A taniciták szerepének vizsgálata a hipofiziotróp TRH idegsejtek szabályozásában

súgó

nyomtatás

vissza »

Projekt adatai

azonosító

109710

típus

Vezető kutató

Fekete Csaba

magyar cím

A taniciták szerepének vizsgálata a hipofiziotróp TRH idegsejtek szabályozásában

Angol cím

Examination of the role of tanycytes in the regulation of the hypophysiotropic TRH neurons

magyar kulcsszavak

hipofiziotróp, TRH, tanicita, negative feedback, endokannabinoid

angol kulcsszavak

hypophysiotrop, TRH, tanycyte, negative feedback, endocannabinoid

megadott besorolás

Neuroanatómia és idegélettan (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)

100 %

zsűri

Idegtudományok

Kutatóhely

Lendület Integratív Neuroendokrinológiai Kutatócsoport (HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet)

résztvevők

Beliczai Zsuzsa
Farkas Erzsébet
Füzesi Tamás
Kádár Andrea
Kiss Enikő
Varga Edina
Vida Barbara
Zséli Györgyi

projekt kezdete

2014-02-01

projekt vége

2019-01-31

aktuális összeg (MFt)

43.995

FTE (kutatóév egyenérték)

14.70

állapot

lezárult projekt

magyar összefoglaló

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A hipotalamusz-hipofízis-pajzsmirigy (HHP) tengely kritikus szerepet játszik az energiaháztartás szabályozásában, mivel a pajzsmirigyhormonok felelősek az alapanyagcsere ~ 30%-ért. E neuroendokrin rendszert szorosan kontrolálja a vérben keringő pajzsmirigyhormonok szintje, az immunrendszer és az energiaraktárak állapota. A HHP tengely fő centrális szabályozói a hipotalamusz paraventrikuláris magjában elhelyezkedő hipofiziotróp thyrotropin-releasing hormont (TRH) termelő idegsejtek. A TRH idegsejtek integrálják a hormonális és neuronális szignálokat és szabályozzák a HHP tengely perifériás részét a TRH-nak az eminencia mediána külső zónája perivaszkuláris terébe ürítésén keresztül. E területen a hipofiziotróp TRH idegsejtek axonjai és a taniciták, a III: kamra falát bélelő speciális glia sejt típus, végtalpai igen szoros anatómiai kapcsolatban vannak. Az elmúlt 15 évben felhalmozódott adatok arra utalnak, hogy a taniciták szerepet játszhatnak a hipofiziotróp TRH idegsejtek szabályozásában, így a HHP tengely fontos centrális szereplői lehetnek.
A pályázat fő célja e speciális neuron-glia interakció megértése. Ennek érdekében
1) Meghatározzuk a taniciták kettes típusú dejodáz termelésének szerepét a HHP tengely szabályozásában, és feltárjuk az α és β taniciták relatív szerepét a hipofiziotróp TRH idegsejtek feedback szabályozásában
2) Feltárjuk az endokannabinoid rendszer szerepét a hipofiziotróp TRH idegsejtek és a tanycyták interakciójában

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.
A jelen pályázat célja a tanicita-neuron interakció szerepének megértése a hipofiziotróp TRH idegsejtek szabályozásában. Mivel az irodalmi adatok arra utalnak, hogy a taniciták szerepet játszhatnak a TRH idegsejtek negatív feedback szabályozásában azáltal, hogy a T4-et a pajzsmirigyhormonok aktív formájává, T3-má konvertálják, vizsgáljuk, hogy a taniciták D2 expressziójának kiütése felnőtt, transzgenikus egerekben, hogyan befolyásolja a HHP tengely aktivitását. Továbbá, vírus mediált Cre expresszió felhasználásával floxolt D2 KO egerekben tanulmányozzuk, hogy csak a β vagy az α és a β taniciták is szerepet játszanak a TRH idegsejtek feedback szabályozásában.
Mivel kimutattuk, hogy igen szoros anatómiai kapcsolat van a DAGL-α termelő taniciták végtalpai és a hipofiziotróp TRH idegsejtek 1-es típusú kannabinoid receptort (CB1) tartalmazó axonvégződései közt az eminencia mediánában, feltételezzük, hogy a tanycyták endokannabinoidok segítségével képesek befolyásolni a hipofiziotróp TRH terminálisok aktivitását. A feltételezés igazolása érdekében vizsgáljuk, hogy hogyan befolyásolják a CB1 agonista és antagonista vegyületek a TRH ürülését eminencia mediána explantumokból. Mivel a hipofiziotróp TRH idegsejtek glutamáterg neuronok, és az intracelluláris Ca2+ koncentráció emelkedése az endokannabinoid ürülés egyik fő szabályozója, tanulmányozzuk, hogy a TRH vagy a glutamát befolyásolja-e a Ca2+ szintet a tanicitákban és azonosítjuk a folyamatban résztvevő receptor típusokat. Továbbá, optogenetika alkalmazásával vizsgáljuk, hogy az eminencia mediánában a hipofiziotróp TRH idegsejtek axonvégződéseinek aktiválása Ca2+ szint emelkedést okoz-e a tanicita végtalpakban.

