Az exoszómák és mikrovezikulák szerepe a szív stressz-adaptációjában  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
109051
típus PD
Vezető kutató Giricz Zoltán
magyar cím Az exoszómák és mikrovezikulák szerepe a szív stressz-adaptációjában
Angol cím Role of exosomes and microvesicles in cardiac stress adaptation
magyar kulcsszavak exoszóma, szív, iszkémia, távoli prekondícionálás, posztkondícionálás, mikroRNS
angol kulcsszavak exosomes, heart, ischemia, remote preconditioning, postconditioning, microRNA
megadott besorolás
Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok)80 %
Kardiovaszkuláris rendszer (Orvosi és Biológiai Tudományok)20 %
Ortelius tudományág: Szív- és véredényrendszer
zsűri Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia
Kutatóhely Farmakológiai és Farmakoterápiás Intézet (Semmelweis Egyetem)
projekt kezdete 2013-09-01
projekt vége 2017-06-30
aktuális összeg (MFt) 13.186
FTE (kutatóév egyenérték) 2.68
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

Az iszkémiás szívbetegségek, beleértve a miokardiális infarktust (MI) világszerte a vezető halálokok közé tartoznak. Ezért a miokardiális károsodás csökkentését célzó kardioprotektív eljárások fejlesztése nagy klinikai jelentőséggel bír. Az iszkémiás posztkondícionálás (IPoC) és a távoli IPoC klinikailag is alkalmazható kardioprotektív eljárások, melyek egy hosszabb iszkémiás állapot utáni iszkémia/reperfúziós ciklusok alkalmazásával válthatók ki. Habár az IPoC hatásosságát több tanulmány igazolta, mechanizmusa nem kellően ismert. Az exoszómák 30-100 nm, a mikrovezikulák 100-1000 nm átmérőjű, mRNS-t, mikroRNS-t és fehérjéket tartalmazó vezikulák, melyeket a legtöbb sejt kibocsát. Az exoszómák és mikrovezikulák sejt-sejt interakcióban játszott szerepe ismert, de a kardiovaszkuláris rendszer fiziológiás folyamatiban való funkciójukról kevés adat áll rendelkezésre. Az exoszómákban található bizonyos fehérjék és mikroRNS-ek szerepet játszanak ismert kardioprotektív mechanizmusokban. Ezért valószínűsíthető, hogy a szívből, vagy más szervekből felszabaduló exoszómák és a mikrovezikulák szerepet játszhatnak az IPoC, még inkább a távoli IPoC mediálásában, habár erről még nincsenek adatok. Szintén nem ismert, hogy az exoszómák és a mikrovezikulák mely komponenseinek lehet szerepe a kardioprotekcióban. Ezért kísérleteink célja megállapítani, hogy (1) az IPoC befolyásolja-e az exoszómák és a mikrovezikulák felszabadulását és azok tartalmát, és hogy (2) a távoli IPoC kiváltható-e exoszómák vagy mikrovezikulák által. A várt eredmények új kutatási irányokat nyithatnak meg a kardioprotekció mechanizmusának kutatásában és új típusú kardioprotektív terápiák kifejlesztéséhez vezethetnek.

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.

1. hipotézis: Az iszkémiás posztkondícionálás (IPoC) indukálja az exoszómák vagy a mikrovezikulák kibocsátását, vagy befolyásolja a kibocsátott exoszómák vagy mikrovezikulák tartalmát. Ezért:
2. hipotézis: a távoli IPoC-t az exoszómák, vagy a mikrovezikulák mediálják.

