Endokrinológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
50 %
Sejtdifferenciálódás, sejtélettan, sejtdinamika (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
40 %
Anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
10 %
Ortelius tudományág: Metabolizmus
zsűri
Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia
Kutatóhely
Élettani Intézet (Semmelweis Egyetem)
résztvevők
Dongó Eleni Enyedi Balázs Fülöp László Kiss Levente Spät András Tóth András Dávid Trencsényiné Dr Balázs Bernadett Éva Wisniewski Éva
projekt kezdete
2017-11-01
projekt vége
2022-01-31
aktuális összeg (MFt)
29.476
FTE (kutatóév egyenérték)
7.32
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Elhízásban a teltségérzetet okozó és a táplálékfelvételt gátló (anorexigén) hormon, a szervezet leptin iránti érzékenysége elvész; ez az ún. leptin-rezisztencia, melynek mechanizmusa továbbra sem ismert. Elhízásban a táplálékfelvételt fokozó (orexigén) endokannabinoid rendszer is túlaktiválódik, s ez hozzájárul a betegség fenntartásához. Az azonban továbbra sem ismert, hogy a túlműködő endokannabinoid rendszer hozzájárul-e a leptin-rezisztencia kialakulásához és fenntartásához. Legutóbbi méréseink az mutatták, hogy az endokannabinoid-tónus átmeneti fokozódása a neuronális leptin jelátvitelt in vivo, egészséges testsúlyú egérben is képes gátolni. Ezt a jelenséget előkísérleteinkben sikerült in vitro is reprodukálni idegi eredetű sejtekben. Ez arra utal, hogy az endokannabinoidok közvetlenül, celluláris támadásponttal gátolhatják a leptin jelátvitelét s ezáltal hozzájárulhatnak a leptin-rezisztencia kialakulásához. Jelenlegi célunk a leptin-jelátvitel endokannabinoidok általi gátlásnak molekuláris szinten történő feltárása előbb in vitro neuronális sejtkultúrákban, majd in vivo állatkísérletes rendszerekben. Amennyiben megtaláljuk a leptin jelátvitel érzékeny lépéseit, következtethetünk arra, hogy mely klinikai állapotok hajlamosíthatnak a leptin, vagy más anorexigén anyagok iránti érzékenység elvesztésére s így következményes elhízásra.
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 pályázatban vázolt kísérletek az alábbi kérdésekre keresik a választ. 1) A leptin jelátvitelének kannabinoidok általi korábban dokumentált gátlása mely kannabinoid receptorokon s mely jelátviteli útvonalakon keresztül jön létre? 2) Pontosan mely intracelluláris molekulák vesznek részt a kannabinoidok gátló hatásának közvetítésében? 3) A leptin által aktivált párhuzamos jelátviteli utak közül pontosan melyek érzékenyek a kannabinoidokra? 4) A kannabinoidok leptinre kifejtett hatásának melyek lehetnek a genomiális és elektrofiziológiai következményei izolált neuronokban? 5) Az in vitro megfigyelt jelenségek hogyan érhetőek tetten in vivo körülmények között? 6)S végül: a kannabinoidok támadáspontját ismerve milyen új terápiás lehetőségeink adódhatnak elhízás és metabolikus szindróma kezelésére?
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 elhízásban fellépő leptin-rezisztenciának köszönhetően mind az endogén, mind a terápiás dózisban adott leptin biológiai hatása elvész. Habár a pontos mechanizmusa nem ismert, ez a leptin-rezisztencia igen jellemző vonása az elhízás klinikai képének a fokozott endokannabinoid tónussal egyetemben. Ezek ismeretében figyelemre méltó, hogy előkísérleteink szerint az endokannabinoid tónus akut emelkedése az egér idegsejtjeiben gátolni képes a leptin jelátvitelét. Ezen eddig ismeretlen alapjelenség molekuláris szinten történő feltárása alapvető jelentőségű lehet annak megértésében, hogy a kannabinoidok, ill. más orexigén faktorok hogyan és mikor vezethetnek leptin-rezisztenciához. Az új ismeretek segítségével következtethetünk arra, hogy a) mely fiziológiás vagy klinikai állapotokban kell érdemben számolnunk a leptin és esetleg más anorexigén anyagok hatástalanságával b) milyen új terápiás lehetőségek jöhetnek szóba a leptin-rezisztencia kezelésében úgy, hogy közben elkerüljük az endokannabinoid renszer teljes gátlását, amely eljárás korábban sajnos veszélyesnek bizonyult. A téma aktualitása és jelentősége miatt a nemzetközi verseny természetesen nagy, olyan kiváló kutatók dolgoznak a területen mint Giovanni Marsicano, Vincenzo Di Marzo, Christoph Buettner or Barbara Kahn. Szerencsénkre az egyik legkomolyabb szakember és laborja egyben a jelenlegi és jövőbeni együttműködő partnerünk is (G. Kunos).
