Glucagon-like peptide 1 szignalizáció szabályozó mechanizmusai a GnRH idegsejtek működésében és a reprodukció hypothalamikus szintű szabályozásában  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
115984
típus K
Vezető kutató Liposits Zsolt
magyar cím Glucagon-like peptide 1 szignalizáció szabályozó mechanizmusai a GnRH idegsejtek működésében és a reprodukció hypothalamikus szintű szabályozásában
Angol cím Mechanisms of glucagon-like peptide 1 signaling upon GnRH-synthesizing neurons: role in hypothalamic regulation of reproduction
magyar kulcsszavak GLP-1, GnRH, reprodukció, idegi hálózatok, immuncitokémia, elektrofiziológia, optogenetika
angol kulcsszavak GLP-1, GnRH, reproduction, neuronal networking, immunocytochemistry, electrophysiology, optogenetics
megadott besorolás
Neuroanatómia és idegélettan (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)40 %
Neuroanatómia és idegélettan (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)40 %
Neuroanatómia és idegélettan (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)20 %
zsűri Idegtudományok
Kutatóhely Endokrin Neurobiológia Kutatócsoport (HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet)
résztvevők Farkas Imre
Vastagh Csaba
projekt kezdete 2016-01-01
projekt vége 2019-12-31
aktuális összeg (MFt) 43.988
FTE (kutatóév egyenérték) 7.15
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A kutatás célja a glucagon-like peptide 1 (GLP-1) szerepének felderítése a szaporodás centrális szabályozásában, a gonadotropin-releasing hormone (GnRH)-t termelő idegsejtek közvetlen modulációja révén egérben. Molekuláris, strukturális és elektrofiziológiai vizsgálatokkal a GLP-1 neuronrendszernek a GnRH idegsejtekkel kialakított hálózati kapcsolatait vizsgáljuk, míg optogenetikai megközelítést alkalmazunk a GLP-1 hatásának és a szabályozás rendszer szintű jelentőségének in vivo igazolására. A közvetlen szabályozás meghatározó eleme, a GLP-1 receptor (GLP-1R), melynek expresszióját transzgén egérből nyert, GnRH-green fluorescent protein (GFP) idegsejtekben vizsgáljuk valósidejű PCR módszerek alkalmazásával. A GLP-1 és GnRH neuronrendszerek együttműködésének morfológiai jegyeit és a kapcsolat erősségét konfokális lézer mikroszkópia, képalkotás, térbeli rekonstrukció és elektronmikroszkópia módszerek alkalmazásával tárjuk fel. A GnRH-GFP idegsejtek akut agyszeletben történő elektrofiziológiai vizsgálata fog fényt deríteni a GLP-1 receptorokon ható agonista vegyület idegsejt tüzelésre és a posztszinaptikus áramokra (PSCs) kifejtett hatására, a retrográd szignalizációs mechanizmusok (endokannabinoidok, nitrogén monoxid) részvételére a szabályozásban, továbbá a cAMP-PKA-CREB jelátviteli rendszer szerepére a GLP-1 hatás közvetítésében. Végezetül, a GLP-1 hormon GnRH neuronrendszerre kifejtett szabályozó szerepét in vivo tanulmányozzuk, csatornarhodopsin 2-t expresszáló, GLP-1 hormont termelő idegsejtek optogenetikai ingerlése révén és mérjük az idegvégződésekből felszabaduló GLP-1 moduláló hatását a GnRH hormon ürítésre.

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 szaporodást a hypothalamo-hypophysealis rendszer működése biztosítja. A meddőség a reprodukció súlyos funkció zavara, melynek hátterében különféle kórokok állnak. Új kutatási eredmények metabolikus hormonoknak (inzulin, leptin, ghrelin) a reprodukció hypothalamikus szabályozásában betöltött szerepére utalnak. Projektünk egy potens metabolikus hormon, a glucagon-like peptide 1 (GLP-1) GnRH neuronokon kifejtett, közvetlen szabályozó szerepének feltárására irányul. Munkahipotézisünk felveti, hogy a GLP-1 általi szabályozás GnRH neuronok GLP-1 receptorain és az azokhoz kapcsolt jelátviteli rendszereken keresztül megy végbe és valószínűsíti a GLP-1 serkentő hatását a gonád rendszer működésére. Elsőként a GLP-1 receptor gén expresszióját tanulmányozzuk GnRH-GFP idegsejtekben PCR módszer alkalmazásával. A második kísérletsor, a tractus solitarius magvából vetülő GLP-1 idegrostok GnRH neuronokkal alkotott kapcsolatrendszerének strukturális és kvantitatív jegyeit tárja fel. A harmadik elektrofiziológiai munkacsomag, a GnRH idegsejtek GLP-1 receptorain keresztül ható agonista hatásmechanizmusira derít fényt akut agyszelet preparátumban. A negyedik munkacsomagban optogenetikai módszerrel, in vivo vizsgáljuk a GLP-1 idegsejtek foto-stimulációja révén felszabaduló hormon hatását a GnRH idegsejtek és reproduktív tengely aktiválódására. A vizsgálatok megítélésünk szerint a reprodukció központi szabályozásának egy új mechanizmusát tárhatják fel, mely a GnRH neuronok GLP-1 receptorain és az azokhoz kapcsolt jelátviteli rendszereken keresztül érvényesül.

