Effect of the food additive tBHQ on the immune system via xenosensors  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
108297
Type PD
Principal investigator Tamási, Viola
Title in Hungarian tBHQ élelmiszer adalékanyag hatása az immunrendszerre xenoszenzorok által
Title in English Effect of the food additive tBHQ on the immune system via xenosensors
Keywords in Hungarian xenobiotikumok, NRF2, AHR, T sejtek, tBHQ, Foxp3, immunválasz
Keywords in English xenobiotics, NRF2, AhR, T cell, tBHQ, Foxp3, immune response
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Ortelius classification: Biochemistry
Biological basis of immunity related disorders (e.g. autoimmunity) (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Dept. of Genetics, Cell- and Immunobiology (Semmelweis University)
Starting date 2013-09-01
Closing date 2017-03-31
Funding (in million HUF) 24.801
FTE (full time equivalent) 2.09
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

Vizsgálataink során célul tűztük ki a tBHQ (terc-butilhidrokinon) élelmiszer adalék anyag immunfolyamatokra gyakorolt hatásának vizsgálatát, melyek két xenoszenzor, az NRF2 (nuclear factor-erythroid 2–related factor 2) és az AHR (aril szénhidrogén receptor) receptorok segítségével történnek.
Kísérleteinkben nagy hangsúlyt fektetünk a tBHQ T sejt differenciációra gyakorolt hatásának vizsgálatára (1/a és1/b) és a T sejtek extracelluláris vezikulák segítségével történő kommunikációjára (2).
1/a. tBHQ segítségével indukált NRF2 szerepe a T sejt differenciációban. Feltételezetten a tBHQ aktivált NRF2 receptor elősegíti a Th2 sejtek differenciációját, de a pontos hatás még nem ismert. A Th2 sejt érés mellett, kísérleteinkkel szeretnénk megérteni a tBHQ Treg és Th17r sejt differenciációra gyakorolt hatását is, melyet még korábban nem vizsgáltak.
1/b. Az NRF2 és az AHR receptorok közti receptor-párbeszéd (cross-talk) vizsgálata tBHQ kezelés után. Mivel az NRF2 ligandok nagy része az AHR receptort is aktiválja és ez fordítva is igaz, teljes képet a kémiai stressz okozta hatásokról csak akkor kapunk, ha ezen receptorokra gyakorolt hatást párhuzamosan vizsgáljuk.
2. A tBHQ-val indukált NRF2 hatásának vizsgálata a T sejtjek extracelluláris vezikula szekréciójára. Mivel a sejt-sejt kommunikáció egyik jelentős módja az extracelluláris vezikulákkal történő kommunikáció, egyik célunk az, hogy a tBHQ T sejtek extracelluláris vezikula szekréciójára gyakorolt hatását is vizsgáljuk, új fejezetet nyitva ez által az immuntoxikológiában.

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.

Hipotézis: A szervezetbe kerülő idegen anyagok kémiai stresszt hoznak létre, melyre a szervezet több féle védekező mechanizmussal is reagál: aktiválódnak a metabolikus útvonalak (fázis I és fázis II enzimek), de ezen vegyületek az immunrendszerre is hatást gyakorolnak. A fenti folyamatok ugyanazon regulációs molekulák segítségével aktiválódnak, melyeket xenoszenzoroknak hívunk. Ilyen xenoszenzor pl. az NRF2 (nuclear factor-erythroid 2–related factor 2) vagy AHR (aril szénhidrogén receptor) nukleáris receptor, melyek képesek közvetíteni számos xenobiotikum (pl. a tBHQ (terc-butilhidrokinon) élelmiszer adalék anyag) hatását. Az, hogy e receptorok tBHQ hatásra milyen immunfolyamatokat befolyásolnak, még nem tisztázott teljes mértékben és a vizsgálatok tárgyát képezik. Előkísérletek alapján azt feltételezzük, hogy a tBHQ a Th2 sejtek mellett, képes más T sejtek differenciációját is befolyásolni (pl. Treg és Th17) és egy időben kihat az extracelluláris vezikula segítségével történő sejt-sejt kommunikációra is.
Kísérleteinkkel a következő kérdéseket szeretnénk megválaszolni:
1. Mely T sejtek differenciációját befolyásolja a tBHQ és ezt hogyan teszi?
2. Jelen van-e az AHR-NRF2 receptor-párbeszéd (cross-talk) az immunsejtekben és milyen mértékben jelentős az AHR szerepe az elsődlegesen NRF2 ligandok esetén?
3. Milyen méretű, proteomikai és transzkriptomikai tartalmú extracelluláris vezikulák szekretálódnak a T sejtekből tBHQ hatásra?
4. Az élelmiszer tartósításra használt mennyiség, valamint az átlagos tBHQ bevitel jelent-e potenciális veszélyt az egyén egészségi állapotára nézve?

