Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Public health, health services, environmental and occupational medicine, epidemiology, medical ethics
(Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Gastroenterology
Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: General pathology
Panel
Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent
Dept. of Pathology and Experimental Cancer Research (Semmelweis University)
Participants
Dezső, Katalin Paku, Sándor Szurián, Kinga
Starting date
2012-01-01
Closing date
2015-12-31
Funding (in million HUF)
20.000
FTE (full time equivalent)
6.04
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalása Súlyos májkárosítások által kiváltott szöveti reakcióknak legalább három különböző formája különíthető el: regeneráció, fibrosis és carcinogenesis. Ma már általánosan elfogadott az a nézet, hogy a májbeli őssejt populáció valamennyi fent említett szöveti reakcióban aktivizálódik. Az azonban még nem ismert, hogy az őssejtek részvételének mi a jelentősége a különböző folyamatokban és hogy van-e szerepük a károsító tényezők által kiváltott reakciók kimenetelének a szabályozásában. Az őssejtekből származó sejtek a májban ductuláris képleteket formálnak, az ezeket felépítő sejteket a kísérletes rágcsáló modellekben gyakran ovális sejteknek nevezik. Tervezett kísérleteinkben ezeket az őssejtekből származó sejtpopulációkat szeretnénk összehasonlítani modern molekuláris biológiai és morfológiai vizsgáló módszerekkel a három különböző (regeneráció, fibrosis/cirrózis, carcinogenesis) in vivo kísérleti rendszerben. Továbbá meg szeretnénk vizsgálni, hogy az utóbbi években kifejlesztett szelektiv receptor kináz gátló szerekkel tudjuk-e hatékonyan befolyásolni ezeknek az “ovális sejteknek” a viselkedését, fenotípusát és az esetlegesen így előidézett változások eredményeznek-e lényeges eltérést a már említett szöveti reakciók végső kimenetelében. Másként fogalmazva különböző receptorok aktivitásának befolyásolásával tudunk–e hatást gyakorolni az őssejt eredetű szöveti reakciókra és ezek keresztül a májkárosítás által előidézett elváltozásokra. Egyes állatkísérleti mintákon tett megfigyeléseinket szeretnénk kóros emberi májmintákon is ellenőrizni.
A kutatás alapkérdése A májban található őssejtekből származó un. ovális sejtek megtalálhatóak a máj különböző károsítások által előidézett szöveti reakcióiban mint pl. az őssejtek részvételével zajló regenerációban, máj fibrózisban/cirrózisban vagy kémiai hepatocarcinogenezis modellek korai fázisában. Azt azonban még nem tudjuk, hogy ezekben a különböző szöveti reakciókban jelenlevő, morfológiailag hasonló ovális sejtek között vannak-e különbségek illetve, hogy van-e ezeknek a sejteknek szerepe és ha van, akkor mi a különböző májfolyamatok a lezajlásában, kimenetelében. Tervezett kísérleteinkben ezért azt szeretnénk megvizsgálni, hogy a/ van-e különbség az ovális sejtek tágabb értelemben vett fenotípusában, szöveti megoszlásában, elrendeződésében a különböző patológiai folyamatokban b/ érdemben befolyásolható-e ezeknek az ovális sejteknek a viselkedése különböző célpontú receptor kináz gátló vegyületekkel c/ ha ezek a vegyületek hatást tudnak gyakorolni az ovális sejtekre, befolyásolja-e ez a vizsgált szöveti reakciók végső kimenetelét? Különböző károsító hatások által kiváltott őssejt eredetű folyamatokban eltérő vagy azonos szignálutak irányítják-e az ovális sejtek viselkedését és van-e ennek jelentősége a folyamat kimenetele szempontjából?
A kutatás jelentősége Napjainkra szinte általánosan elfogadottá vált, hogy a májban található őssejt populáció aktivizálódik a májat ért szöveti károsodások által kiváltott reakciókban. Az őssejtekből származó, rágcsálókban többnyire oválisnak nevezett sejtek ductuláris képleteket formálva találhatóak meg a májszövetben. Azt azonban nem igazán értjük, hogy mi a szerepe, jelentősége ezeknek az ovális sejteknek és van-e köztük különbség az eltérő eredetű szöveti válaszreakciókban. A közelmúltban kifejlesztett szelektív receptor kináz gátló vegyületek segítségével befolyásolhatóak az ovális sejtek funkcióját befolyásoló jelátviteli utak. Ezeknek a vegyületeknek az alkalmazásával sok új információt tudhatunk meg a különböző őssejt eredetű szöveti reakciók növekedésének szabályozásáról. Ezek a kísérletek arról is szolgáltathatnak eredményeket, hogy vannak-e szabályozási különbségek a különböző károsítások által kiváltott őssejtes reakciók között. Ráadásul ezek a szöveti reakciók számos gyakori, fontos májbetegségben is megfigyelhetőek. Néha, mint például fulmináns májelégtelenséget követően zajló regeneráció hasznosak, máskor pl. a fibrózis, májdaganatok kialakulásában káros következményeik vannak. Ennek megfelelően néha a serkentésük, máskor a gátlásuk lenne hatásos különböző betegségek kezelésében. Ha sikerülne kideríteni, hogy milyen szignálutak játszanak fontos szerepet az ovális sejtes reakciók szabályozásában az fontos lépés lenne ezeket a betegségeket megcélzó, racionális terápiás próbálkozások kifejlesztéséhez.
