 |
Investigation of genomic mutagenesis and chemotherapy treatment resistance
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
121381 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Szikriszt, Bernadett |
| Title in Hungarian |
Genomiális mutagenezis és kemoterápia-rezisztencia vizsgálata |
| Title in English |
Investigation of genomic mutagenesis and chemotherapy treatment resistance |
| Keywords in Hungarian |
egész-genom szekvenálás, mutagenezis esszé, karcinogenezis, kemoterápia rezisztencia |
| Keywords in English |
whole genome sequencing, mutagenesis assay, carcinogenesis, chemotherapy resistance |
| Discipline |
| Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Anticancer therapy | | Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Molecular genetics | | Genomics, comparative genomics, functional genomics (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Szüts, Dávid
|
| Starting date |
2016-12-01 |
| Closing date |
2020-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
15.087 |
| FTE (full time equivalent) |
2.40 |
| 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 szomatikus sejtekben keletkező mutációk a karcinogenezis fő okozói, és további mutagenezis a rákos sejtekben hozzájárulhat a daganat diverzifikálódásához és a rezisztencia kialakulásához. A közelmúltbeli kutatásaim során kifejlesztettem egy sejtvonal alapú modellt, amely lehetővé teszi a genomiális mutációk minden korábbinál pontosabb meghatározását. Mutagén-kezelt sejtklónok egész-genom szekvenálását követően a mutáció detekciós módszer az összes minta együttes elemzésén alapul, a befogadó kutatócsoport által kifejlesztett bioinformatikai módszer segítségével. Egy már befejezett projektben meghatároztam nyolc gyakran használt citotoxikus szer mutagenikus hatását, melyből fontos eredmény a ciszplatin által okozott nagymértékű és specifikus mintázatú mutagenezis.
A tervezett projekt az eddigi eredményekre épül. Először is kiterjesztem a mutagenezis esszé felhasználhatóságát a hepatikus citokróm aktiváció különböző módszereinek tesztelésével és bevonásával, a jelenleg használt standard mutagenezis teszttel – mely a bakteriális reverz mutációs esszé avagy Ames teszt – analóg módon. Másodszor, a továbbfejlesztett esszével meghatározom a ciszplatin, két további platinaalapú citotoxikus szer és a PARP inhibitor olaparib mutagenikus hatását. Harmadszor, megvizsgálom a kemoterápia által indukált mutációk szerepét a rezisztencia kialakulásában. Ciszplatin- vagy olaparib-rezisztens sejtklónokat tenyésztek ki megfelelő genetikai hátterű BRCA1 vagy BRCA2 mutáns, kezelésre érzékeny sejtvonalakban. Kiválasztott gének amplikon-szekvenálása értékes információt fog szolgáltatni a kezelés által indukált mutációk következtében kialakuló rezisztencia mechanizmusáról és valószínűségéről.
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 kutatás alapkérdése az, hogy egyes rákellenes kemoterápiás kezelések mutagenikus hatása hozzájárulhat-e a rezisztencia kifejlődéséhez. A közelmúltban meggyőző eredményekkel demonstráltuk, hogy gyakran használt kemoterápiás szerek képesek nagy mennyiségű genomi mutációt indukálni. Találtunk továbbá olyan, az irodalomban leírt, rezisztenciát okozó mutációkat, melyeknek szekvenciája pontosan illik egy citotoxikus szer, a ciszplatin, általunk meghatározott mutációs spektrumába. Ennek alapján állítottam fel a kutatás alaphipotézisét, miszerint gyakori jelenség a rezisztencia kialakulása a kezelés által okozott mutációk hatására.
A kérdés megválaszolásához tovább fogok fejleszteni egy egész-genom szekvenáláson alapuló mutagenezis esszét. Ez alkalmassá fogja tenni az esszét hatóanyagok széles skálája mutagenicitásának tesztelésére. Előrejelzésünk szerint ez a típusú esszé jelenti a mutagenezis tesztek jövőjét. Az esszé segítségével megvizsgálom, hogy vannak-e lényeges különbségek a ciszplatin, oxaliplatin és karboplatin, három gyakran használt szer mutagenikus hatása között, valamint hogy szintén mutagenikus-e a nemrég törzskönyvezett olaparib. Végül vizsgálni fogom a rezisztenciát okozó mutációk keletkezésének valószínűségét sejtpopulációkban, egy e célra felállított kísérleti modellben.