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!

Orexigén és anorexigén hatású metabolikus szignálok egyidejűleg szabályozzák az energia homeostasist és a reprodukciót. A metabolizmus szabályozás zavarai hatással vannak a fertilitásra, függetlenül attól, hogy azok az energia háztartás egyensúlyának negatív (anorexia nervosa) vagy pozitív (obezitás, 2-es típusú diabetes) oldalát érintik. A világméretű obezitás pandémia több mint 300 millió ember életminőségét veszélyezteti, míg 45 millió házaspár küzd a meddőséggel szemben Az obezitás gyógyszeres kezelésére alkalmasnak bizonyuló gyógyszerek piaci bevezetésének szándéka esetén gondos vizsgálatot igényel a metabolizmus profil monitorizálása mellett, a szer reprodukciót befolyásoló neuroendokrin folyamatokra kifejtett hatásának elemzése. GLP-1 agonisták (Bayetta, Bydureon) gyógyszerpiacra történő bevezetését a közelmúltban engedélyezték, 2-es típusú diabetes kezelésére, kihasználva a vegyületek jótékony hatását a táplálék felvétel csökkentésére és a jóllakottsági érzés növelésére. Rágcsálókból nyert eredmények arra utalnak, hogy GLP-1 kezelés aktiválja a hypothalamo-hypophysealis gonád tengelyt, ugyanakkor, sem a hormonhatás agyi célstruktúrái, sem pedig annak hatásmechanizmusai nem kerültek feltárásra. Közelmúltban végzett saját vizsgálataink egyike bizonyította, hogy a gyomorban termelődő éhség szignál hormon, a ghrelin, receptorain keresztül közvetlenül hat GnRH idegsejtekre és lassítja azok működését. A jelen projekt várt eredményeinek halmaza fényt derít a GnRH idegsejteken vélhetően közvetlenül ható GLP-1 szignalizáció szerepére és az azt biztosító celluláris folyamatok molekuláris, strukturális és farmakológiai összetevőire. A rágcsálókon végzett vizsgálatok jövőbéli folytatását egyaránt tervezzük, post-mortem emberi hypothalamus mintákon, a megismert GLP-1 szignalizáció humán relevanciájának megismerése céljából.

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.

Az ivarszervek működését és a szaporodást a hypothalamus és az agyalapimirigy mellső lebenyének összehangolt működése szabályozza. Ennek mester molekulája, a gonadotropin-releasing hormone (GnRH), mely közel másfélezer idegsejtben szintetizálódik az agyban. A hormon a neuroszekretoros idegsejtekből ürül és eléri az agyalapimirigy célsejtjeit, melyekben két ivarműködést szabályozó hormon, a luteinizáló hormon (LH) és a tüszőérést stimuláló hormon (FSH) szintézisét és ürítését szabályozza. A GnRH szekréció mintázata pulzatilis, mely alapvetően fontos a reprodukció fenntartásához. A „bél-agy” hormonok egy széleskörű családot képeznek, melynek egyik meghatározó képviselője a glucagon-like peptide 1 (GLP-1), mely hatékonyan befolyásolja a táplálék felvételt, az étvágyat és a hypothalamus–agyalapimirigy–ivarszerv tengely működését. Míg a táplálkozás és energiaháztartás szabályozásának folyamataiban résztvevő GLP-1 hatásmechanizmusai részben feltárásra kerültek, addig a GLP-1 hatás reprodukcióban szereplő hypothalamikus célstruktúrái és mechanizmusai ismeretlenek. A pályázat biztosította tudományos kísérleti munka várt eredményei tisztázni hivatottak a GLP-1 hormon hatás szerepét és mechanizmusait a GnRH idegsejtek működésében, feltárva egy új, reprodukciót szabályozó rendszer molekuláris és fiziológiai jellemzőit.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