A kutatás összefoglalója laikusok számára A májat káros hatások, elsősorban vírusfertőzések, különböző mérgező hatású vegyületek érhetik a mindennapi élet során. Ezek a károsítások bonyolult válaszreakciókat váltanak ki, melyekben mai tudásunk szerint a májban előforduló őssejtek is részt vesznek, pontosabb szerepük azonban még tisztázásra vár. A helyzetet tovább bonyolítja, hogy a károsítás jellegétől, egyszeri vagy ismétlődő voltától függően a kiváltott reakcióiknak is több formája ismert. Ideális esetben a sérülést követően a májszövet megújul, regenerálódik. Ismétlődő, vagy más jellegű károsítások viszont májzsugorodás vagy akár daganatok kialakulásához is vezethetnek. A májsejtek utódai mindegyik szöveti reakcióban jelen vannak, de nem igazán ismert, hogy szerepük azonos vagy eltérő a különböző reakciókban és befolyásolják-e azok végső kimenetelét. Tervezett munkánkban állatkísérleti modelleken szeretnénk megvizsgálni, hogy van-e különbség az őssejtek viselkedésében májdaganatok kialakulása vagy regeneráció során. Célzott, különböző szabályozási mechanizmusokat befolyásoló vegyszerek segítségével pedig azt szeretnénk tanulmányozni, hogy kísérleti állatokban módosítható-e az őssejtek viselkedése és ennek van-e hatása a károsodások következményére. Munkánk eredményeként remélhetőleg mélyebb betekintést nyerünk az őssejtek szerepébe a máj védekező reakcióiban, de megfigyeléseink hozzájárulhatnak májbetegségekben alkalmazható új, korszerű gyógyszeres kezelések kifejlesztéséhez is.
Summary
Summary of proposed research
There are at least three different forms of injury induced responses of hepatic tissue: regeneration, fibrosis and carcinogenesis. The activation of the resident hepatic stem cell compartment is well documented in each form of reactions. However, the significance of the stem cell activation is largely unknown as well as their influence on the outcome of tissue response. The progenies of the stem cells form ductular structures, these cells are frequently referred to as oval cells in rodent livers. We are going to analyze the phenotype (morphology, mRNA-, protein- expression), distribution of oval cell populations during stem cell fed regenerative processes, experimental liver fibrosis/cirrhosis and chemical carcinogenesis models in vivo by the application of up to date imaging and molecular biological techniques. Recently developed selective receptor kinase inhibitor compounds would be also tested on the experimental models if we are able to influence the extent and result of the mentioned pathological processes by modulating cell signaling. Some of our experimental observations could be analyzed on pathological human liver samples as well.
Research question
The progenies of the hepatic stem cell compartment are present in the form of so called oval cells in various pathological processes of the liver e.g. stem cell fed regeneration, liver fibrosis/cirrhosis and early stages of chemical hepatocarcinogenesis. However, it is not known if there is any difference among these oval cell populations and what is their role, if they have, on the outcome of the mentioned reactions. We are going to investigate various experimental models of these tissue reactions and study if a/ there is any difference in the phenotype, tissue distribution among the oval cell populations induced by different injuries and b/ we can influence the behavior of the oval cells by various recently developed selective receptor kinase targeted compounds. Furthermore, if we are able to modify the oval cell responses, do these changes have any impact on the outcome of these tissue responses? That is identical or dissimilar signaling pathways are active in the oval cell populations during distinct hepatic tissue responses?
Significance of research Now there is a general agreement that the resident hepatic stem cell compartment is activated during repair processes induced by various tissue injuries. The progenies of the stem cells, frequently called oval cells in rodents, forming characteristic ductular structures are present in these tissue responses. However, we do not know what is the biological significance of this oval cell proliferation and if there is any difference between the oval cells in distinct biological responses. The recently developed selective receptor kinase targeting compounds provide a powerful tool to investigate if particular oval cell responses could be influenced by modulating the activity of various signal transduction pathways. This approach could substantially contribute to understanding the growth regulation of stem cell fed tissue responses of the liver. Furthermore, it would answer if there is any difference in the phenotype and signaling in stem cell progenies induced by distinct tissue injuries. Finally, these tissue reactions are important components of several liver diseases. Some of these e.g. regeneration following fulminant liver failure is beneficial while others e.g. fibrosis or carcinogenesis are adverse reactions. According sometimes enhancement but at other times inhibition would be useful for the treatment of liver diseases. If we could find signaling pathways which can significantly influence the activity of the stem cell compartment and the outcome of the tissue reaction, that would be a major step for designing rational therapeutic interventions for various liver diseases.