A kísérletek céljai ezért a következők:
(1) megvizsgálni, hogy az IPoC hatására megemelkedik-e az exoszómák vagy a mikrovezikulák kibocsátása. Ezekben a kísérletekben meghatározzuk, hogy az iszkémiás kondícionálás hatására megnő-e az exoszómák vagy a mikrovezikulák kibocsátása, és hogy az együtt jár-e a vezikulák mikroRNS, vagy fehérje tartalmának mennyiségi, vagy minőségi változásával. Ezen kísérletek során a vezikulák mikroRNS és fehérjetartalmának vizsgálata alapján új, feltételezhetően kardioprotektív jelátviteli útvonalak is azonosításra kerülhetnek.
(2) meghatározni, hogy vajon a távoli IPoC által indukált exoszóma vagy mikrovezikula kibocsátás szükséges vagy elegendő a kardioprotekció kiváltásához. Ezen vizsgálatok során meghatározzuk az exoszómák és mikrovezikulák szerepét a távoli IPoC-ban. Tanulmányozzuk, hogy az IPoC-on átesett állatokból kinyert exoszómák vagy mikrovezikulák képesek-e kardioprotekciót kiváltani, valamint azt is megvizsgáljuk, hogy az exoszóma kibocsátás farmakológiai inhibitorai hogyan befolyásolják a távoli IPoC védőhatását.

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!

Elméleti jelentőség: Ezen vizsgálatokban meghatározzuk az exoszómák és mikrovezikulák szerepét egy klinikailag releváns kardioprotektív eljárásban. A projektek főbb témái, az exoszómák, a mikroRNS-ek és az IPoC által kiváltott kardioprotekció vizsgálata az alap- és alkalmazott kutatás homlokterében találhatók. Továbbá, ezek az úttörő vizsgálatok új terápiás utakat nyithatnak meg, mivel az exoszómák és a mikrovezikulák által kiváltott kardioprotekció még nem eléggé kutatott. Ezen kísérletek során a távoli IPoC mechanizmusaira derülhet fény, ami új kardioprotektív eszközök fejlesztéséhez vezethet. A tervezett kísérleteink során bebizonyosodhat, hogy a szövet specifikus exoszóma- vagy mikrovezikula alapú készítmények kardioprotekció kiváltására képesek olyan állapotokban is, ahol az egyébként nem váltható ki, mint például metabolikus szindrómában vagy diabéteszben. Mivel ezek az elváltozások igen gyakoriak, és nagyban növelhetik az iszkémiás epizódok halálos kimenetelének kockázatát, ezek a kísérletek nagy jelentőséggel bírhatnak az iszkémiás szívbetegségek kezelésében. A tervezett kíséretek ezen kívül hozzájárulnának a befogadó intézmény nemzetközi elismertségének és a magas színvonalú, folyamatos tudományos értékteremtésének továbbviteléhez ezen az újszerű tudományterületen.

Gyakorlati jelentőség: Kísérleteink alapján új gyógyszertámadáspontok vagy szövet specifikus gyógyszerbeviteli lehetőségek feltárása válhat lehetségessé. Az iszkémiás szívbetegségek hatékony terápiájának kidolgozása nagyszámú beteg túlélési esélyeit javulásához és orvosi kezelésének lerövidüléséhez vezethet, ami az egyén és a társadalom szempontjából is nagy jelentőséggel bírna. Mindemellett egy Magyarországon kifejlesztett farmakológiai terápiás eljárás a helyi biotechnológiai ipart is erősítené és további klinikai vizsgálatok elvégzését tenné lehetővé, amik nagyban erősítenék a magyar nemzetgazdaságot.

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.

