Apoptózis és autofágia szerepe iszkémia/reperfúzió indukálta szívizomkárosodásokban: mechanizmusok és terápia.  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
104017
típus K
Vezető kutató Tósaki Árpád
magyar cím Apoptózis és autofágia szerepe iszkémia/reperfúzió indukálta szívizomkárosodásokban: mechanizmusok és terápia.
Angol cím The role of apoptosis and aurophagy in the ischemia/reperfusion-induced myocardial dammage: mechanisms and therapies.
magyar kulcsszavak Apoptózis, autofágia, hemoxigenáz-1, mitokondriális gének, kamrafibrilláció.
angol kulcsszavak Apoptosis, autophagy, hemeoxygenase-1, mitochondrial genes, ventricular fibrillation.
megadott besorolás
Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok)80 %
Kísérletes gyógyszertan, gyógyszerkutatás (Orvosi és Biológiai Tudományok)15 %
Kísérletes gyógyszertan, gyógyszerkutatás (Orvosi és Biológiai Tudományok)5 %
Ortelius tudományág: Gyógyszerészet
zsűri Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia
Kutatóhely GYTK Gyógyszerhatástani Tanszék (Debreceni Egyetem)
résztvevők Bak István
Csépányi Evelin
Czompa Attila
Gesztelyi Rudolf
Haines David Donald
Juhász Béla
Lekli István
Majnár Miklós
Priksz Dániel
Szőke Kitti
Varga Balázs
projekt kezdete 2012-09-01
projekt vége 2017-02-28
aktuális összeg (MFt) 43.336
FTE (kutatóév egyenérték) 31.10
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

Kutatócsoportunk egyik fókuszpontjában az elmúlt időszakban a hemoxigenáz-1(HO-1)/szémonoxid(CO) rendszer iszkémia/reperfúzióban (I/R) betöltött szerepe állt. Míg a HO-1 indukcióját széleskörűen tanulmányozták, és tanulmányozzák a géntranszkripció szintjén, addig fiziológiai funkciója a reperfúzió indukálta arrhythmiák mechanizmusában és szabályozásában jelenleg még nem tisztázott. Kísérleteink egyik célja, hogy még közvetlenebb bizonyítékokat szerezzünk a HO-1/CO rendszer szerepéről, a reperfúzió indukálta kamrai fibrillációk kialakulásának megelőzésében. Célunk továbbá a HO-1/CO rendszer lehetséges szerepének vizsgálata az I/R-indukálta mitokondriális károsodások kivédésében, hiszen a mitokondriumok funkciójának megőrzése alapvető fontosságú a szövetek túlélésében. Megvizsgáljuk, hogy a HO-1/CO rendszer indukciója milyen közvetlen hatásokkal van a mitokondriális fehérjék expressziójára. Ismert, hogy az I/R károsodások következtében a sejtek többféle mechanizmuson keresztül pusztulhatnak el. Napjainkban a sejthalál egy 3. típusa az autofágia került a kutatások középpontjába. A pályázat másik fő célkitűzése az autofágiás folyamatok vizsgálata I/R-nak kitett szívizomban. Vizsgálni kívánjuk I/R hatására bekövetkező különböző autofágiás fehérjék szintjében fellépő változásokat, továbbá a HO-1/CO rendszer és az autofágiás folyamatok kapcsolatát fibrilláló és nem fibrilláló szívekben, illetve hipertrófiás szívmodellben egyaránt. Megvizsgáljuk azt is, hogy kamrai fibrilláció során, hogyan változnak a különböző autofágiás folyamatok, valamint ezek, hogyan korrelálnak az apoptotikus folyamatokkal. Továbbá, hogy a cukorbetegség, hogyan befolyásolja a szív autofágiás folyamatait.

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 projekt alapfelvetése az, hogy a hemoxigenáz-1 (HO-1)/szénmonoxid (CO) rendszer képes a mitokondriumok funkcióját és az autofágiás folyamatokat befolyásolni. Ezeken a hatásokon keresztül pedig a HO-1/CO rendszer képes a kamrai fibrillációk gyakoriságát csökkenteni.
A kutatás alapvető kérdései, amelyeket a projekt végrehajtása során meg kívánunk válaszolni:
1. Hatással van-e a HO-1/CO rendszer a mitokondriumok funkciójára, és ha igen akkor milyen módon befolyásolja azok működését?
2. Van-e különbség az autofágiás folyamatokban fibrillált és nem fibrillált szívizomban? Továbbá milyen hatás gyakorol ezekre a folyamatokra, ha az állatok diabétesztől szenvednek?
3. Van-e és ha van, akkor milyen kapcsolat van a HO-1/CO rendszer és az autofágiás folyamatok között?
4. Hogyan és milyen növényi anyagok képesek a HO-1/CO rendszer és különböző redox fehérjék indukciójára összefüggésben a szabadgyökök okozta károsodásokkal?
5. Hogyan változnak az autofágiás folyamatok hipertrófiás stimulus hatására?
6. Milyen szerepe van a redox fehérjéknek I/R-indukálta károsodásokban és a hipertrófiában?

