Epigenetic effects of ascorbate in the pathomechanism of scurvy and arterial tortuosity disease  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
111031
Type NN
Principal investigator Bánhegyi, Gábor
Title in Hungarian A C-vitamin epigenetikus szerepe a skorbut és a kanyargós artéria szindróma patogenezisében
Title in English Epigenetic effects of ascorbate in the pathomechanism of scurvy and arterial tortuosity disease
Keywords in Hungarian aszkorbát, epigenetika, Fe2+-2-oxoglutarátfüggő dioxigenázok, sejtmag, GLUT10, skorbut, kanyargós artéria szindróma
Keywords in English vitamin C, scurvy, arterial tortuosity syndrome, nucleus, Fe2+-2-oxoglutarate dependent dioxygenases, GLUT10
Discipline
Biological basis of diseases related to the above (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Molecular biology
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Dept. of Medical Chemistry, Molecular Biology and Pathobiochemistry (Semmelweis University)
Participants Kurucz, Anita Andrea
Németh, Csilla Emese
Nemoda, Zsófia
Varga, Viola
Starting date 2014-04-01
Closing date 2017-09-30
Funding (in million HUF) 19.548
FTE (full time equivalent) 4.30
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A C vitaminról kimutatták, hogy a Fe2+/2-oxoglutarátfüggő dioxigenázok kofaktoraként hiszton és DNS demetilácós reakciókban vesz részt a sejtmagban. Ezek a reakciók a génexpresszió epigenetikus szabályozásának fontos elemei. Feltevésünk szerint a celluláris, illetve különösen a sejtmagon belüli aszkorbát koncentráció fontos epigenetikus szabályozó tényező lehet. Hipotézisünket skorbutos tengerimalacokon, mint az általános C-hipovitaminózis, illetve kanyargós artéria szindrómában szenvedő betegek fibroblasztjain, mint a lokális, nukleáris C-hipovitaminózis modelljein vizsgáljuk. Az utóbbi kórképben a GLUT10 transzporter genetikai hiánya feltevésünk szerint a sejtmagba történő aszkorbát transzportot csökkenti. Igazolni kívánjuk a GLUT10 sejtmagi lokalizációját és a transzportban betöltött szerepét. Vizsgáljuk a hiszton- és DNS metiláltsági állapotot a fenti két kórképben aszkorbát jelenlétében és hiányában, illetve összefüggésüket a génexpressziós változásokkal, különös tekintettel az extracelluláris mátrix fehérjékre.
A tervezett kutatás nemzetközi együttműködés formájában valósul meg, Marina Colombi (Bresciai Egyetem) laboratóriumával. A partner az extracellulár mátrix fehérjéinek nemzetközi elismertségű szakértője. Szakmai ismeretei alapvetően fontosak a project sikeres végrehajtásához. Laboratóriumában rendelkezésre állnak kanyargós artéria szindrómás betegek primer fibroblasztjai, melyek nélkülözhetetlenek a tervezett kutatásban. Az együttműködés és a tervezett munkák a bresciai kutatóhelyen igen fontosak a kutatásban résztvevő három magyar PhD hallgató tudományos előmenetelének szempontjából is.

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.

Hipotézisünk szerint az aszkorbát ellátás epigenetikai szerepet játszik a génexpresszió in vivo szabályozásában, hiszton és DNS demetiláción keresztül. A demetilációért felelős dioxigenázok aktivitását a nukleoplazma lokális aszkorbát koncentrációja szabályozza. Feltételezzük a GLUT10 sejtmagi lokalizációját és dehidroaszkorbinsav transzporterként való működését. Kísérleteinkben az általános C-hipovitaminózist skorbutos tengerimalacokon, a lokális sejtmagi hipovitaminózist kanyargós artéria szindrómában szenvedő betegek fibroblasztjain és vaszkuláris simaizomsejtjein modellezzük.

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 eredmények szélesítik az aszkorbát epigenetikai szerepéről meglevő ismereteinket, hozzájárulnak két humán kórkép, a skorbut és a kanyargós artéria szindróma patomechanizmusának megismeréséhez, és azonosíthatnak szubcelluláris aszkorbát transzport mechanizmusokat. Az eredmények elősegíthetik terápiás megoldások kidolgozását a kanyargós artéria szindróma esetében.

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.

A C-vitaminról ismert, hogy fontos antioxidáns és több enzim működését is elősegíti. Ez utóbbi módon részt vesz a sejtmagi hiszton fehérjék és a DNS módosításában, ami által a gének kifejeződését befolyásolhatja. Kísérleteinkben arra keresünk választ, hogy ezek a hatások jelen vannak-e két emberi betegség, a skorbut és a kanyargós artéria szindróma tüneteinek kialakulása során. Feltételezésünk szerint a sejten és a sejtmagon belüli alacsonyabb C-vitamin szintek ezekben a betegségekben csökkentik a kötőszövet fehérjék és a sejtközötti állomány fehérjéinek termelését, ezáltal létrehozva a jellegzetes tüneteket. Reményeink szerint kutatásaink elvezethetnek a betegségek mechanizmusának megértéséhez, illetve esetleges terápiás megoldásokhoz.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Ascorbate has been recently shown to have a role in epigenetic regulation as a cofactor of Fe2+/2-oxoglutarate dependent dioxygenases. The members of this enzyme family can demethylate histones and DNA, affecting gene expression. These findings suggest that the intracellular and especially the nuclear ascorbate concentrations can chave an epigenetic role. The hypothesis will be in vivo tested in control, scorbutic and ascorbate-oversupplied guinea pigs. The effect will be also investigated in fibroblasts derived from patients suffering in arterial tortuosity syndrome, a disease where presumably the intracellular/nuclear ascorbate transport is hindered. Histone methylation - demethylation as well as DNA cytosine methylation - hydroxymethylation will be detected in both models. Ascorbate dependence of gene expression with special emphasis on those of extracellular matrix proteins will be also examined.
The proposed research will be executed in the frame of an international cooperation with the lab of Marina Colombi (Brescia University). The partner is an internationally recognized expert in the research of extracellular matrix proteins. This knowledge is crucial for the successful implementation of the research plan. The partner lab possesses primary fibroblasts from ATS patients and control healthy persons, which is absolutely required for the project. (According to our knowledge, ATS patients have not been diagnosed in Hungary.) The Italian partners may offer a priceless help in the theory and practice of imaging techniques too. Visits to the Brescia lab will provide excellent training opportunity for the three PhD students involved in the studies.