Az iszkémiás szívbetegségek, mint például a szívroham világszerte a vezető halálokok közé tartoznak. A szívérrendszeri betegségek kutatásának egyik központi jelentőségű témája a szívroham által kiváltott szívkárosodások mérséklésére irányuló beavatkozások és kezelések fejlesztése. A távoli iszkémiás posztkondícionálás (RIPoC) egyike a kisszámú klinikailag is alkalmazható szívkárosodástól védő beavatkozásoknak. Habár a RIPoC alkalmazása egyre szélesebb körű, a mechanizmusai még nem kellően ismertek. A nemrégiben felfedezett exoszómák és mikrovezikulák olyan nanorészecskék, melyeket a legtöbb sejttípus kibocsát. Ezek a részecskék számos sejtszintű jelátviteli útvonalban érintett anyagot tartalmaznak, valamint kimutatták szerepüket olyan biológiai folyamatokban, mint például a szöveti regenerálódás, vagy az immunfolyamatok. Azonban szerepük a szívérrendszeri folyamatokban nem a mai napig nem ismert. Előkísérleteinkben kimutattuk, hogy iszkémiás kondícionálás hatására a szívből exoszómák szabadulnak fel, így feltételezhetőnek tartjuk, hogy azok szerepet játszhatnak a kardioprotektív mechanizmusokban. Ezen kísérleteinkben megvizsgáljuk, hogy az exoszómák vagy a mikrovezikulák részt vesznek-e a RIPoC folyamataiban. Tanulmányozni fogjuk, hogy ezen részecskék segítségével kiváltható-e a kardioprotekció, hogy mi a szerepük ebben, és hogy vajon felhasználhatóak lennének-e jövőbeni kardioprotektív kezelések alapjául. Ezért ezek a vizsgálatok új orvosi felfedezések alapját jelenthetik, melyek a szívbetegek magasabb túlélési esélyeit és jobb ellátását eredményezhetik.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Ischemic heart disease including myocardial infarction (MI) is a leading cause of death worldwide. Therefore, cardioprotective interventions to limit myocardial damage are of great clinical importance. Ischemic postconditioning (IPoC) including remote IPoC are clinically applicable cardioprotective interventions elicited by short ischemia/reperfusion cycles applied after a potentially lethal ischemia/reperfusion insult. Although the efficacy of IPoC has been proven in a multitude of studies, its mechanism is unclear. Exosomes and microvesicles are released by most kind of cells. They are vesicles of 30-100 nm and 100-1000 nm in diameter containing proteins, mRNAs and microRNAs. An established function of exosomes and microvesicles is cell-cell interaction, however, little is known on their physiological and pathological role in the cardiovascular system. Certain proteins and microRNAs found in exosomes are implicated in the mechanisms of cardioprotection. Therefore, exosomes and microvesicles are ideal candidates as mediators of IPoC, especially remote IPoC. However, it has not been assessed whether exosomes or microvesicles released by the heart or extracardiac organs play any role in the mediation of cardioprotection by IPoC. It is also unknown what components of exosomes and microvesicles may mediate cardioprotection. Therefore, here we aim to assess (1) whether IPoC modulates the release of exosomes or microvesicles, and (2) whether remote IPoC is mediated by exosomes or microvesicles. The expected results will pioneer the field and may open a new direction in the molecular mechanisms of cardioprotection and in the development of novel cardioprotective therapies.

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.

Our hypotheses are:
Hypothesis 1: ischemic postconditioning (IPoC) promotes an increased release of exosomes or microvesicles and/or influences the contents of the released exosomes or microvesicles; and therefore
Hypothesis 2: remote IPoC is mediated by exosomes or microvesicles.

Thus, the aims of this study are:
(1) to assess whether IPoC modulates the release or content of exosomes or microvesicles. In these experiments we will determine whether ischemic conditioning increases the release of exosomes or microvesicles and whether it mediates a qualitative or quantitative change in the miRNA and protein composition of the vesicles. In these studies we will be able to indentify plausible cardioprotective mechanisms based on the analysis of the vesicular miRNA and protein contents.
(2) to assess whether remote IPoC-induced release of exosomes or microvesicles are necessary and sufficient to mediate cardioprotection. Here we will determine the role of exosomes and microvesicles in the mechanism of remote IPoC. We will assess whether exosomal or microvesicular fractions purified form IPoC animals are able to trigger cardioprotection. We will also investigate whether pharmacological inhibitors of exosomal release or the absence of released vesicles can interfere with remote IPoC-induced cardioprotection.

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.

Theoretical significance: In these studies we will identify the role of exosomes and microvesicles in clinically relevant cardioprotective interventions. The key topics of the project, exosomes, miRNAs, and cardioprotection by IPoC are all in the frontline of international basic and translational research. Furthermore, these are pioneer studies that might open up a novel therapeutic perspective, since exosomal or microvesicular mechanisms have not been implicated in cardioprotection. Here we will potentially reveal mechanisms of remote IPoC, which may also lead to development of novel therapeutic tools or formulations. Results of the proposed experiments may further reveal that tissue specific exosome- or microvesicle-based treatments might be capable of eliciting cardioprotection in conditions where it is otherwise blunted, such as in metabolic syndrome or diabetes. Since these disorders can strongly increase the risk of a fatal outcome of ischemic episodes, such studies would result in high impact findings on the therapy of ischemic heart diseases. Also, the present project would greatly help to keep the high international reputation and continuous output of the host institution in these emerging fields.