Final report
Results in Hungarian
Az AAF/Ph kísérleti modellben is a máj a meglevő lebenykék méretének növekedésével regenerálódik, új lebenykék nem képződnek. A regenerációban fontos szerepet játszó focusok az ovális sejtekből származnak, nem klonális eredetűek, jól meghatározott szerkezettel rendelkeznek, ami segíti máj-parenchymáva való kiérésüket, vérellátásukról a portális véna gondoskodik. A máj őssejtek révén zajló regenerációja felgyorsítható az őssejt kompartment kiterjesztésével, ami önmagában nem idézi elő daganatok kialakulását. A Solt Farber hepatocarcinogenezis modellben is a focusok ovális sejtes eredetűek és nem klonálisak, a focusoknak a későbbi daganatok kialakulásában játszott szerepe bizonytalan.
Humán cirrhotikus májmintákon és kísérletes májfibrózis modelleken egyaránt nagyon szoros korreláció volt megfigyelhető a fibrózis mértéke és a duktuláris reakció kiterjedése között. Ugyanakkor egyik kísérleti rendszerben sem tudtuk megfigyelni, hogy a májsejtek csökkenő proliferációs aktivitását a duktuláris reakció gyakoribb sejtosztódása kompenzálná. A duktuláris reacióból azonban heges környezetben kis hepatocyta csoportok képződnek, amik a májszerkezet irreverzibilis torzulását eredményezik. Sem az Imatinib sem pedig pedig Erlotinib segítségével nem sikerült számottevően mérsékelni a májfibrózist.
Results in English
The liver is regenerated by the enlargement of preexistent hepatic lobules in the AAF/Ph model, no new lobules are generated. The foci derive from oval cell and they have no clonal origin. They are nourished exclusively by portal blood and their well defined architecture promotes the remodeling into normal hepatic parenchyma. This form of progenitor fed liver regeneration can be boosted by the amplification of hepatic stem cell compartment. This amplification per se does not result in tumor formation. The foci in the Solt-Farber hepatocarcinogenesis model also derive in a non clonal fashion from oval cells. However, the function of these structures in carcinogenesis is still unknown.
There is very close correlation between the extent of ductular reaction and fibrosis in human cirrhotic livers as well as in experimental hepatic fibrosis models. At the same time we could not observe that enhanced proliferative activity of ductular reaction would compensate for the failing regenerative capacity of hepatocytes. However, in fields of parenchymal extinction small hepatocyte buds derive from ductular reaction, this form of regeneration may result in irreversible structural changes of the liver. Neither Erlotinib, nor Imatinib were able to exert long lasting anti fibrotic effect in thioacetamide driven fibrosis models.
Dezső Katalin, Papp Veroika, Bugyik Edina, Hegyesi Hargita, Sáfrány Géza, Bödör Csaba, Nagy Péter, Paku Sándor: Structural analysis of oval-cell-mediated liver regeneration, Hepatology 56:1457-1467, 2012
Hajósi-Kalcakosz Szofia, Dezső Katalin, Bugyik Edina, Bödör Csaba, Paku Sándor, Pávai Zoltán, Halász Judit, Schlachter Krisztina, Scaff Zsuzsa, Nagy Péter: Enhancer of zeste homologue 2 (EZH2) is a reliable immunohistochemical marker to differentiate malignant and benign hepatic tumors, Diagnostic Pathology 7:86, 2012
Papp V, Rókusz A, Dezső K, Bugyik E, Szabó V, Pávai Z, Paku S, Nagy P: Expansion of hepatic stem cell compartment boosts liver regeneration, Stem cells and development 23 (1):56-65, 2014
Hajósi-Kalcsakosz Zs, Vincze E, Dezső K, Paku S, Rókusz A, Sápi Z, Tóth E, Nagy P: EZH2 is a sensitive marker of malignancy in salivary gland tuoors, Diagnostic Pathology 10:163, 2015
Rókusz A, Nagy E, Gerlei ZS, Veres D, Dezső K, Paku S, Szücs A, Hajósi-Kalcakosz Sz, Pávai Z, Görög D, Kóbori L, Fehérvári I, Nemes B, Nagy P: Quantitative morphometric and immunohistochemical analysis and their correlates in cirrhosis A study on explant livers, Scand J Gastroenterol 51(1) 86-94,, 2016