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!

Új perspektívák az alapkutatásban.
Kísérleteink nagy jelentőséggel bírnak mind az immunológia alapkérdéseinek, mind a kémiai stressz okozta immunválasz megértésében. Vizsgálatainkkal szélesebb képet kapunk xenobiotikum-előidézte T sejt differenciációról. Az, hogy milyen T sejtek fognak differenciálódni, függ a ligand természetétől és koncentrációjától, ezért minden vegyület esetében külön vizsgálni kell. Konkrétan azt tanulmányoznánk, hogy a tBHQ (terc-butilhidrokinon) ligand és az NRF2 receptor (nuclear factor-erythroid 2–related factor 2) vajon milyen módon játszhat szerepet a fenti folyamatokban. Mivel a tBHQ az AHR receptorra is hat, vizsgálataink tárgya az AHR fehérje is és ezzel egy újabb receptor-párbeszéd feltárása az immunsejtekben. Az immunsejtek differenciációjának sikeressége a sejt-sejt közötti kommunikáción múlik és ez sok esetben extracelluláris vezikulák segítségével történik. Kísérleteinkben a T sejtekből származó extracelluláris vezikulák méretét, koncentrációját transzkriptomikai/proteomikai tartalmát is vizsgálnánk, ezzel talán teljesen új fejezetet nyitva a kémiai stressz okozta hatásoknak.
Társadalmi hasznosíthatóság.
Hogy a tBHQ-ból mennyi kerül a szervezetbe, az a táplálkozási szokásoktól függ (a napi bevitel becsült mennyisége 30mg/kg). A tBHQ hosszú távú mellékhatásai még nem tisztázottak. Ezen kívül vizsgálatainknak nagy jelentősége van a gyógyszerfejlesztésben is. Habár az NRF2-re ható gyógyszermolekulák (mint potenciális antioxidánsok) fejlesztés alatt állnak, még egy sincs forgalomba hozva.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Ismert tény, hogy a szervezetbe kerülő idegen anyagok egyéb hatások mellett az immunrendszerre is hatást gyakorolnak. Sokszor az idegen anyag a táplálékból származik pl. ilyenek az élelmiszer adalék anyagok. Kísérleteinkben egy ilyen vegyület a tBHQ (terc-butilhidrokinon) hatását szeretnénk vizsgálni az immunfolyamatokra. A tBHQ az EU-ban és az Egyesült Államokban széles körben használt antioxidáns, zsírtartalmú ételek (margarinok, olajok, magok, burgonya szirom, tészták, müzlik stb.) tartósítására használják. Japánban bizonytalan egészségre gyakorolt hatása miatt használata tilos élelmiszer tartósítására. A tBHQ nagy dózisú (1g-4g) mellékhatásai ismertek: akut dózis esetén hányás, hasmenés, delirium, fülzúgás; hosszú távú adagolás esetén asthma, figyelemhiányos-hiperaktivitás zavar (ADHD), daganatok kialakulása lehetséges. Társadalmilag releváns dózisának (30mg/naponta) hatásai még nem tisztázottak és vizsgálata mindenképp fontos, hiszen folyamatosan érintkezünk vele. A jelenlegi vizsgálatok azt mutatják, hogy a szervezetbe kerülő tBHQ hat az immunsejtekre is. Megváltoztatva aTh1/Th2 egyensúlyt a Th2 sejtek javára, kedvez az allergiás folyamatoknak. Ugyan akkor más vizsgálatok ellentmondásosan a tBHQ anti-inflammatorikus hatását bizonyítják.
Kísérleteinkben vizsgálni szeretnénk a tBHQ immunsejtekre gyakorolt hatását az NRF2-n keresztül, valamint ezen szer egy másik receptorral (AHR; aril szénhidrogén receptor) való interakcióját, hiszen ez utóbbi is képes közvetíteni sok NRF2 ligand hatását. Mivel az immunsejtek közti kommunikáció sokszor extracelluláris vezikulák segítségével történik, kísérleteink során vizsgálnánk még a tBHQ vezikula szekrécióra gyakorolt hatását is.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