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 különféle betegségek kezelésében elengedhetetlen a betegségek pontos patomechanizmusának a tisztázása és az abban szerepet játszó szignáltranszdukciós útvonalak feltérképezése. A hemoxigenáz-1 (HO-1) rendszer szerepe iszkémia/reperfúzió (I/R) során többé-kevésbé ismert. Jelen kísérleteink egyik fókuszában a HO-1/CO rendszer és a mitokondriumok kapcsolatának a feltérképezése áll. A kísérletek jelentősége abban áll, hogy a mitokondriumok diszfunkciója sok kardiovaszkuláris megbetegedésben játszik szerepet. Néhány szakirodalmiadat arra utal, hogy van kapcsolat a HO-1/CO rendszer és a mitokondriumok funkciója között. Amennyiben ezt a kapcsolatot sikerül pontosabban megismerni, esetlegesen új mitokondriális célpontokat azonosíthatunk, amelyek a szív I/R-indukálta károsodásainak a csökkentésében valamint hipertrófia kezelésében bizonyulhat hatásosnak. Továbbá, vizsgálataink során a HO-1/CO rendszer szerepéről a kamrai arrhytmiák kialakulásában szeretnénk pontosabb összefüggéseket találni. Ezzel a HO-1/CO rendszer, mint potenciális célpont merülhet fel az iszkémia, illetve a kamrai fibrillációk kivédésében/kezelésében. A kutatás másik fontos fókusz pontja az autofágiás folyamatok szerepének a tisztázása I/R-ban illetve hipertrófiában. Az autofágia szerepe máig nem teljesen tisztázott a szívizomban. Kísérleteink eredményeként a folyamat pontosabb megértése a célunk. Tisztázni kívánjuk, hogy van-e kapcsolat a reperfúzió-indukálta kamrai arrhytmiák és az autofágiás folyamatok között. Megvizsgáljuk, hogy szívizomban van-e valamilyen hatása a HO-1/CO rendszer indukciójának/gátlásának az autofágiás folyamatokra. Amennyiben kapcsolatot találunk, úgy az autofágiás folyamatok gátlás/indukciója révén a hirtelen szívhalál egyik kiváltó okának az esetleges farmakológiai befolyásolása felé tehetünk lépéseket. A kutatás egyik fontos célja, hogy potenciális természetes növényi hatóanyagokat azonosítsuk be, amelyek képesek a HO-1 indukciójára, és ezzel összhangban kardioprotektív hatásokkal rendelkezhetnek. Ezeknek a kutatásoknak kiemelt jelentősége van esetleges új funkcionális élelmiszerek fejlesztésében.

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 kardiovaszkuláris megbetegedések mai napig vezetik a haláloki statisztikákat. A hirtelen szívhalál egyik kiváltó oka a kamrai fibrillációk kialakulása. A projekt keretében vizsgálni kívánjuk a hemoxigenáz-1 (HO-1)/szénmonoxid (CO) rendszer szerepét a kamrai fibrillációk kialakulásában. A HO-1/CO rendszerről már megállapították, hogy képes az iszkémiás/reperfundált (ilyen például szívinfarktus után a trombus eltávolítása) szövetekben csökkenteni a károsodásokat. A kísérletekben megvizsgáljuk, hogy HO-1/CO rendszer milyen hatást gyakorol a mitokondriumok funkciójára, képes-e azokat megvédeni az iszkémia/reperfúzió indukálta károsodásokkal szemben. A mitokondriumok csökkent funkciója, illetve azok funkcióképtelensége fontos szerepet játszik több betegség (pl. iszkémiás szívbetegség, cukorbetegség) kialakulásában. Ezért a mitokondriumok funkcióképessége alapvető fontosságú e betegségek megelőzésében. Kutatásaink során különböző növényi eredetű hatóanyagokat vizsgálunk, hogy képesek-e HO-1/CO rendszer indukciójára. Itt megkíséreljük esetlegesen új un. funkcionális élelmiszerek/gyógyhatású termékek beazonosítását. Továbbá a projekt során az autofágiás folyamatokat kívánjuk tanulmányozni. Az autofágia a sejtelhalás 3. típusaként tartják számon, azonban a szerepe nem egészen tisztázott. A kutatásunk során megvizsgáljuk, hogy az iszkémia/reperfuzió során azokban, amelyekben kialakul fibrilláció növekszik-e az autofágiás folyamatok szintje. Azt is megvizsgáljuk, hogy ha a kísérletes állatokban cukorbetegséget indukálunk, akkor az, hogyan befolyásolja a szívizom autofágiás folyamatait. Továbbá, tanulmányozzuk milyen szerepe van az autofágiás folyamatoknak a szív hipertrófiájában.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