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!
Az idegtudomány területén folytatott kutatások fő fókusza a neuron-neuron interakciók vizsgálata. Sokkal kevesebb figyelem fordítódik a glia sejtek és a neuronok kölcsönhatásának tanulmányozására. A taniciták és a neuronok közt kialakuló szabályozó folyamatokról pedig különösen kevés információ található a tudományos közleményekben.
A tanicitáknak a hipofiziotróp TRH idegsejtek negatív feedback szabályozásában játszott szerepének vizsgálatával és az e folyamatban szerepet játszó tanicita alpopulációk feltárásával nem csak a HHP tengely precíz negatív feedback szabályozásában szerepet játszó komplex hálózat jobb megértését segítjük elő, hanem emellett hozzájárulhatunk az alacsony T3 szindróma jobb megértéséhez is. A HHP tengely mellett más neuroendokrin rendszereket, például a hipotalamusz-hipofízis-gonád és mellékvese tengelyekre is hatnak a pajzsmirigyhormonok és az e tengelyeket szabályozó hipofiziotróp axonok (a GnRH és CRH idegsejtek axonjai) is tartalmaznak pajzsmirigyhormon transzportereket, így az eredményeink e neuroendokrin tengelyek pajzsmirigyhormon általi szabályozásának megértését is elősegíthetik.
Jelenleg az irodalmi adatok nem támasztják alá, hogy a taniciták aktívan képesek befolyásolni a hipofiziotróp TRH axonok hormon ürítését az eminencia mediánában. A taniciták hormonális változások hatására bekövetkező morfológiai plaszticitása alapján feltételezik, hogy bizonyos körülmények között a taniciták fizikális barriert képezhetnek az axonvégződések és a portális kapillárisok közt. Az endokannabinoidoknak a taniciták és a hipofiziotróp TRH axonok közt kialakuló interakcióban betöltött szerepét vizsgáló kísérleteink azonban feltárhatnak egy újfajta neuron-glia mikro szabályozókört az eminencia mediánában, ami lehetővé teszi, hogy a taniciták igen gyorsan és precízen kontrolálják a hipofiziotóp terminálisok szekretoros aktivitását. Mivel a taniciták és a hipofiziotróp terminálisok kölcsönhatása a vér-agy gáton kívül jön létre, e mikro szabályozókör elemei érdekes új gyógyszer targeteket biztosíthatnak a hipofiziotróp idegsejtek más neuronrendszerek befolyásolása nélküli szabályozásához.

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 hipofiziotróp TRH idegsejtek által szabályozott hipotalamusz-hipofízis-pajzsmirigy (HHP) tengely kritikus szerepet játszik az energiaháztartás szabályozásában. Ezen idegsejtek a perifériás hormonok és a központi idegrendszer szoros kontrollja alatt állnak. Az elmúlt 15 évben felhalmozódott adatok arra utalnak, hogy a taniciták szerepet játszhatnak a hipofiziotróp TRH idegsejtek szabályozásában, így a HHP tengely fontos centrális szereplői lehetnek.
A pályázat fő célja e speciális neuron-glia interakció megértése. Ennek érdekében
1) Meghatározzuk a taniciták kettes típusú dejodáz termelésének szerepét a HHP tengely szabályozásában, és feltárjuk az α és β taniciták relatív szerepét a hipofiziotróp TRH idegsejtek feedback szabályozásában
2) Feltárjuk az endokannabinoid rendszer szerepét a hipofiziotróp TRH idegsejtek és a tanycyták interakciójában
A tervezett kutatások új adatokat fognak szolgáltatni a HHP tengely szerveződéséről és elősegítik a taniciták és a hipofiziotróp idegsejtek kapcsolatának megértését.