Practical significance: Based on these studies identification of novel drug targets or tissue specific delivery mechanisms might be possible. The development of an efficient therapy for ischemic heart diseases would help improving the survival rate and medical treatment of numerous patients, and therefore it would be of immense value for the society. Additionally, a pharmacological therapy developed in Hungary would boost local biotechnology industry and provide grounds for further clinical research studies both increasing the competitiveness of the Hungarian economy.

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.

Ischemic heart diseases, such as heart attack (HA) are the leading causes of death worldwide. A major focus of the cardiovascular research is to develop cardioprotective interventions and treatments that limit cardiac damage inflicted by HA. Remote ischemic postconditioning (RIPoC) is one of the few clinically applicable cardioprotective interventions. Although it is performed in an increasing number of times, the mechanism of RIPoC is still unclear. The recently discovered exosomes and microvesicles are nanoparticles released by most cells. They contain elements of various cellular signaling systems, and they have been shown to be associated with various biological functions, such as tissue regeneration or immune functions, however, their role in the cardiovascular system is unknown. Therefore, we suspected that they might be involved in cardioprotective mechanisms. Here we will investigate the role of these particles in RIPoC. We will assess whether these particles can induce cardioprotection, what is their role in it, and that whether they could be utilized in the development of future cardioprotective treatments. These studies will open up possibilities for new medical discoveries which will lead to more effective care for HA patients and increase their chance of survival.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A pályázatunk célja annak megállapítása volt, hogy az exoszómák szerepet játszanak-e a kardioptotekcióban, valamint feltárni a kardioprotektív exoszómák mikroRNS profilját. A tervezett kísérletek döntő többségét sikeresen elvégeztük. Megállapítottuk, hogy az exoszómák elengedhetetlenek a kardioprotekció kiváltásához, valamint azonosítottunk több olyan mikroRNS-t, melyek őssejtekből exoszómák útján pro-proliferatív és antiapoptotikus jeleket közvetítenek. Mivel felismertük, hogy a rendelkezésre álló exoszóma izoláló protokollok nem alkalmasak az exoszómák minőségi vizsgálatára, pl. lipoprotein kontamináció miatt, számos nem tervezett projektet kellett kiviteleznünk. Ezek folyamán új izoláló módszereket fejlesztettünk ki, melyek csak nemrég tették lehetővé az eredetileg tervezett in-vivo vizsgálataink megkezdését, amiket ezért csak a pályázat lezárta után tudunk befejezni. A vizsgálataink 3 PhD hallgató képzéséhez járultak hozzá. Az eredményeket eddig 6 folyóirat-közleményben (össz impakt faktor: 23,4, Google Scholar szerinti idézetek: 226), 4 konferencia előadásban közöltük, ami meghaladja a pályázatban vállaltakat. Ezen felül számos részprojekt eredményének közlése a pályázat lezárása után lesz esedékes. A pályázatban nemzetközi együttműködéseket kötöttünk, melyek eredményeivel további nemzetközi pályázatokat nyertünk el. Eredményeink alapján termékfejlesztési programot indítottunk exoszóma izoláló készülék és ehhez kapcsolt fogyóeszközök piacra juttatása érdekében.
kutatási eredmények (angolul)