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.

According to our hypothesis, ascorbate supply plays an epigenetic role in the regulation of gene expression in vivo, via histone and DNA demethylation. The activity of the responsible dioxygenases is dependent on local AA concentration in the nucleoplasm. We suppose that GLUT10 localizes in the nuclear envelope and mediates dehydroascorbic acid transport into the nucleoplasm. As a model for general hypovitaminosis C scorbutic guinea pigs, as a model for local (nuclear?) hypovitaminosis C fibroblasts and vascular smooth muscle cells from ATS patients will be used.

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 results of the project may new insights into the in vivo effects of ascorbate, can contribute to the better understanding of pathomechanism of two human diseases (scurvy and arterial tortuosity syndrome) and can explore the mediators of subcellular ascorbate transport. The results presumably can identify a therapeutical solution for the arterial tortuosity syndrome.

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.

Vitamin C (ascorbic acid) is an important antioxidant and helps the functioning of numerous enzymes. By this latter way, it has been shown to influence the expression of different genes, by modifying DNA and the attached histone proteins. The present project aims to investigate these effects in two human diseases, scurvy and arterial tortuosity syndrome. We suppose that these ascorbate dependent effects can contribute to the development of symptoms, due to the decreased expression of collagen and other proteins of the connective tissue. The research can identify molecular targets and possible treatments to combat these diseases.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Megállapítottuk, hogy a kanyargós artéria szindróma patogenezisében kulcsszerepet játszó GLUT10 membránfehérje dehidroaszkorbinsav transzporterként működik, és a fibroblasztok endomembránjaiban található. A GLUT10-deficiens betegekből származó fibroblasztokban alacsonyabb magi aszkorbát szinteket találtunk. Ezzel összhangban, a DNS metilált citozinjainak hidroxilálása is csökkent. Hasonló hatást észleltünk a PPAR-gamma génjében is. Az eredmények felvetik az epigenetikai hatások szerepét a patomechanizmusban.
Results in English
Our results demonstrate that GLUT10, a membrane protein playing a key role in the pathogenesis of arterial tortuosity syndrome, functions as a dehydroascorbic acid transporter and localizes to the endomembranes of fibroblasts. We found lower nuclear ascorbate levels in fibroblasts from patients. In accordance with these observations, decreased hydroxymethylation of methylcytosines were present in the DNA of patients' fibroblasts. Our results suggest the epigenetic effects are integral parts of the pathomechanism.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=111031
Decision
Yes





 

List of publications

 
Margittai É, Enyedi B, Csala M, Geiszt M, Bánhegyi G.: Composition of the redox environment of the endoplasmic reticulum and sources of hydrogen peroxide., Free Radic Biol Med. 2015 Feb 9. pii: S0891-5849(15)00039-8. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.01.032. [Epub ahead of print], 2015
Csala M, Kardon T, Legeza B, Lizák B, Mandl J, Margittai É, Puskás F, Száraz P, Szelényi P, Bánhegyi G.: On the role of 4-hydroxynonenal in health and disease., Biochim Biophys Acta. 2015 May;1852(5):826-838., 2015
Bánhegyi G, Benedetti A, Margittai E, Marcolongo P, Fulceri R, Németh CE, Szarka A.: Subcellular compartmentation of ascorbate and its variation in disease states., Biochim Biophys Acta. 2014 Sep;1843(9):1909-16., 2014
Németh CE, Marcolongo P, Gamberucci A, Fulceri R, Benedetti A, Zoppi N, Ritelli M, Chiarelli N, Colombi M, Willaert A, Callewaert BL, Coucke PJ, Gróf P, Nagy SK, Mészáros T, Bánhegyi G, Margittai É.: Glucose transporter type 10-lacking in arterial tortuosity syndrome-facilitates dehydroascorbic acid transport., FEBS Lett. 2016 Jun;590(11):1630-40., 2016
Gamberucci A, Marcolongo P, Németh CE, Zoppi N, Szarka A, Chiarelli N, Hegedűs T, Ritelli M, Carini G, Willaert A, Callewaert BL, Coucke PJ, Benedetti A, Margittai É, Fulceri R, Bánhegyi G, Colombi M.: GLUT10-Lacking in Arterial Tortuosity Syndrome-Is Localized to the Endoplasmic Reticulum of Human Fibroblasts., Int J Mol Sci. 18(8)., 2017




Back »