In the last few years one of our focus points was to investigate the role of hemeoxygenase-1 (HO-1)/CO system in the ischemia/reperfusion (I/R)-induced damage. While the induction of HO-1 was widely examined and till date is studied at the level of gene transcription, the physiological role in the mechanism and regulation of reperfusion-induced ventricular arrhythmias is not well understood. In our experiments we would get direct evidence or the role of HO-1/CO system in the prevention of reperfusion-induced ventricular arrhythmias. Furthermore, we intend to study the possible role of HO-1/CO system in the prevention of I/R-induced mitochondrial damage, because to save the mitochondrial function is fundamental in the survival of the tissues after I/R. We will study the the direct effect of HO-1 induction on the expression of mitochondrial proteins. It is known that after I/R cells can die in different mechanisms. Nowadays the autophagy considered as the third way of cell death is in the focus of many investigations. The other main goal of the project is to study the autophagic process in the I/R-ed myocardium. We will study the level of different autophagic proteins in the myocardium after I/R-induced challenge. Moreover, we will investigate the connection between the autophagic process and HO-1/CO system in fibrillating and non-fibrillateing hearts, as well in hypertrophic myocardium. We will study that during ventricular fibrillation, how different autophagic processes are changed, and what is the correlation between autophagic and apoptotic process. Furthermore, we study the role of autophagic process in the hyperthrophic myocardium.

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 basic hypothesis of the project that the HO-1/CO system is able to influence the function of mitochondria and autophagic processes. Via these processes the HO-1/CO system is capable of reducing the incidence of ventricular fibrillation.
The basic research questions which may answered during the project:
1. How can the HO-1/CO system influence the function of mitochondria in ischemic or hypertrophic myocardium?
2. What are the differences between the fibrillated and non-fibrillated myocardium in terms of autophagic process?
3. Is there any connection between the activation HO-1/CO system and autophagic processes, if so how they can interact?
4. How can different plant extracts influence the expression of HO-1 and various redox proteins related to the free radical induced damage?
5. How do the autophagic processes change during hypertrophic stimuli?
6. What is the role of redox proteins in hypertrophy and IR induced injury?

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.

In the treatment of the different type of diseases it is a key point to understand the underlying signal transduction pathways of the patomechanisms. The role of hemoxygenase-1 (HO-1) in ischemia/reperfusion (I/R) is more or less known. In the present study, one of our focuses is to investigate the connection between HO-1/carbon monoxide (CO) system and mitochondrial function. The significance of the project is that the mitochondrial dysfunction plays an important role in the pathogenesis of different cardiovascular diseases. Recently, a connection between HO-1/CO system and mitochondrial function has been suggested. The more precise understanding of this connection may help to identify new mitochondrial targets, which may be a useful tool reduce I/R-induced injury in the prevention of hypertrophy. Additionally, we look for more precise connections between HO-1/CO system an ventricular arrhythmias. Thus, HO-1/CO system may be a useful target in the prevention or treatment of I/R-induced ventricular fibrillation. Another goal of the present project is to study the role of autophagy in I/R and hypertrophy. The role of autophagy in the myocardium is till to date not fully understood. During our experiments we aimed to gain more precise understanding of the patophysiological processes. We will investigate whether there is any connection between autophagic processes and reperfusion-induced ventricular arrhythmias. We will study that there is any effect of the induction or repression of HO-1/CO system on autophagic processes. If the connection is established, may we can make a step forward to pharmacologically influence one major cause of sudden cardiac death via the induction (repression) of autophagic processes. Another important goal of the project is to identify new plant originated compounds, which are able to induce HO-1 and posses cardioprotective effects. The importance of this research is to identify and develop new functional food.