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 komoly népegészségügyi fenyegetést jelentő elhízás és társbetegségei jelenleg már a föld népességének kb. harmadát érintik. Az elhízás kezelésére tett terápiás kísérletek nagyrészt eredménytelennek, néha pedig veszélyesnek bizonyultak, ezért új eljárások kidolgozása feltétlen szükséges lenne. Elhízásban a fő teltségérzetet okozó és táplálékfelvételt gátló hormonunk, a leptin normális hatása elvész, ún. leptin-rezisztencia alakul ki. Ha ezt a rezisztenciát meg tudnánk szűntetni, akkor az elhízás és társbetegségei nagyobb eséllyel lehetnének megelőzhetőek, kezelhetőek. A rezisztencia pontos oka azonban ismeretlen. Előzetes megfigyelésünk szerint a szervezet saját kannabinoid rendszere, az ún. endokannabinoid (EC) rendszer azonban segíthet közelebb jutni a megoldáshoz. Amennyiben normális súlyú egerekben kísérletesen rövid időre aktiváltuk ezt az EC rendszert, a leptin hatása természetes célsejtjeire, az idegsejtekre jelentősen mérséklődött. Ez arra utal, hogy ha az EC rendszer fokozott működése, melyet elhízásban és zsíros ételek fogyasztásakor már kimutattak, csökkentheti a leptin hatásosságát és így akár elhízásra is hajlamosíthat. Ezért természetesen felmerül a szervezet teljes EC rendszerének gátlása, de sajnos ez veszélyes mellékhatásokkal jár s az ilyen gyógyszereket ki is kellett vonni a forgalomból. Kísérleteinkben ezért szeretnénk pontosan, a molekulák szintjén feltárni, hogy az EC rendszer pontosan hogyan gátlolja a leptin idegsejtekre kifejtett természetes hatását. Így lehetőségünk adódhat a jövőben az elhízás új, biztonságosabb kezeléseinek kidolgozására.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Resistance to the master anorexigenic hormone leptin, the so called leptin resistance is a hallmark of obesity, yet the exact molecular mechanism initiating and driving this resistance remain elusive. The orexigenic endocannabinoid system is overactive in obesity and metabolic syndrome contributes to the progression of the disease. However, the potential contribution of cannabinoids to impaired leptin signalling has never been directly addressed. We have recently found that a transient increase in EC tone in fact has the potential to attenuate neuronal leptin signalling in vivo healthy lean animals. In our in proof-of-concept preliminary experiments this could be reproduced in vitro in neuronal cells. Cannabinoids thus may exert a direct inhibitory effect on leptin signalling at the cellular level and through such action may contribute to the initiation of leptin resistance. In the proposed project we wish to dissect the molecular mechanism(s) carrying out this inhibitory effect(s) of cannabinoids on leptin signalling first in well-controlled in vitro experiments and then in animal paradigms. Identifying the cannabinoid sensitive steps in leptin signalling will help identify the vulnerable points of anorexigenic signalling and may provide predictions as to which clinical conditions have the potential to spark obesity.
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 experiments presented in this application seek to answer the following questions. 1) Which cannabinoid receptor and which intracellular signal transduction pathway(s) are responsible for the previously documented cannabinoid mediated inhibitory effect on leptin signalling? 2) Which intracellular effector molecule(s) exert the effect on leptin signalling directly? 3) Which of the several parallel leptin signalling pathways are predominantly affected by the concurrent endocannabinoid signalling? 4) What corollaries does such an inhibitory cannabinoid action have at the transcriptional and/or electrophysiological level in cultured neurons? 5) How do these in vitro observations translate into in vivo phenomena? 6) And finally, can we pinpoint vulnerable spots in anorexigenic pathways and identify new potential therapeutic targets by extrapolating from our data?
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 inefficiency of both endogenous and pharmacological amounts of leptin in obese individuals is the consequence of leptin resistance. The mechanism of this resistance is unknown but still, leptin resistance is a hallmark of obesity and metabolic syndrome and so is the increase in tone of the endocannabinoid system. In the light of these it is particularly interesting that, as demonstrated by our preliminary experiments, endocannabinoids have the potential to acutely attenuate neuronal leptin signalling. Dissecting the molecular mechanism of this hitherto unknown inhibition would be a major step in our understanding how the endocannabinoid system can trigger impaired leptin signalling and thus leptin resistance in pathologic conditions. By using this data we could make predictions as to i) which physiological or pathophysiological conditions have the risk of sparking resistance to leptin or to other anorexic signals; ii) how to target resistance in the clinical setting and still avoid the known risks associated with blocking the entire endocannabinoid system. There is admittedly intense competition on this field involving such prominent scientist as Giovanni Marsicano, Vincenzo Di Marzo, Christoph Buettner or Barbara Kahn. Luckily, one of the most potent competitors happens to be our collaborator (G. Kunos).
