Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Arányi, Tamás Arányi, Tamás Bacquet, Caroline Buday, László Buday, László Buday, László Pomozi, Viola Szeltner, Zoltán Szeri, Flóra Tőkési, Natália Váradi, András Váradi, András Váradi, András
Starting date
2012-01-01
Closing date
2015-12-31
Funding (in million HUF)
39.797
FTE (full time equivalent)
6.17
state
closed project
Summary in Hungarian
Mind az Európai Únió (EU) mind az NIH kutatásai prioritásai között megtaláljuk a ritka betegségek kutatását hiszen az EU és az USA területén több, mint 50 millió olyan ember él, aki ilyen betegségben szenved. Ennek megfelelően a tavalyi év során közös programok indításáról határoztak. Az ABCC6 a pseudoxanthoma elasticum (PXE) nevű ritka betegség génje. A közelmúltban igazolódott azonban, hogy már egyetlen mutáció hordozása is jelentősen megnöveli a szívkoszorúér-betegség kialakulásának kockázatát. Ez nem is annyira meglepő, hiszen nem egy esetben tapasztaljuk, hogy egy ritka betegség egy olyan kórkép modelljének tekinthető, mely a társadalom jóval szélesebb rétegeit érinti, mint a maga a ritka betegség. Valószínűleg egy ma még azonosítatlan metabolitot transzportál az ABCC6 a májsejtekből a véráramba. Ennek a folyamatnak különleges jelentősége van a PXE-re jellemző arteriális kalcifikáció kialakulása szempontjából. Az ABCC6 gén kifejeződésének szabályozásában szerepet játszó faktorok azonosítása hozzájárulhat a két betegség patogenezisének jobb megértéshez, sőt az ABCC6 fehérjeszint növelése akár terápiás céllá is válhat. Ennek megfelelően kísérleteink során az ABCC6 gén szabályozását kívánjuk jobban megérteni. A korábbi és jelenleg is folyó kutatásaink eredményeire támaszkodva tervezzük: i/ azonosítani a gén szövetspecifikus kifejeződéséért felelős fehérjéket, ii/ karakterizálni a gén kifejeződésében szerepet játszó epigenetikai faktorokat, iii/ vizsgálni az ABCC6 kifejeződésének ERK1/2-től való - HNF4alpha transzkripciós faktoron keresztül megvalósuló - függésének mechanizmusát, iv/ a teljes genomot megvizsgálni, hogy azonosítsuk az i és iii pontokban leírt mechanizmusok mely további gének esetén figyelhetők meg.
Summary
Research on rare diseases is a priority of the NIH and the EU, therefore common initiatives were recently undertaken. Indeed more than 50 million people in Europe and in the US are affected by rare diseases. ABCC6 is the disease gene of a rare genetic disorder called pseudoxanthoma elasticum (PXE). However, it was recently also shown that the lack of already one functional allele of ABCC6 is a strong risk factor for coronary artery disease. It is rather common that a rare disease is considered as a model of conditions affecting much larger portion of the population than the genetic disease itself. The ABCC6 transporter most probably secretes an unknown metabolite from the liver to the bloodstream. This has a major role in controlling calcification of the media of arteries and other tissues calcified in PXE. Identification of the factors playing crucial role in the regulation of the gene may give the key to understand the pathomechanism of the two disease-types and may provide the basis of a potential therapeutic intervention targeted to increase the protein level in the liver. Here we propose therefore to study the ABCC6 gene expression regulatory network. Our aims emanate from our previous and ongoing projects : i/ identification of the proteins determining the tissue-specific expression of ABCC6, ii/ characterization of the epigenetic network participating to the regulation of ABCC6 expression, iii/ investigation of the ERK1/2 mediated fine-tuning of the HNF4alpha transcription factor dependent expression of ABCC6, iv/ whole-genome screening for the mechanisms identified in i and iii.
Final report
Results in Hungarian
A kutatás során 5 cikket publikáltunk és további 3 kéziratunk van jelenleg elbírálás alatt.
1/ Módszertani újítások
Két fő eredményünk volt ezen a területen. Bevezettük a teljes genomi analíziseket és állatkísérletes modelleket is elkezdtünk használni. Beállítottuk a kromatin immunoprecipitació (ChIP)-seq és a "reduced representation bisulfite sequencing" (RRBS) módszert.