The research proposal is aimed at the exploration of the role of glucagon-like peptide 1 (GLP-1) in the central regulation of reproduction via the direct modulation of the gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neuron system in mice. Molecular, structural and electrophysiological studies will address the cellular mechanisms of networking established by the GLP-1 neuronal system with GnRH neurons, while optogenetics will be used for in vivo monitoring of the effects and significance of the GLP-1 drive in regulation of reproduction. As a prerequisite of the direct communication, GLP-1 receptor (GLP-1R) expression will be examined in GnRH-green fluorescent protein (GFP) neurons of transgenic mice using quantitative, real time-PCR technique. Immunocytochemical studies will reveal the structural characteristics and strength of the GLP-1 GnRH networking by using confocal laser microscopy-based imaging, 3D reconstruction and electron microscopy. Slice electrophysiology on GnRH-GFP neurons will identify the effects of GLP-1 agonists on the firing properties and postsynaptic currents of GnRH neurons, elucidate the involvement of retrograde signaling mechanisms (endocannabinoids and/or nitric oxide) and reveal the role of the cAMP-PKA-CREB signal transduction pathway in the modulatory effect. Finally, the regulatory role of GLP-1 upon the GnRH system will be studied in vivo by optogenetic stimulation of channelrhodopsin 2-expressing GLP-1 neurons and measuring the effects of GLP-1 released from axon terminals on the modulation of hormone output from GnRH neurons.

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.

Reproduction is regulated by the hypothalamo-hypohyseal system. Infertility is a serious dysfunction of the system which is due to diverse origins. Novel research data indicate the pivotal role of metabolic hormones (insulin, ghrelin, leptin) in hypothalamic regulation of reproduction. In line with these efforts, the proposal examines the involvement and regulatory role of a potent gut-brain hormone, glucagon-like peptide-1 in signaling mechanisms of GnRH neurons. The working hypothesis predicts that GLP-1 exerts direct regulatory effects on GnRH neurons via specific GLP-1 receptors and their coupled signal transduction pathways and envisions a facilitatory drive of GLP-1 in the activation of the HPG axis. First, the expression of GLP-1 receptor gene in GnRH neurons will be substantiated by q-RT-PCR analysis. The second experimental line will corroborate the interaction of GLP-1-axons projecting from nucleus of the solitary tract (NTS) with GnRH neurons with special emphasis on the structural and quantitative characteristics of the communication. The third, electrophysiological workpackage will clarify the effects and mechanisms of GLP1 receptor agonist on GnRH neurons using acute brain slice preparation. The fourth workpackage will study in vivo the impact of GLP-1, released from axon terminals of optogenetically stimulated GLP-1 neurons of the NTS, on GnRH neurons and activation of the reproductive axis. The projects challenge the discovery and functional characterization of a novel regulatory channel of the HPG axis via GLP-1 receptor and its downstream signal transduction pathway/s acting in GnRH neurons.

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.

Orexigenic and anorexigenic metabolic signals simultaneously regulate energy balance and reproduction. The dysfunction of metabolism has impact on fertility regardless whether it affects the negative (anorexia nervosa) or the positive (obesity, type 2 diabetes) sides of the energy balance. The global obesity pandemic threatens the quality of life more than 300 million people worldwide, while 45 million couples fight against infertility. The introduction of new drugs in the treatment of obesity requires the careful evaluation of the compound regarding its effect not only on the metabolic profile, but also on the central neuroendocrine regulatory machinery of reproduction. GLP-1 agonists (Byetta, Bydureon) have recently been authorized and marketed for the treatment of type 2 diabetes based on their beneficial effects on lowering food intake and increasing satiety. Although animal data have shown that GLP-1 administration activates the HPG axis, neither the specific target/s of the action nor the underlying mechanisms have been clarified. One of our recent works has shown that the hunger signal, ghrelin, acts directly on GnRH neurons and slows their activity. The overall results of the current proposal will give insight into the structural, molecular and pharmacological mechanisms that are utilized by GLP-1 in the hypothalamic regulation of the reproductive axis via direct targeting of GnRH neurons. As a continuation of the rodent study, in the future, we also plan to examine the relevance of the networking of the GLP-1 and GnRH neuronal systems in post-mortem human brain samples.