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. Obesity and the ensuing metabolic syndrome pose a global health threat affecting nearly one third of the globe’s population. The therapeutic approaches to obesity are ineffective or sometimes even dangerous warranting new strategies for the treatment and the prevention of obesity. In obese individuals, the “master” appetite reducing (anorectic) hormone leptin becomes ineffective; this is the so-called leptin resistance. Preventing this resistance could preclude obesity (or normalize food-intake and body weight in already obese subjects) but it is as yet unknown how leptin resistance is initiated or sustained. However, it seems that the body’s own cannabinoid system, the endocannabinoid system (ECS) may provide some clues to this conundrum. We have recently found that if we experimentally induce a brief ECS activation in healthy mice, neurons in the brain respond to leptin less keenly. This suggests that an increase in the ECS activity, which is also documented in obesity or when consuming high-fat food, has the potential to interfere with leptin. Thus the ECS may spark leptin resistance and, in the long run, drive weigh gain. One could naturally consider blocking the entire ECS but this has proven to be risky and such medications had to be withdrawn. Therefore, in the current research we aim to explore how exactly the ECS blocks leptin’s normal function. By identifying the molecules which carry out this inhibitory effect of cannabinoids we hope to pinpoint novel, safe therapeutic targets for the treatment and prevention of leptin resistance and obesity.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Jelen pályázat keretében az eredeti megfigyelésünk molekuláris hátterét kívántuk feltárni: eszerint a szervezet egyik fő anorexigén (táplálékfelvételt csökkentő) hormonjának, a leptinnek a neuronális jelátvitelét gátolják az (orexigén – táplálékfelvételt fokozó) endokannabinoidok. A jelátviteli kölcsönhatás vizsgálatára előbb egy konfokális mikroszkópos eljárást dolgoztunk ki, melynek segítségével a leptin jelátvitele (ti. a STAT-aktiváció) félautomatizálva, nagy áteresztőképességgel vizsgálható hypothalamus-eredetű neuronokon és neuroblastokon. Ezen eljárást kombináltuk farmakológia, molekuláris biológiai és immuprecipitációs technikákkal és kimutattuk, hogy az 1-es típusú kannabinoid receptor (CB1R) aktivációjakor a b-arrestin1 áthelyeződik a sejtmagba, megköti mind a T-sejt foszfotirozin-foszfatázt (TCPTP), mind az aktív STAT3-t, és végtére is elősegíti ezen utóbbi defoszforilációját a TCPTP által. Ez a mechanizmus egészséges egerek hypothalamusában táplálékfelvétel során is kimutatható, s hozzájárulhat a metabolikus szindrómára jellemző leptin-rezisztencia elindításában, ill. részben magyarázhatja az endo- és növényi kannabinoidok, sokszor kedvezőtlen, orexigén hatását.
A projekt céljára fejlesztett methodikai repertoárt (pl. mitokondriális adenilát-cikláz és továbbfejlesztett CB1R klónok) sikeresen alkalmaztunk egyéb, többek között kollaboratív munkákban is (lásd publikációk listája).
kutatási eredmények (angolul)
We sought to clarify the molecular mechanism behind our original observation showing that orexigenic endocannabinoids suppress the signal transduction of the main anorexigenic hormone, leptin. To this end, we developed a plate-based, semi-automated confocal microscopic technique that enabled studying leptin-induces STAT signalling in hypothalamic neurons and neuroblasts in a high-throughput manner. Using this approach in combination with pharmacological, molecular biological and co-immunoprecipitation methods, we revealed that, upon cannabinoid type-1 receptor (CB1R) activation, β-arrestin1 translocates to the nucleus where it binds both the nuclear T-cell protein tyrosine phosphatase (TCPTP) and active (i.e. phosphorylated) STAT3 and, in turn, facilitates the dephosphorylation of the latter by the former. We showed that this inhibitory effect of cannabinoids on leptin signalling is also present in the hypothalamus of healthy mice during normal food intake. The hereby reported mechanism may contribute to the undesirable obesogenic effects of both endo- end phytocannabinoids, and may be one of the first steps towards leptin resistance, a hallmark of the metabolic syndrome.
For the purposes of the original project, we cloned mitochondria-targeted soluble adenylyl cyclase enzymes and created novel CB1R constructs with improved properties. We successfully used these resources in side-projects and in international collaborations (see list of publications.)
Jourdan Tony, Degrace Pascal, González-Mariscal Isabel, Szanda Gergo, Tam Joseph: Endocannabinoids: the lipid effectors of metabolic regulation in health and disease, In: James, Ntambi (szerk.) Lipid Signaling and Metabolism, Academic Press (2020) pp. 297-320., 2020
Szanda G, Horváth VB: Anyagcsere-betegségek molekuláris és endokrin háttere: endokannabionidok, https://mob.aeek.hu/detailsperm.jsp?PERMID=143479, 2019