angol összefoglaló

Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The hypothalamic-pituitary-thyroid axis plays critical role in the regulation of the energy homeostasis as the thyroid hormones are responsible for ~ 30% of the basic metabolic rate. This neuroendocrine axis is tightly regulated by the circulating thyroid hormones and also by energy availability and the immune system. The primary central regulators of the HPT axis are the hypophysiotropic thyrotropin-releasing hormone (TRH) secreting neurons of the hypothalamic paraventricular nucleus. These neurons integrate the hormonal and neuronal signals and regulate the peripheral components of the HPT axis by releasing TRH into the perivascular space of the external zone of the median eminence. In this location, the axon terminals of the hypophysiotropic TRH neurons are in close relationship with the end-feet processes of tanycytes, a special glial cell type lining the wall of the third ventricle. During the last fifteen years increasing amount of data accumulated suggesting that tanycytes may be involved in the regulation of the hypophysiotropic TRH neurons and therefore may be important central components of the HPT axis.
The major goal of this proposal is to further elucidate the operation of this special neuro-glial interaction. Therefore, we will
1) Determine the role of the type 2 iodothyronine deiodinase (D2) production of tanycytes in the regulation of the hypothalamic-pituitary-thyroid axis, and elucidate the relative involvement of the α and β tanycytes in the negative feedback regulation of the hypophysiotropic TRH neurons
2) Elucidate the role of the endocannabinoid system in the regulation of the secretory activity of hypophysiotropic TRH neurons by tanycytes.

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.
The goal of the current proposal is to better understand the role of the tanycyte-neuron interaction in the regulation of the HPT axis. Since it is hypothesized that tanycytes play important role in the negative feedback regulation of the hypophysiotropic TRH neurons by converting T4 to the active form of thyroid hormones, T3, we will determine how the ablation of D2 expression from the tanycytes of adult transgenic mice alter the activity of the HPT axis. In addition, using virus mediated Cre expression in the floxed D2 KO mouse line, we will determine whether only the β or both the α and β tanycytes are involved in the feedback regulation of the TRH neurons.
Since, we have shown that there is a close association between the DAGLα-synthesizing tanycyte end-feet processes and the type 1 cannabinoid receptor (CB1)-containing axon terminals of the hypophysiotropic TRH neurons, we hypothesize that the tanycytes can regulate the secretory activity of the hypophysiotropic TRH terminals by the release of endocannabinoids. To support this hypothesis, we will determine the effect of CB1 agonists and antagonists on the TRH release of median eminence explants. Since the hypophysiotropic TRH neurons are glutamatergic, and the increase of intracellular Ca2+ level is a key regulator of the endocannabinoid release, we will determine whether TRH or glutamate can regulate the intracellular Ca2+ level in tanycytes and identify the receptors involved in this process. Furthermore, using optogenetic tools, we will examine whether the activation of the axon terminals of the TRH neurons in the median eminence can increase the intracellular Ca2+ level in the end feet processes of tanycytes.

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.
The major focus of the studies in the field of neuroscience is the examination of the neuro-neuronal interactions. Farr less effort is focused on the elucidation of the role of glial cells in the regulation of the neuronal functions. The mechanisms involved in the interaction of tanycytes and neurons is especially understudied. Elucidating the role of tanycytes in the negative feedback regulation of the hypophysiotropic TRH neurons and determination of the tanycyte subtypes involved in this process will not only help to better understand the complex machinery involved in the precise control of the negative feedback regulation of the HPT axis, but also may facilitate to gain further insight to the mechanisms of the non-thyroidal illness syndrome. In addition to the HPT axis, other neuroendocrine systems, like the hypothalamic-pituitary-gonadal and adrenal axis, are also regulated by thyroid hormones and the axon terminals of the hypophysiotropic terminals regulating these axes (terminals of GnRH and CRH neurons) contain thyroid hormone transporter, therefore, our results may also help to better understand the thyroid hormone regulation of these neuroendocrine axes.
Currently there is no evidence in the literature that tanycytes can actively influence the hormone release from the axons of the hypophysiotropic neurons in the median eminence. Based on the morphological changes of tanycytes in response to alterations of the circulating hormones like estrogen and thyroid hormone, it is suggested that tanycytes may form physical barrier between the hypophysiotropic axons and the portal capillaries under certain conditions. Our studies focusing on the role of the endocannabinoids in the interaction of the tanycytes and the hypophysiotropic TRH neurons, however, may reveal a novel neuro-gial microcircuit in the median eminence by which tanycytes can rapidly control the secretory activity of hypophysiotropic terminals. Since the interaction of tanycytes and the hypophysiotropic axon terminals occurs outside of the blood brain barrier, components of this microcircuit may provide interesting new drug targets to modulate the activity of the hypophysiotropic neurons without influencing other neuronal circuits.