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!
A tervezett munka kiváló példája olyan alapkutatásnak, melynek eredményei klinikailag relevánsak és alkalmazhatók.
Hagyományos kemoterápiás szerek és újabban kifejlesztett biológiai terápiák egyaránt képesek a daganatok szignifikáns remisszióját okozni, és az onkológiai kezelés fő megoldatlan problémája a kezelésre való rezisztencia nagyon gyakori kialakulása. A tervezett munka azon a saját megfigyelésen alapul, hogy bizonyos kemoterápiás kezelések nagy mennyiségű genomi mutációt okozhatnak. Ezek a mutációk maguk is hozzájárulhatnak a rezisztencia kialakulásához.
A hipotézis teszteléséhez továbbfejlesztek egy általunk kidolgozott mutagenezis esszét. Az esszé általánosan hasznos lesz nem csak a kemoterápiás szerek, hanem bármilyen egyéb hatóanyag vagy vegyi anyag mutagenicitásának meghatározására. Az esszé fejlettebb alternatíváját nyújtja a jelenleg használt bakteriális reverz mutációs esszének különböző környezeti hatások, pl vegyszerek és élelmiszer-adalékok mutagenikus és valószínűsíthető karcinogenikus hatásának meghatározására, elősegítve az egészséges környezet fenntartását. A projekt ezen része tehát társadalmilag közvetlenül hasznosítható.
Ha meghatározzuk a mutagenikus kezelések pontos szerepét a rezisztencia kialakulásában, olyan új klinikai protokollok kifejlesztéséhez nyújthatunk segítséget, melyek csökkentik a kemoterápiás kezelések veszélyességét és a rezisztencia kialakulását. A három gyakran használt platina-alapú hatóanyag mutagenicitásának összehasonlító elemzése jó példája a klinikailag alkalmazható kutatásnak, mivel az eredmények figyelembe vehetők a kezelés kiválasztásánáál.
A tervezett projekt egyedi helyzetből indul, mivel rendelkezésemre áll egy működő genomiális mutagenezis esszé a megfelelő bioinformatikai háttérrel, mellyel az egész világon élen járunk. A vizsgált kérdések a rákkutatás jelenlegi legfontosabb probémái közül valók, ezért a projekt nemzetközileg is rendkívül versenyképesnek mondható.
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 kemoterápiás rákkezelések eleinte nagyon jó eredményt adhatnak, de gyakori probléma a kezelésre rezisztens daganatok kialakulása bizonyos idővel a kezdeti kezelést követően. A kialakuló rezisztencia okai nem világosak, többféle mechanizmust figyeltek meg. A jelenlegi projektben azt a hipotézist tesztelem, hogy bizonyos esetekben maga a kezelés okozhatja a rezisztenciát kiváltó genetikai változásokat a kezelést túlélő daganatsejtekben.
Jelenleg is tesztelik, hogy a gyógyszerhatóanyagok okoznak-e mutációkat a génállományban. A legelterjedtebb teszt baktériumokban méri a mutációkat, de kidolgoztunk egy fejlettebb hasonló tesztet, amelyet a projekt keretében tovább fogok fejleszteni tenyésztett humán sejtekre. Ezen módszer felhasználásával megmutattuk, hogy bizonyos kemoterápiás szerek valóban mutációkat okozhatnak, és ki fogom terjeszteni ezeket az eredményeket több gyakran használt kemoterápiás szer mutagenikus hatásának megmérésével. Ezután sejttenyészetekben kísérletileg modellezem a rezisztencia kialakulását, és gondosan megvizsgálom, hogy a kezelés által okozott génmutációk mennyiben járulnak hozzá a a rezisztenciát okozó genetikai változásokhoz.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Newly arising mutations in somatic cells are the prime cause of carcinogenesis, and further mutagenesis in cancer cells can contribute to the diversification of tumours and the development of treatment resistance. During my recent work I established a cell line based model system that allows the assaying of genomic mutations with unprecedented accuracy. The assay relies on whole genome sequencing of multiple mutagen-treated cell clones, and mutation detection via simultaneous processing of all samples using a new bioinformatic tool developed by the host laboratory. In a completed study I assayed the mutagenic effect of eight common cancer cytotoxics, and a key finding was a very high rate and specific pattern of mutagenesis due to cisplatin.