In our study, we will investigate the effect of tBHQ (tert-butylhydroquinon) food additive on those immune processes which are mediated by two xenosensors, namely the NRF2 (nuclear factor-erythroid 2-related factor 2) and the AHR (aryl hydrocarbon receptor).
In our experiments, we will focus on the effect of tBHQ on T cell differentiation (1/a and 1/b) and T cell communication by extracellular vesicle secretion (2).
1/a Role of tBHQ-induced NRF2 on T cell differentiation. It is assumed that tBHQ-activated NRF2 promotes differentiation of T cells into Th2 cells, but the exact role of NRF2 in this process is still poorly understood. In our experiments, we will clarify if tBHQ has an effect on T cell differentiation into Treg and Th17r T cells, a question that has never been investigated yet.
1/b. Cross-talk between AHR and NRF2 after tBHQ treatment. Since the majority of NRF2 ligands also activate the AHR receptor and vice versa, a complete picture of the immune effects of chemical stress could be only obtained if the influence of both of these receptors is examined in parallel manner, as we will do in this study.
2. Effect of tBHQ on extracellular vesicle secretion of T cells. Since cell-cell communication conveyed by extracellular vesicles is increasingly recognized as a significant regulatory mechanism between immune cells, our goal is to investigate tBHQ effects on extracellular vesicle secretion of T cells this way possibly opening an entirely novel chapter in immunotoxicology.

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.

Hypothesis: Xenobiotics cause chemical stress, and the body reacts to it with various defence mechanisms: e.g. activation of metabolic pathways (phase I and phase II enzymes) or activation of the immune system. The above processes are activated using the same regulatory molecules, which are called xenosensors. Such xenosensors are NRF2 (nuclear factor-erythroid 2-related factor 2) or AHR (Aryl hydrocarbon receptor) nuclear receptors that can mediate the effect of many xenobiotics (such as the food additive tBHQ (tert-butylhydroquinon).
How these receptors transmit the effects of tBHQ to the immune system is the subject of this study.
Based on our preliminary experiments we assume that tBHQ administration, besides increasing Th2 cell differentiation, may influence other T cells (e.g. Treg and Th17 cells), and in the same time, may affect cell-cell communication by releasing extracellular vesicles.
With our experiments, we would like to answer the following questions:
1. How tBHQ influences differentiation of T cells?
2. Is AHR-NRF2 cross talk present in the immune cells, and how significant are primary NRF2 ligands in AHR activation?
3. What is the size, proteomic and transcriptomic content of extracellular vesicles secreted by T cells after tBHQ exposure?
4. Does the amount of tBHQ used for food preservation or the daily average intake of the same compound pose a potential risk to the individual's state of health?

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.

New perspectives in basic research.
Our experiments might be of great importance in understanding both basic immunology questions and chemical stress-induced immune responses. Our results will draw a broader picture of xenobiotic-induced T-cell differentiation. Since T cell differentiation after xenobiotic exposure depends on the nature and concentration of the ligands, it needs to be investigated in the case of every chemical. In particular; we would like to investigate how NRF2 receptor (nuclear factor-erythroid 2-related factor 2) and NRF2 ligand tBHQ (tert-butylhydroquinon) play a role in these processes.
Since tBHQ activates AHR beside NRF2, our goal is to investigate the effects of this xenosensor on AHR receptor, and with this we would describe a new cross-talk (NRF2-AHR cross talk) in immune cells.
The success of the differentiation of immune cells depends on cell-cell communication, and in many cases complex information is transmitted by means of the recently identified extracellular vesicles. In our experiments, extracellular vesicles derived from T cells will be isolated, and their concentration, size, transcriptomic / proteomic content will be analysed. The findings of the study may open an entirely new chapter in cellular and molecular changes caused by chemical stress.
Social interest.
The amount of the uptake of the commonly used food preservative tBHQ is strongly influenced by individual dietary habits (the daily uptake is estimated to be 30mg/kg), and the long term side effects of the actual taken up doses of tBHQ have to be clarified. In addition, our studies may have implications in drug development. Although NRF2-targeted drug molecules (as potential antioxidants) are under development, none has been put on the market yet.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