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.
The hypothalamic-pituitary-thyroid (HPT) axis regulated by the hypophysiotropic TRH neurons plays crucial role in the regulation of energy homeostasis and tightly regulated by the circulating hormones and the central nervous system. During the last fifteen years increasing amount of data accumulated suggesting that tanycytes may be involved in the regulation of the hypophysiotropic TRH neurons and therefore may be important central components of the HPT axis.
The major goal of this proposal is to further elucidate the operation of this special neuro-glial interaction. Therefore, we will
1) Determine the role of the type 2 iodothyronine deiodinase (D2) production of tanycytes in the regulation of the hypothalamic-pituitary-thyroid axis, and elucidate the relative involvement of the α and β tanycytes in the negative feedback regulation of the hypophysiotropic TRH neurons
2) Elucidate the role of the endocannabinoid system in the regulation of the secretory activity of hypophysiotropic TRH neurons by tanycytes.
The proposed studies will provide further insight into the organization of the HPT axis and will help to understand the interaction between the tanycytes and the hypophysiotropic neurons in the median eminence.

Zárójelentés

kutatási eredmények (magyarul)

Leírtunk egy új TRH ürülést szabályozó tanycyta-neuron mikro-szabályozó kört az eminencia mediána külső zónájában. E szabályozó körben a tanycyták endocannabinoidok segítségével gátolják a hypophysiotrop axon terminálok TRH ürülését, míg a TRH axonok aktivitása során ürülő glutamát AMPA és kainát receptoron keresztül, illetve glutamát transzport közvetítésével depolarizálja a tanycytákat és növeli a tanycytákban az intracelluláris Ca2+ szintet.Továbbá, igazoltuk, hogy az endogén gltamát az eminencia mediánában fokozza a tanycyták endocannabinoid szintézisét. Kimutattuk, hogy az irodalmi adatokkal ellentétben a tanycyták nem termelnek TRH receptort és a TRH nem hat a tanycytákra. Létrehoztunk egy pajzsmirigyhormon hatás indikátor transzgenikus egér vonalat (THAI egér vonal), ami lehetővé teszi a pajzsmirigyhormon hatás vizsgálatát akár élő állatokban is. Az alapkutatási alkalmazhatósága mellett a THAI egérvonal felhasználható pajzsmirigyhormon agonisták tesztelésére és új kémiai vegyületek pajzsmirigyhormon hatásra kifejtett mellékhatásainak vizsgálatára. Az egér modell megkapta a magyar és EU szabadalmat. Leírtuk, hogy a tanycyták PACAp receptort termelnek és a PACAP fokozza a D2 termelését e sejtekben, ami a hypophysiotrop sejtek csökkent TRH termelésével párosul.

kutatási eredmények (angolul)

We have described a novel tanycytes-neuron microcircuit in the external zone of the median eminence that regulates the activity of the TRH release into the hypophyseal portal circulation. In this regulatory circuit, the tanycytes inhibit the TRH release of the hypophysiotropic terminals via endocannabinoid release, while the glutamate released from the hypophysiotropic TRH axons depolarize the tanycytes via AMPA and kainite receptors and via glutamate transport. These effects of glutamate also increases the intracellular Ca2+ level in the tanycytes. Furthermore, we proved that endogenous glutamate increases the endocannabinoid synthesis of tanycytes. In addition, we have generated a Thyroid Hormone Action Indicator (THAI) mouse line that can be used to detect tissue specific thyroid hormone action even in live animals. In addition to its application to answer basic science questions, this mouse line can be used to test novel thyroid hormone receptor agonists and in toxicologic tests to determine the potential action of novel chemical compounds on the thyroid hormone signaling. The THAI mouse line received Hungarian and EU patent. We provided evidence that the tanycytes express PACAP receptor and this peptide stimulates the D2 synthesis in these cells that is accompanied by the decrease of TRH gene expression in the hypophysiotropic neurons.