In the proposed study I plan to build on these results. First, will extend the utility of this mutagenesis assay by testing and incorporating various methods of hepatic cytochrome activation, in analogy with the currently used gold standard mutagenesis assay, the bacterial reverse mutation assay or ’Ames test’. Second, I will determine the mutagenicity of cisplatin, two further common platinum based cytotoxic compounds and the PARP inhibitor olaparib using the updated assay. Third, I will study the role of chemotherapy-induced mutations in the evolution of treatment resistance. Starting with suitable BRCA1 and BRCA2 mutant treatment-sensitive cell lines, I will evolve clones resistant to cisplatin or olaparib. Amplicon sequencing of key loci in the resistant clones will provide valuable information both on the mechanisms and the probability of developing resistance through the acquisition of treatment-induced mutations.
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 central question of the proposed research is whether the mutagenic effect of certain chemotherapeutic cancer treatments can contribute to the evolution of treatment resistance. We have recently obtained convincing data that common cytotoxic treatments can induce a high density of genomic mutations. Furthermore, we found a few published instances of resistance-causing mutations that perfectly fit the mutation spectrum of the tested cytotoxic agent cisplatin as determined in our studies. Based on this, I formulated our main hypothesis that the emergence of treatment resistance due to mutations caused by the same treatment is a common phenomenon.
To address this question, I will refine and further develop a whole genome sequencing based mutagenesis assay. This will make the assay useful for testing the mutagenicity of a wide range of agents, as we predict that this kind of assay will be the future of mutagenicity testing. Using the assay I will ask if there are significant differences in the mutagenicity of the commonly used agents cisplatin, oxaliplatin and carboplatin, and whether the recently approved olaparib is also mutagenic. Finally, I will explore the probability of resistance-causing mutations arising in a cell population, using a specific experimental model established for this purpose.
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 proposed work presents an excellent example of basic research with results that are relevant and applicable to clinical use.
Classical chemotherapeutic treatments and more recently developed biological therapies can both cause significant remission of tumours, and the main unsolved problem of cancer treatment is the very frequent eventual emergence of treatment-resistant tumours. The proposed work is based on our observation that certain chemotherapeutic treatments may cause a high density of genomic mutations. These mutations may themselves contribute to the emergence of resistance.
To test this hypothesis, I will improve a mutagenesis assay we recently developed. The assay will be generally useful to determine the mutagenicity of not only chemotherapeutics, but any other pharmaceutical and chemical agent. The assay also provides an improved alternative to the currently used bacterial reverse mutation assay for testing the mutagenicity and inferred carcinogenicity of any environmental exposures such as chemicals or food additives, helping to maintain a safe and healthy environment. This aspect of the project therefore has readily applicable societal benefits.
By obtaining accurate data on the contribution of mutagenic treatments to the evolution of resistance, we can lay the foundations for developing improved clinical protocols that increase the safety of chemotherapeutic treatments and reduce the emergence of resistance. The testing of the relative mutagenicity of three commonly used platinum-based drugs provides a good example for clinically applicable research, as the results can be considered for the choice of treatment.
The proposed project is unique in being able to use an established genomic mutagenesis assay with the necessary bioinformatic background already in place, which places it ahead of all worldwide competition. The investigated questions are amongst the hottest issues in cancer treatment, making this project internationally very competitive.
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.
Chemotherapeutic cancer treatments can give good initial results, but a very common problem is the emergence of resistant tumours some time after the initial treatment. The cause of the emerging resistance is not clear, and various mechanisms have been proposed or demonstrated. In this work I will test the hypothesis that in certain cases the treatment itself can induce resistance by causing genetic changes in surviving cancer cells.
Pharmaceutical compounds are tested whether they cause mutations to the genetic material. The commonly used test measures mutations in bacteria, but we have developed an improved such test which I will upgrade in this study to use cultured human cells. Using this assay we have shown that certain chemotherapeutics can indeed cause mutations, and I will extend these results in the proposed work by measuring the mutagenic effect of several commonly used chemotherapeutics. I will then perform experiments to model the emergence of resistance in cell culture, and carefully examine to what extent the mutations caused by the treatment are also the genetic causes of the resistance.
My results will be useful to understand the biological processes behind the emergence of resistance, and will help designing treatment regimens that reduce the risk behind the reappearance of treated tumours.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