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.

The cardiovascular diseases till date are the leading cause of death. The ventricular fibrillation is one of the major cause of sudden cardiac death. In the project we will investigate the role of HO-1/CO system in the occurrence of ventricular fibrillation. The HO-1/CO system was determinated to be capable of reducing the damage in cardiac tissues after ischemia/reperfusion (such damage occur when trombi is removed after myocardial infarction). We intend to examine the effect of the induction of HO-1/CO system on the mitochondrial function, whether it is able to protect them against I/R-induced injury. The mitochondrial dysfunction plays a major role in the pathophysiology of different diseases (ischamic heart disease, diabetes mellitus). For the aforementioned diseases, to save the function of mitochondria is fundamental in the prevention of I/R-induced damages. During our experiments, we will study different plant originated compounds, whether they are able to induce HO-1/CO system. We try to identify new so called functional food/curative compounds. Moreover, we will study the autophagic processes. The autophagy is considered as the third type of cell death, however its role is not fully understood. During our experiments we will study that in fibrillateing hearts the autophagic process is reduced or enhanced. Moreover, we will investigate whether there is any change in autophagic process of heart in the presence of diabetes mellitus. Furthermore, we study the role of autophagic processes in the hyperthrophic myocardium.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
Kísérletes munkáink során tanulmányoztuk az autofágiás folyamatok változását iszkémia/reperfúzión (I/R) átesett fibrillált és nem fibrillált izolált egér szívekben. Vizsgáltuk az LC3II, a Beklin-1, az Atg-5, -7,-12 autofágiás fehérjék szintjét. Eredményeinkben azt tapasztaltuk, hogy a fibrilláló és nem fibrilláló szívek autofágiás folyamataiban lényeges változás következik be fentebbi proteinek expressziójában. Ezek mellett vizsgáltuk TUNEL assay segítségével az apoptózis mértékét is, s meghatározzuk a kaszpáz-3 expresszióját. Kísérleteinkben vizsgáltuk a meggymag-kivonat hatásait az I/R szívekre normál patkányokon és hiperkoleszterinémiás nyúl modellen egyaránt. A szívfunkciók mellet, az infarktusos terület és az apoptózis mértékét is meghatároztuk. Western-blot analízist alkalmaztunk a hemoxigenáz-1 (HO-1) fehérje szintjének meghatározására. Ugyan úgy mint a meggymag-kivonat, a keserű dinnye kivonata is hatásosnak bizonyult a HO-1-el kapcsolatban, védve a szívizmomot az elhalástól. Beta karotén szintén biztosított kardioprotektív hatást az iszkémiás szívizomban. Kutattuk a HO-1/CO rendszer szerepét hipertrófiában. Hipertrófiás stimulus hatására megváltozott az autofágia mértéke. Eredményeinkből megállapítható, hogy az ösztrogén kezelés szignifikáns mértékben csökkenti az endotelin-1-re adott hipertrófiás választ. Eredményeinket hazai és nemzetközi konferenciákon mutattuk be, és publikáltuk. Az eredmények Ph.D. disszertációk alapjait képezték.
kutatási eredmények (angolul)
Summary We have studied the effect of sour cherry seed extract (SCSE) on ischemia/reperfusion in the myocardium. SCSE treated harts exhibited superior cardiac functions and lower infarct size over the control hearts. Molecular biological studies were carried out to study the possible underlying mechanism. Heme oxygenase-1 (HO-1) level was enhanced in SCSE-treated animals evidenced by Western blot analysis and subsequently verified by immunohistochemical staining. Moreover, we have found elevated Bcl-2 level after SCSE-treatment. Taken together, our results demonstrate that SCSE protect the hearts against ischemia/ reperfusion via HO-1/Bcl-2 pathway. In addition, cardiovascular effects of beta-carotene (BC) and bitter melon (BM) were studied in a rat model in connection with HO-1 system. We found significant cardioprotective effects by these agents (BC and BM) also in ischemic/reperfused myocardium. Apoptotic and autophagic cell deaths were significantly changed by these interventions. In H9c2 cells beta estradiol significantly reduced the endothelin-1 induced hypertrophic responses related to the HO-1 enzyme activity. The obtained results were presented in national and international meetings, and published in international journals, and served as the basis of Ph.D. dissertations in the Department of Pharmacology, University of Debrecen.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=104017