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.

Gonadal functions and reproduction are regulated by an orchestrated action of the hypothalamus and the anterior pituitary gland. The hypothalamic master molecule is gonadotropin-releasing hormone (GnRH) synthesized in about fifteen hundred neurons within the hypothalamus. It is released from the brain and reaches the anterior pituitary where it triggers the release of two gonadotropic hormones, luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). The secretion of GnRH occurs in a pulsatile fashion which is mandatory to the proper operation of the pituitary-gonadal axis. Gut-brain hormones represent a wild family of regulatory substances in the organism that are synthesized both in the gastro-intestinal (GI) tract and the brain. Glucagon like peptide-1 (GLP-1) belongs to this family and as a metabolic hormone; it regulates food intake, appetite and also the hypothalamo-pituitary gonadal (HPG) axis. While the hypothalamic targets of GLP-1 in feeding and energy expenditure regulation have been identified, in contrast, neither the cellular targets nor the utilized mechanisms whereby GLP-1 influences reproduction have been revealed till date. The main goal of the proposed experimental work is the verification of participation and role of GLP-1 signaling in modulation of the GnRH system and revealing the molecular and physiological mechanisms of this novel, central regulatory channel of reproduction





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A GnRH neuronrendszer a szaporodás fő központi szabályozója. A projekt a GnRH neuronhálózat működését szabályozó metabolikus hormonok szerepének megismerésére irányult. Bizonyítottuk, hogy az agytörzs glucagon like peptide-1 (GLP-1)-et termelő idegsejtjei beidegzik a GnRH neuronokat. GLP-1/channelrhodopsin 2 tartalmú idegrostok optogenetikai ingerlése megnövelte a célsejtek tüzelési frekvenciáját, mely jelenséget GLP-1 receptor antagonista kivédett. Igazoltuk a nitrogén monoxid (NO) és endokannabinoid retrográd szignalizációs mechanizmusok részvételét a folyamatban, melyek a preszinaptikus GABA tartalmú afferens idegvégződéseken hatva fejtik ki hatásukat. Felfedeztük a szekretin hormon aktiváló szerepét és a szekretin receptorhoz kapcsolódó jelátviteli útvonalat GnRH neuronban. Az ösztradiol hormon negatív és pozitív visszacsatolási mechanizmusát tanulmányozva, leírtuk a GnRH idegsejteken közvetlenül érvényesülő hormonhatás elektrofiziológiai jellemzőit, igazoltuk az ösztrogén receptor béta meghatározó szerepét a folyamatban és feltártuk a receptorhoz kapcsolódó komplex jelátviteli rendszer elemeit. Igazoltuk a proösztrusz szélessávú hatását a GnRH idegsejtek ioncsatorna és transzmitter receptor gének, valamit a mediális preoptikus terület transzkriptóm expressziójára. A pályázat -részben- támogatta extrahypothalamikus területek ösztrogén által vezérelt célstruktúráinak tanulmányozását a bazális előagy, a hippocampus, valamint a csontszövet/csontvelő vonatkozásában.
kutatási eredmények (angolul)
GnRH-synthesizing neurons are the main central regulators of reproduction. The project was focused on the role of metabolic hormones in the regulation of GnRH neurons. We proved that glucagon like peptide-1 (GLP-1)-synthesizing neurons of the brain stem innervate GnRH neurons. Optogenetic stimulation of GLP-1/channelrhodopsin 2 axons increased the frequency of firing of GnRH neurons which effect was abolished by GLP-1 receptor antagonist pre-treatment. We showed the fundamental contribution of retrograde endocannabinoid and nitric oxide (NO) signalling mechanisms in the process targeting the presynaptic GABA afferents of GnRH neurons. We discovered the facilitatory role of secretin upon GnRH neurons and identified the secretin receptor-coupled signal transduction pathway. Studying the negative and positive estradiol feed-back mechanisms, we described the direct effects of estradiol on the electrophysiological properties of GnRH neurons, revealed the essential role of estrogen receptor beta in the process and explored the components of the receptor-coupled signal transduction pathways. In addition, we showed the widespread effects of proestrus on the ion channel and neurotransmitter receptor gene expression in GnRH neurons and also on the transcriptome of the medial preoptic area (MPOA). The project supported - in part - the exploration of estrogen signaling mechanisms in extrahypothalamic target structures including the basal forebrain, hippocampus and bone/bone marrow.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=115984
