localization of heme oxygenase 1 and 2 with neuronal nitric oxide synthase in myenteric neurons of different intestinal segments, Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2017:1890512. https://doi.org/10.1155/2017/18905122, 2017 | | Bódi N, Szalai Z, Chandrakumar L, Bagyánszki M: Region-dependent effects of diabetes and insulin-replacement on neuronal nitric oxide synthase- and heme oxygenase-immunoreactive submucous neurons, World J Gastroenterol. (in press), 2017 | | Bódi N, Jancsó Zs, Talapka P, Pál A, Poles M, Bagyánszki M, Hermesz E, Fekete É: Gut region-specific rearrangement of the cellular and subcellular compartments of nitric oxide synthase isoforms after chronic ethanol consumption in rats., Histology and Histopathology 29(12):1547-1555., 2014 | | Bódi N, Jancsó Zs, Giricz Zs, Pál A, Talapka P, Poles M, Bagyánszki M, Hermesz E, Fekete É: Changes of lysyl-oxidase expression in myenteric ganglia in different gut segments of streptozotocin-induced untreated and insulin-treated diabetic rats., Konferenciafüzet - IBRO Workshop, Debrecen, Hungary, 2014 | | P. Talapka*, A. Berkó*, L. I. Nagy, L. Chandrakumar, M. Bagyánszki, L. G. Puskás, É. Fekete, N. Bódi * co-first author: Structural and molecular features of intestinal strictures in rats with Crohn's-like disease, World Journal of Gastroenterology 22(22):5154-5164., 2016 | | Bódi N, Jancsó Zs, Talapka P, Pál A, Poles M, Bagyánszki M, Hermesz E, Fekete É: Gut region-specific rearrangement of the cellular and subcellular compartments of nitric oxide synthase isoforms after chronic ethanol consumption in rats., Histology and Histopathology (PMID: 24848356), 2014 | | Rázga Zs, Kovács G, Bódi N, Talapka P: Upregulation of the L–type calcium channel in renin-positive smooth muscle cells of arterioles in the kidneys of rats with streptozotocin-induced diabetes, Analytical and Quantitative Cytopathology and Histopathology 37(4):214-220., 2015 | | Bódi N, Wirth R, Maróti G, Talapka P, Giricz Zs, Fekete É, Kovács LK: Gut region-specific alterations in the composition of the intestinal microbiota in streptozotocin-induced diabetic rats., Az októberi 22nd United European Gastroenterology Week (Bécs, Ausztria) konferencia absztraktkivonata az UEG Journal-ben fog megjelenni., 2014 | | *Wirth R, *Bódi N, Maróti G, Talapka P, Fekete É, Bagi Z, Kovács K * co-first author: Regionally distinct alterations in the composition of the gut microbiota in rats with streptozotocin-induced diabetes, PLoS One 9(12):e110440, 2014 | | Talapka P, Nagy L, Pál A, Poles M, Berkó A, Bagyánszki M, Puskás LG, Fekete É, Bódi N: Alleviated mucosal and neuronal damage in a rat model of Crohn's disease, World Journal of Gastroenterology 20(44):16690-16697., 2014 | | Jancsó Zs, Bódi N, Borsos B, Fekete É, Hermesz E: Gut region-specific accumulation of reactive oxygen species leads to regionally distinct activation of antioxidant and apoptotic marker molecules in rats with STZ-induced, The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 62:125-131., 2015 | | Bagyánszki M, Bódi N: Gut region-dependent alterations of nitrergic myenteric neurons after chronic alcohol consumption. REVIEW, World Journal of Gastrointestinal Pathophysiology 6(3):51-57., 2015 | | Rázga Zs, Kovács G, Bódi N, Talapka P: Upregulation of the L–type calcium channel in renin-positive smooth muscle cells of arterioles in the kidneys of rats with streptozotocin-induced diabetes, Analytical and Quantitative Cytopathology and Histopathology 37(4):214-220., 2015 | | P. Talapka*, A. Berkó*, L. I. Nagy, L. Chandrakumar, M. Bagyánszki, L. G. Puskás, É. Fekete, N. Bódi * co-first author: Structural and molecular features of intestinal strictures in rats with Crohn's-like disease, World Journal of Gastroenterology 22(22):5154-5164., 2016 | | Giricz Zs., Talapka P., Pál A., Fekete É., Bódi N.: A lizil-oxidáz enzim bélszakasz-specifikus expressziója streptozotocinnal indukált diabéteszes patkányokban, XX. Korányi Frigyes Tudományos Fórum, Budapest, Magyarország, 2015 | | Giricz Zs., Talapka P., Pál A., Fekete É., Bódi N.: A lizil-oxidáz expressziójának változása streptozotocinnal indukált diabéteszes patkányok különböző bélszakaszaiban, konferencia absztraktfüzet - 16. Kolozsvári Biológus Napok, Kolozsvár, Románia, 2015 | | Bódi N, Jancsó Zs, Giricz Zs, Pál A, Talapka P, Poles M, Bagyánszki M, Hermesz E, Fekete É: Changes of lysyl-oxidase expression in different gut segments of streptozotocin-induced untreated and insulin-treated diabetic rats, Biomedica Minikonferencia, Szeged, Magyarország, 2013 | | Bódi N, Wirth R, Maróti G, Talapka P, Giricz Zs, Fekete É, Kovács LK: A bél baktériumflórájának bélszakasz-specifikus változása streptozotocinnal indukált diabéteszes patkányokban, absztraktfüzet-15. Kolozsvári Biológus Napok, Kolozsvár, Románia, 2014 | | Bagyánszki M, Wirth R, Maróti G, Chandrakumar L, Szalai Z, Bódi N, Kovács K L: A béltartalomban élő és a nyálkahártya-asszociált mikrobióta bélszakasz-specifikus változása streptozotocin-indukált diabéteszes patkánymodellben, Magyar Diabetes Társaság XXV. Jubileumi Kongresszusa, Pécs, Magyarország, 2017 | | Chandrakumar L, Mezei D, Barta B P, Szalai Z, Bódi N, Bagyánszki M: Diabetes-related expressional changes of the inflammatory cytokine, tumor necrosis factor alpha in the myenteric ganglia and its microenvironment of different intestinal segments, Joint Meeting of National Physiological Societies, Szabadka, Szerbia, 2017 | | Bódi N, Chandrakumar L, Szalai Z, Bagyánszki M: Diabetes-related induction of heme oxygenase system and enhanced co-localization of heme oxygenase 1 and 2 with neuronal nitric oxide synthase in myenteric neurons of different intestinal segments, Magyar Gasztroenterológiai Társaság 59. Nagygyűlése, Siófok, Magyarország, 2017 | | Chandrakumar L, Mezei D, Barta B P, Szalai Z, Bódi N, Bagyánszki M: Diabetes-related alterations in the expression of the inflammatory cytokines, tumor necrosis factor alpha and interleukin 6 in the myenteric ganglia and its microenvironment of different intestinal segments, 25th United European Gastroenterology Week, 2017. október 28-november 1., Barcelona, Spanyolország. (in press), 2017 | | Bódi N, Wirth R, Maróti G, Talapka P, Giricz Zs, Fekete É, Kovács LK: Gut region-specific alterations in the composition of the intestinal microbiota in streptozotocin-induced diabetic rats., 22nd United European Gastroenterology Week (Bécs, Ausztria) konferenciakivonat, 2014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