2/ Az ABCC6 gén transzkripciós szabályozása
Kimutattuk, hogy a C/EBPbeta egy főemlős specifikus intronikus kötőhelyen keresztül aktiválja a gén átíródását. Megmutattuk továbbá, hogy a C/EBPalpha és a HNF4α a promóterhez kötődik, ez utóbbi egy evolúciósan erősen konzervált helyen. A HNF4α felelős a gén szabályozásáért elsősorban. A fenti transzkripciós faktorok különlegesen fontos syerepet töltenek be a metabolizmus regulációjában. Ezért beállítottuk a "fast-refed" metabolikus egér modellt. Kísérleteinkben kimutattuk az ABCC6 promóter H3k4m3 és a géntest H3K36m3 módosítását frissen preparált májból és a módosítások változását a modellünkben a kontrollhoz képest.
3/ Kimutattuk, hogy az ERK1/2 foszforilálja a HNF4α-t. Ennek hatására a fehérje DNS kötése lecsökken és a foszforiláció hatása az AMPK által is foszforilált helyen mutatható ki.
4/ Kimutattuk, hogy az ERK1/2 növeli az ABCG2 fehérje kifejeződését a gén A és B promóterén keresztül.
5/ Négy sikeres nemzetközi tudományos konferenciát szerveztünk.
Results in English
During this period we have published 5 papers and 3 further manuscripts are under revision.
1/ Methodological improvement
Two major changes were realized during the last years. First, local analyses were substituted by genome-wide analyses; second, we introduced mouse model in several experiments. We set up chromatin immunoprecipitation (ChIP)-seq and reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) techniques
2/ Transcriptional Regulation of ABCC6
We have demonstrated that C/EBPbeta acts as a primate-specific transcription factor in the 1st intron of the gene, C/EBPalpha bind the promoter and HNF4 alpha (HNF4α) recognizes an evolutionarily highly conserved binding site in the promoter. These TFs are particularly important in the regulation of metabolism.
We have therefore set up the “fast-refed” mouse model. Our preliminary data indicate H3K4 trimethylation of ABCC6 promoter and H3K36 trimethylation of the gene body in the hepatocytes of control animals. The data also suggest epigenetic changes upon fasting and refeeding.
3/ ERK1/2 phosphorylation of HNF4α
We have shown that ERK1/2 activation inhibits HNF4α binding to DNA, we showed that this is due to both a rapid and a slow effect. The rapid effect is due to direct phosphorylation of the protein at a previously identified target site for AMPK.
4/ We have also demonstrated that ERK1/2 increases the expression of ABCG2 via promoters A and B
5/ We have organized four successful international scientific meetings
Ratajewski M, de Boussac H, Sachrajda I, Bacquet C, Kovács T, Váradi A, Pulaski L, Arányi T: ABCC6 Expression Is Regulated by CCAAT/Enhancer-Binding Protein Activating a Primate-Specific Sequence Located in the First Intron of the Gene, J Inv Dermatol, 2012
de Boussac H, Orbán TI, Várady G, Tihanyi B, Bacquet C, Brózik A, Váradi A, Sarkadi B, Arányi T.: Stimulus-induced expression of the ABCG2 multidrug transporter in HepG2 hepatocarcinoma model cells involves the ERK1/2 cascade and alternative promoters., Biochem Biophys Res Commun, 2012
Tamás Arányi, Caroline Bacquet, Hugues de Boussac, Marcin Ratajewski, Viola Pomozi, Krisztina Fülöp, Christopher N. Brampton, Lukasz Pulaski, Olivier Le Saux and András Váradi: Transcriptional regulation of the ABCC6 gene and the background of impaired function of missense disease-causing mutations, Frontiers in genetics, 2013
Qiaoli Li, Tamás Arányi, András Váradi, Sharon Terry, Jouni Uitto: Research Progress in Pseudoxanthoma Elasticum and Related Ectopic Mineralization Disorders, Journal of Investigative Dermatology, 2016
Events of the project
2016-07-05 14:12:02
Résztvevők változása
2015-03-24 23:11:09
Résztvevők változása
2014-11-26 10:30:35
Vezető kutató váltás
Arányi Tamás 2014. október 1-től visszaveszi a projekt vezetését.