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Csillag Veronika, Vastagh Csaba, Liposits Zsolt, Farkas Imre: Secretin Regulates Excitatory GABAergic Neurotransmission to GnRH Neurons via Retrograde NO Signaling Pathway in Mice., FRONTIERS IN CELLULAR NEUROSCIENCE 13: 371, 2019
Bálint F; Liposits Z; Farkas I: Estrogen Receptor Beta and 2-arachidonoylglycerol Mediate the Suppressive Effects of Estradiol on Frequency of Postsynaptic Currents in Gonadotropin-Releasing Hormone Neurons of Metestrous Mice: An Acute Slice Electrophysiological Study., Frontiers in Cellular Neuroscience, 2016
Farkas I ; Vastagh C ; Farkas E ; Balint F; Skrapits K ; Hrabovszky E ; Fekete C ; Liposits Z: Glucagon-like peptide-1 excites firing and increases GABAergic miniature postsynaptic currents (mPSCs) in gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons of the male mice., Frontiers in Cellular Neuroscience, 2016
Bardóczi Z, Pál B, Kőszeghy Á, Wilheim T, Watanabe M, Záborszky L, Liposits Z, Kalló I: Glycinergic input to the mouse basal forebrain cholinergic neurons, J NEUROSCI 37: 9534-9549, 2017
Sárvári M, Kalló I, Hrabovszky E, Solymosi N, Liposits Z: Ovariectomy Alters Gene Expression of the Hippocampal Formation in Middle-Aged Rats., ENDOCRINOLOGY 158 (1): 69-83, 2017
Vastagh C, Liposits Z: Impact of Proestrus on Gene Expression in the Medial Preoptic Area of Mice., FRONT CELL NEUROSCI 11: 183, 2017
Bardóczi Z, Pál B, Kőszeghy Á, Wilheim T, Watanabe M, Záborszky L, Liposits Z, Kalló I: Glycinergic input to the mouse basal forebrain cholinergic neurons, J NEUROSCI 37: 9534-9549, 2017
Farkas I, Bálint F, Farkas E, Vastagh C, Fekete C, Liposits Z.: Estradiol Increases Glutamate and GABA Neurotransmission into GnRH Neurons via Retrograde NO-Signaling in Proestrous Mice during the Positive Estradiol Feedback Period., eNeuro. 2018 Aug 3;5(4)., 2018
Bardóczi Z, Wilheim T, Skrapits K, Hrabovszky E, Rácz G, Matolcsy A, Liposits Z, Sliwowska JH, Dobolyi Á, Kalló I.: GnRH Neurons Provide Direct Input to Hypothalamic Tyrosine Hydroxylase Immunoreactive Neurons Which Is Maintained During Lactation., Front Endocrinol (Lausanne). 2018 Nov 22;9:685., 2018
Vastagh Csaba, Solymosi Norbert, Farkas Imre, Liposits Zsolt: Proestrus Differentially Regulates Expression of Ion Channel and Calcium Homeostasis Genes in GnRH Neurons of Mice, FRONTIERS IN MOLECULAR NEUROSCIENCE 12: 137, 2019
Vastagh C; Rodolosse A; Solymosi N; Liposits Z: Altered Expression of Genes Encoding Neurotransmitter Receptors in GnRH Neurons of Proestrous Mice., https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27774052, 2016
Sarvari M, Kallo I, Hrabovszky E, Solymosi N, Liposits Z: Ovariectomy Alters Gene Expression of the Hippocampal Formation in Middle-Aged Rats., ENDOCRINOLOGY 158 (1): 69-83, 2017
Fekete C, Vastagh C, Denes A, Hrabovszky E, Nyiri G, Kallo I, Liposits Z, Sarvari M: Chronic Amyloid beta Oligomer Infusion Evokes Sustained Inflammation and Microglial Changes in the Rat Hippocampus via NLRP3., NEUROSCIENCE 405: (1) pp. 35-46., 2019
Balla Bernadett, Sárvári Miklós, Kósa János P, Kocsis-Deák Barbara, Tobiás Bálint, Árvai Kristóf, Takács István, Podani János, Liposits Zsolt, Lakatos Péter: Long-term selective estrogen receptor-beta agonist treatment modulates gene expression in bone and bone marrow of ovariectomized rats., JOURNAL OF STEROID BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY 188: pp. 185-194., 2019





 

Projekt eseményei

 
2016-05-25 10:27:40
Résztvevők változása




vissza »