It is known that the ingestion of xenobiotics have significant influence on the immune system. In many cases, foreign substances are taken up by food, e.g. food additives. In our experiments, we would like to investigate the effects of such a compound (tBHQ; terc-butylhydroquinon) on the immune response. In the EU and the United States, tBHQ is widely used antioxidant. It is used to preserve fatty foods (margarines, oils, seeds, potato chips, pasta, cereals etc). In Japan it is prohibited to use as food additive, because of its uncertain effects to human health. Side effects of high doses of tBHQ (1g-4g) (acute administration: vomiting, diarrhea, delirium, tinnitus; long-term administration: asthma, attention deficit-hyperactivity disorder (ADHD), anxiety, cancer) are well described. Side effects of socially relevant doses (30mg/daily) are not understood completely but it has significant importance, because of frequent contact with this chemical.
Results of recent studies with tBHQ are contradictional; some studies suggest pro-inflammatory while others suggest anti-inflammatory effects of this molecule. In our experiments, we would like to ascertain the effect of tBHQ on immune cells, especially effects exerted via the NRF2 (nuclear factor-erythroid 2-related factor 2) and AHR (aryl hydrocarbon receptor) receptors. Since communication between immune cells is often mediated by the recently discovered extracellular vesicles, in our experiments we will also examine the effects of tBHQ on T cell vesiculation.





 

Final report

 
Results in Hungarian
1. Transzkriptomikai vizsgálatok: Microarray vizsgálataink azt mutatják, hogy a 20 napig történő, per os adott tBHQ 269 gén transzkripcióját változtatta meg szignifikánsan lép eredetű CD4+ sejtekben (nomp<0.05). A hálózat analízis alapján elmondható, hogy az immunválasszal, metabolizmussal kapcsolatos szignáltranszdukciós útvonalak szignifikánsan up regulálódtak tBHQ hatására. A microarray validálása RT-PCR-el történt, a két módszerrel kapott eredmények 47 génre nézve megfelelő korrelációt mutattak (r2=0.8908). 2. Per os tBHQ kezelés utáni, ex vivo, sejtszintű vizsgálatok: Kezeletlen CD4+ sejtek esetében a Th1, Th2, Th17 és Treg számok nem változtak jelentősen az aktiváció során az általunk használt rövid aktivációs idő (3h) alatt. A tBHQ kezelt mintákban azonban az említett rövid aktivációs idő után szignifikáns Th1, Th2 és Th17 sejtszám emelkedést tapasztaltunk és szignifikánsan csökkent Treg sejtszámot. 3. tBHQ sejtdifferenciációra gyakorolt hatásának és a xenoszenzorok közvetítő szerepének vizsgálata: Az in vitro eredményeink alapján elmondható, hogy a tBHQ fokozza a Th17 sejtek differenciációját, mely folyamatban az NRF2 és AHR xenoszenzorok szinergista módon vesznek részt. Ugyan akkor a tBHQ csökkenti a Treg sejtek differenciációját, és ebben a folyamatban az AHR és NRF2 xenoszenzorok antagonista módon hatnak.
Results in English
1. Transcriptomic studies: Our microarray experiments have shown that after per os tBHQ treatment transcription of 269 genes have been significantly altered in splenic CD4+ cells (nomp <0.05). Network analysis, showed, that the signal transduction pathways associated with the immune response and metabolism are significantly upregulated upon tBHQ treatment. Microarray validation was performed with RT-PCR for 47 genes, and the results obtained by these two methods showed good correlation (r2 = 0.8908). 2. Ex vivo, cell-level examinations after per os tBHQ treatment: In case of untreated CD4 + cells, the Th1, Th2, Th17 and Treg numbers did not change significantly during the short activation period we use. However, in the tBHQ treated samples, after a brief activation period, significant increase in Th1, Th2 and Th17 cell counts was observed and the Treg cell count significantly decreased. 3. Investigating the effect of tBHQ on cell differentiation and the mediating role of xenosensors: Based on our in vitro results, tBHQ increases the differentiation of Th17 cells, in which NRF2 and AHR xenosensors are synergistically involved. At the same time, tBHQ decreases the differentiation of Treg cells, and in this process, AHR and NRF2 xenosensors act in antagonism.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108297
Decision
Yes





 