The main objective of the present project was to investigate whether exosomes are involved in the mechanism of cardioprotective interventions such as ischemic conditioning, and to investigate whether cardioprotective miRNAs are transferred by exosomes. We have successfully performed the majority of the proposed studies. We assessed that exosomes are required for cardioprotection and we identified miRNA moieties in stem cell-derived exosomes which may be involved in cytoprotective and proliferative mechanisms triggered by exosomes. We had to perform several unplanned projects since we assessed that available methods to isolate exosomes from blood are not suitable for qualitative analyses of exosomes due to contaminations, e.g., with lipoproteins. Then we developed novel exosome isolation methods. These advances enabled us only recently to investigate blood-derived exosomes, therefore, the proposed in-vivo experiments will be finished shortly after the end of the grant period. The grant contributed to the training of three PhD students, yielded 6 full paper (impact factor: 23.4, citations by Google Scholar: 226) and 4 conference abstracts. Several journal publications are also in preparation. We initiated international collaborations. By using results of these collaborations, we successfully applied for international grants. The results also enabled us to launch a product development program, which aims to commercialize exosome isolation equipment and consumables.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109051
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Csilla Nagy, Krisztina Pálóczy, Ágnes Kittel, Zsófia Onódi, Rosalinda Madonna, Edit Buzás, Péter Ferdinandy, Zoltán Giricz: Isolation of exosomes from large volumes of cell culture media by ultrafiltration is superior to ultracentrifugation for the analysis of exosomal RNA, International Society for Extracellular Vesicles, 6th Annual Meeting, Toronto, Canada, 2017
Giricz Z, Varga ZV, Baranyai T, Sipos P, Pálóczi K, Kittel Á, Buzás EI, Ferdinandy P: Cardioprotection by remote ischemic preconditioning of the rat heart is mediated by extracellular vesicles, J Mol Cell Cardiol. 2014;68:75-8, 2014
Pickard JM, Bøtker HE, Crimi G, Davidson B, Davidson SM, Dutka D, Ferdinandy P, Ganske R, Garcia-Dorado D, Giricz Z, Gourine AV, Heusch G, Kharbanda R, Kleinbongard P, MacAllister R, McIntyre C, Meybohm P, Prunier F, Redington A, Robertson NJ, Suleiman MS, Vanezis A, Walsh S, Yellon DM, Hausenloy DJ.: Remote ischemic conditioning: from experimental observation to clinical application: report from the 8th Biennial Hatter Cardiovascular Institute Workshop., Basic Res Cardiol. 2015 Jan;110(1):453., 2015
Zoltán Giricz, Tamás Baranyai, Kata Herczeg, István Voszka, Károly Módos, Nikolett Marton, György Nagy, Ágnes Kittel, Edit Irén Buzás, Péter Ferdinandy: Exosomes in the blood plasma: characterization, isolation and stability, International Society for Extracellular Vesicle 2015 Meeting, 2015
Zoltán Giricz, Tamás Baranyai, Kata Herczeg, István Voszka, Károly Módos, Nikolett Marton, György Nagy, Ágnes Kittel, Edit Irén Buzás, Péter Ferdinandy: Efficient isolation of high-purity exosomes from blood plasma, International Society for Heart Research XXXIII Annual Meeting of the European Section, 2015
Giricz Z: Are extracellular vesicles mediators of remote conditioning?, ESC Congress 2015, 2015
Sodar BW, Kittel A, Paloczi K, Vukman KV, Osteikoetxea X, Szabo-Taylor K, Nemeth A, Sperlagh B, Baranyai T, Giricz Z, Wiener Z, Turiak L, Drahos L, Pallinger E, Vekey K, Ferdinandy P, Falus A, Buzas EI: Low-density lipoprotein mimics blood plasma-derived exosomes and microvesicles during isolation and detection, SCI REP 6:, 2016
Baranyai T, Herczeg K, Onodi Z, Voszka I, Modos K, Marton N, Nagy G, Mager I, Wood MJ, El Andaloussi S, Palinkas Z, Kumar V, Nagy P, Kittel A, Buzas EI, Ferdinandy P, Giricz Z: Isolation of Exosomes from Blood Plasma: Qualitative and Quantitative Comparison of Ultracentrifugation and Size Exclusion Chromatography Methods, PLOS ONE 10: (12), 2015
Baranyai T, Nagy CT, Koncsos G, Onodi Z, Karolyi-Szabo M, Makkos A, Varga ZV, Ferdinandy P, Giricz Z: Acute hyperglycemia abolishes cardioprotection by remote ischemic perconditioning, CARDIOVASC DIABETOL 14: (1), 2015
Giricz Z, Varga ZV, Koncsos G, Nagy CsT, Görbe A, Mentzer RM, Gottlieb RA, Ferdinandy P.: Autophagosome formation is required for cardioprotection by chloramphenicol, Life Sci., 2017




vissza »