a zárójelentés teljes szövege

https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109710

döntés eredménye

igen

Közleményjegyzék

Zoltán Péterfi, Erzsébet Farkas, Kata Nagyunyomi-Sényi, Andrea Kádár, Szenci Ottó, András Horváth,Tamás Füzesi, Ronald M. Lechan, Csaba Fekete: Role of TRH/UCN3 neurons of the perifornical area/bed nucleus of stria terminalis region in the regulation of the anorexigenic POMC neurons of the arcuate nucleus in male mice and rats., Brain Structure and Function 223(3):1329-1341, 2018

Petra Mohácsik, Ferenc Erdélyi, Mária Baranyi, Bálint Botz, Gábor Szabó, Mónika Tóth, Irén Haltrich, Zsuzsanna Helyes, Beáta Sperlágh, Zsuzsa Tóth, Richárd Sinkó, Ronald M Lechan, Antonio C Bianco, Csaba Fekete, Balázs Gereben: A Transgenic Mouse Model for Detection of Tissue-Specific Thyroid Hormone Action, Endocrinology 159(2):1159-1171, 2018

E. FARKAS, E. VARGA, A. COTE-VÉLEZ, M. MATZIARI, M. TÓTH, A. SZILVÁSY-SZABÓ, A. KÁDÁR, R. M. LECHAN, J.-L. CHARLI, P. JOSEPH-BRAVO, C. FEKETE: A novel glial-neuronal circuit in the external zone of the median eminence regulating the hypophysiotropic TRH neurons via the endocannabinoid system, Society for Neuroscience Annual Meeting 2017, 2017

Erzsébet Farkas, Edina Varga, Balázs Kovács, Anett Szilvásy-Szabó, Antonieta Cote-Vélez, Zoltán Péterfi, Magdalini Matziari, Mónika Tóth, Dóra Zelena, Zsolt Mezriczky, Andrea Kádár, Dóra Kővári, Masahiko Watanabe, Masanobu Kano, Ken Mackie, Balázs Rózsa, Yvette Ruska, Blanka Tóth, Zoltán Máté, Ferenc Erdélyi, Gábor Szabó, Balázs Gereben, Ronald M. Lechan, Jean-Louis Charli, Patricia Joseph-Bravo, Csaba Fekete: A glial-neuronal circuit in the median eminence regulates thyrotropin-releasinghormone-release via the endocannabinoid system, iScience, 2020

Egri P, Fekete C, Denes A, Reglodi D, Hashimoto H, Fulop BD, Gereben B: Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) regulates the hypothalamo-pituitary-thyroid (HPT) axis via type 2 deiodinase in male mice., Endocrinology, 2016

Zseli G, Vida B, Martinez A, Lechan RM, Khan AM, Fekete C: Elucidation of the anatomy of a satiety network: Focus on connectivity of the parabrachial nucleus in the adult rat, Journal of Comparative Neurology, 2016

Anett Szilvásy-Szabó, Edina Varga, Zsuzsa Beliczai, Ronald M. Lechan, Csaba Fekete: Localization of connexin 43 gap junctions and hemichannels in tanycytes of adult mice, Brain Research 1673:64-71, 2017

Anett Szilvásy-Szabó, Zsuzsa Beliczai, Csaba Fekete: The localization of connexin43 gap junctions in tanycytes., http://www.mitt2015.hu/index.php/oral-poster-presentation/, 2015

Mohácsik P, Füzesi T, Doleschall M, Szilvásy-Szabó AS, Vancamp P, Hadadi É, Darras VM, Fekete C, Gereben B: Increased thyroid hormone activation accompanies the formation of thyroid hormone dependent negative feedback in developing chicken hypothalamus, Endocrinology 157(3):1211–1221, 2016, 2016

Projekt eseményei

2015-03-24 23:31:58

Résztvevők változása

vissza »