List of publications

 
Petschner P, Juhasz G, Tamasi V, Adori C, Tothfalusi L, Hökfelt T, Bagdy G: Chronic venlafaxine treatment fails to alter the levels of galanin system transcripts in normal rats, NEUROPEPTIDES 57: 65-70, 2016
Baricza E, Tamasi V, Marton N, Buzas EI, Nagy G: The emerging role of aryl hydrocarbon receptor in the activation and differentiation of Th17 cells., CELL MOL LIFE SCI 73: (1) 95-117, 2016
Osteikoetxea X, Sodar B, Nemeth A, Szabo-Taylor K, Paloczi K, Vukman KV, Tamasi V, Balogh A, Kittel A, Pallinger E, Buzas EI: Differential detergent sensitivity of extracellular vesicle subpopulations., ORG BIOMOL CHEM 13: (38) 9775-9782, 2015
Tamasi V, Petschner P, Adori C, Kirilly E, Ando RD, Tothfalusi L, Juhasz G, Bagdy G: Transcriptional Evidence for the Role of Chronic Venlafaxine Treatment in Neurotrophic Signaling and Neuroplasticity Including also Glutatmatergic- and Insulin-Mediated Neuronal Processes., PLOS ONE 9: (11) , 2014
Tamási Viola, Petschner P, Adori C, Kirilly E, Ando RD, Tothfalusi L, Juhasz G, Bagdy G: Transzkriptomikai bizonyítékok az antidepresszáns venlafaxin hatékonyságára stroke utáni funkciókárosodásokban, A Magyar kísérletes és klinikai Farmakológiai Társaság Experimentális Farmakológiai Szekciójának IX. Szimpoziuma, 2015
Békés Márta: Xenoszenzorok hatása az immunsejtek differenciációjára, Orvosképzés, (90):1, p200, 2015
Békés Márta: AHR és NRF2 xenoszenzorok T-sejt differenciációra gyakorolt hatása, Orvosképzés, (92):1, p177, 2017
Békés Márta Petschner Péter, Fekete Nóra, Pállinger Éva, Pálóczi Krisztina, Buzás Edit, Tamási Viola: Effect of xenosenzors on the differentiation of immune cells, Magyar Immunológiai Társaság 45. Vándorgyűlésére, 2016
Békés Márta: Xenoszenzorok hatása az immunsejtek differenciációjára, Orvosképzés, (90):2 p407, 2015
Békés Márta: AHR and NRF2 xenoszenzorok T-sejt differenciációra gyakorolt hatása, Orvosképzés, (92):2, p383, 2017
Tamási V, Buzás E: Xenoszenzorok hatása az immunsejtek differenciációjára, Farmakokinetika és gyógyszermetabolizmus szimpózium, absztraktfüzet, p35, 2016
Petschner P, Tamasi V, Adori C, Kirilly E, Ando RD, Tothfalusi L, Bagdy G.: Gene expression analysis indicates CB1 receptor upregulation in the hippocampus and neurotoxic effects in the frontal cortex 3 weeks after single-dose MDMA administration, BMC Genomics, 2013
Baricza E, Tamási V, Marton N, Buzás EI, Nagy G: The emerging role of aryl hydrocarbon receptor in the activation and differentiation of Th17 cells, Cell Mol Life Sci, 2016
Osteikoetxea X, Sódar B, Németh A, Szabó-Taylor K, Pálóczi K, Vukman KV, Tamási V, Balogh A, Kittel Á, Pállinger É, Buzás EI: Differential detergent sensitivity of extracellular vesicle subpopulations, Org Biomol Chem, 2015
Tamási V, Petschner P, Adori C, Kirilly E, Ando RD, Tothfalusi L, Juhasz G, Bagdy G: Transcriptional evidence for the role of chronic venlafaxine treatment in neurotrophic signaling and neuroplasticity including also Glutamatergic [corrected] - and insuli, PLoS One, 2014
Tamási Viola, Petschner P, Adori C, Kirilly E, Ando RD, Tothfalusi L, Juhasz G, Bagdy G: Transzkriptomikai bizonyítékok az antidepresszáns venlafaxin hatékonyságára stroke utáni funkciókárosodásokban, A Magyar kísérletes és klinikai Farmakológiai Társaság Experimentális Farmakológiai Szekciójának IX. Szimpoziuma, 2015
Békés Márta: Xenoszenzorok hatása az immunsejtek differenciációjára, Orvos -Képzés, 2015




Back »