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Csepanyi E, Czompa A, Haines D, Lekli I, Bakondi E, Balla G, Tosaki A, Bak I.: Cardiovascular effects of low versus high-dose beta-carotene in a rat model, Pubmed.gov, 2015
Csiki Z, Papp-Bata A, Czompa A, Nagy A, Bak I, Lekli I, Javor A, Haines DD, Balla G, Tosaki A.: Orally delivered sour cherry seed extract (SCSE) affects cardiovascular and hematological parameters in humans, Pubmed.gov, 2015
Vecsernyes M1, Szokol M, Bombicz M, Priksz D, Gesztelyi R, Fulop GA, Varga B, Juhasz B, Haines D, Tosaki A.: Alpha-MSH induces vasodilatation and exerts cardioprotection via the heme-oxygenase pathway in rat hearts., J Cardiovasc Pharmacol., 2017
Lekli I, Haines DD, Balla G, Tosaki A.: Autophagy: an adaptive physiological countermeasure to cellular senescence and ischaemia/reperfusion-associated cardiac arrhythmias., J Cell Mol Med., 2016
Attila Czompa , Alexandra Gyongyosi , Kitti Szoke , Istvan Bak , Evelin Csepanyi , David D. Haines , Arpad Tosaki and Istvan Lekli *: Effects of Momordica charantia (Bitter Melon) on Ischemic Diabetic Myocardium., Molecules., 2017
Kalantari H, Galehdari H, Zaree Z, Gesztelyi R, Varga B, Haines D, Bombicz M, Tosaki A, Juhasz B.: Toxicological and mutagenic analysis of Artemisia dracunculus (tarragon) extract., Food and chemical toxicology, 2013
Juhasz B, Kertesz A, Balla J, Balla G, Szabo Z, Bombicz M, Priksz D, Gesztelyi R, Varga B, Haines DD, Tosaki A.: Cardioprotective Effects of Sour Cherry Seed Extract (SCSE) on the Hypercholesterolemic Rabbit Heart., Current pharmaceutical design., 2013
Haines DD, Juhasz B, Tosaki A.: Management of multicellular senescence and oxidative stress., J Cell Mol Med., 2013
Meyer G, Czompa A, Reboul C, Csepanyi E, Czegledi A, Bak I, Balla G, Balla J, Tosaki A, Lekli I.: The Cellular Autophagy Markers Beclin-1 and LC3B-II are Increased during Reperfusion in Fibrillated Mouse Hearts., Curr Pharm Des., 2013
Varga B, Gesztelyi R, Bombicz M, Haines D, Szabo AM, Kemeny-Beke A, Antal M, Vecsernyes M, Juhasz B, Tosaki A.: Protective effect of alpha-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) on the recovery of ischemia/reperfusion (I/R)-induced retinal damage in a rat model., J Mol Neurosci., 2013
Krisztian Pak, Csaba Papp, Zoltan Galajda, Tamas Szerafin, Balazs Varga, Bela Juhasz, David Haines, Andras Jozsef Szentmiklosi, Arpad Tosaki, Rudolf Gesztelyi: Approximation of A1 adenosine receptor reserve appertaining to the direct negative inotropic effect of adenosine in hyperthyroid guinea pig left atria, General Physiology and Biophysics, 2014
Kertész A, Bombicz M, Priksz D, Balla J, Balla G, Gesztelyi R, Varga B, Haines DD, Tosaki A, Juhasz B.: Adverse Impact of Diet-Induced Hypercholesterolemia on Cardiovascular Tissue Homeostasis in a Rabbit Model: Time-Dependent Changes in Cardiac Parameters, Int J Mol Sci., 2013
Mahmoud F, Haines D, Al-Awadhi R, Dashti AA, Al-Awadhi A, Ibrahim B, Al-Zayer B, Juhasz B, Tosaki A.: Sour cherry (Prunus cerasus) seed extract increases heme oxygenase-1 expression and decreases proinflammatory signaling in peripheral blood human leukocytes from rheumato, Int Immunopharmacol., 2014
Czompa A, Gyongyosi A, Czegledi A, Csepanyi E, Bak I, Haines DD, Tosaki A, Lekli I.: Cardioprotection afforded by sour cherry seed kernel: the role of heme oxygenase-1., J Cardiovasc Pharmacol., 2014





 

Projekt eseményei

 
2015-10-13 09:41:33
Résztvevők változása
2014-08-01 09:39:49
Résztvevők változása




vissza »