 |
G fehérjéhez kapcsolt receptorok új jelátviteli mechanizmusai
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
116954 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Hunyady László |
| magyar cím |
G fehérjéhez kapcsolt receptorok új jelátviteli mechanizmusai |
| Angol cím |
Novel signaling mechanisms of G protein-coupled receptors |
| magyar kulcsszavak |
angiotenzin II, jelátvitel specifikus ligandok, receptor mutációk, vazopresszin |
| angol kulcsszavak |
angiotensin II, biased agonism, receptor mutations, vasopressin |
| megadott besorolás |
| Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 90 % | | Endokrinológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 10 % |
|
| zsűri |
Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia |
| Kutatóhely |
Élettani Intézet (Semmelweis Egyetem) |
| résztvevők |
Balla András
Erdélyi László Sándor
Futosi Krisztina
Gyombolai Pál
Soltész-Katona Eszter
Szakadáti Gyöngyi
Szalai Bence
Szekeres Mária
Tóth András Dávid
Tóth Dániel
Turu Gábor
Várnai Péter
|
| projekt kezdete |
2016-01-01 |
| projekt vége |
2021-06-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
41.440 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
25.38 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatási tervben a G-fehérje kapcsolt receptorok (GFKR) újfajta jelátviteli mechanizmusait tervezzük vizsgálni. A plazmamembrán receptorok e csoportja nem csak az élettani hatások közvetítésében szerepel, hanem fontos terápiás célpont is. A GFKR-ok mutációi számos genetikai megbetegedés kialakulásában szerepet játszanak. A legújabb kutatási eredmények szerint egyes receptorok szerteágazó sejtválaszokat indítanak el párhuzamos jelátviteli útvonalak aktiválásával. Néhány ligand képes arra, hogy szelektíven indítson el bizonyos jelpályákat, amelyek felerősíthetnek előnyös receptor függő hatásokat, és elnyomhatnak hátrányos hatásokat. GFKR mutációk következtében betegségek alakulhatnak ki (pl. nefrogén diabetes insipidus a V2 vazopresszin receptor mutációja miatt), de a receptorok túlzott működése is kóros állapotokhoz vezethet (pl. az AT1 angiotenzin receptor kóros működése hipertóniához vezet). Tervünk, hogy olyan új ligandokat találjunk, amelyek kedvező hatásúak lehetnek ilyen patológiás állapotokban. A mutáns receptorok kóros működése javítható un. farmakológia chaperonok segítségével, amelyek segítik azok kijutását a plazmamembránba, majd a receptorok képesek lesznek az agonisták vagy jelátvitel-szelektív ligandok hatására aktiválódni. Továbbá különféle ligandok diverz receptorhatásait fogjuk vizsgálni (pl. internalizáció, szignalizáció) a jelátviteli folyamataik szelektivitásának feltérképezésével. Kutatásainkban az 1-es típusú angiotenzin receptor (AT1R), az alfa1 adrenerg receptor (α1A-AR), illetve a V1 (V1R) és a V2 vazopresszin receptor (V2R) újfajta jelátviteli mechanizmusainak, úgymint funkcionális szelektivitás és intracelluláris sors vizsgálatára fókuszálunk.
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 GFKR-ok aktivációja során párhuzamosan aktiválódó jelátviteli útvonalak szelektíven aktiválhatóak jelátvitel-szelektív agonistákkal. Ezen új ligand típusok nem csak kutatási célból értékesek, hanem ígéretes új generációs gyógyszereket eredményezhetnek, mert jelátviteli specificitásuk következtében segíthetnek káros mellékhatások megelőzésében.
Kísérleti terveinkben funkcionális méréseket fogunk elvégezni farmakológiailag fontos receptorok működésének feltérképezésére. Olyan új farmakológiai (főként nem-peptid) ligandokat tervezünk azonosítani és jellemezni, amelyek képesek helyreállítani mutáns receptorok kóros működését. A betegséget okozó V2R mutációt azonosítjuk és laboratóriumunkban beállított sejtes rendszerekben jellemezzük, majd a mutáns receptor működésének helyreállítása céljából egy ligand könyvtár tesztelését fogjuk elvégezni.
Bár az α1A-AR a vérkeringési rendszer működésében fontos szerepet játszik, a receptor downreguláció pontos folyamata alig ismert. A sejtfelszíni receptor szám pontosan szabályozott folyamat, amely a receptor internalizáció és externalizáció egyensúlyának eredménye. Az agonisták túlzott alkalmazása (pl. tartós α1A-AR ingerlés a vérnyomás megfelelő szinten tartására) a receptor degradációjához és a terápiás hatékonyság romlásához vezet. Erre megoldást adhatna olyan jelátvitel-szelektív agonisták alkalmazása, melyek deszenzitizációt nem hoznak létre.
Tanulmányozni szeretnénk a jelátvitel-szelektív agonisták hosszú távú hatását az AT1R-okra érfal simaizom- és szívizomsejteken. Az eredmények a receptor túlműködése következtében kialakuló tünetek mechanizmusait és lehetséges kezelési módjait segít megérteni.
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!
Jelen kutatási terv jelentősége abban áll, hogy új aspektusokat ismerjünk meg a GFKR-jelátviteli mechanizmusokban. Ezen folyamatok megértése során a jelátvitel-szelektív és nem hagyományos ligandok alkalmazásával eljuthatunk oda, hogy a mutáns receptorok kóros működésének korrigálásával új terápiás stratégiák felállítására tegyünk javaslatot.
Az AT1R-hoz köthető kardiovaszkuláris betegségek esetében köztudottan magas a mortalitás és morbiditás. Az AT1R blokkolók alkalmazása széles körűen elterjedt a gyógyításban, melyek azonban a kedvező szívhatásokat is gátolják. Ezért az AT1R jelátvitel-szelektív ligandjai, melyek csak G-fehérje-független utat aktiválnak, ígéretes terápiás célpontok lehetnek, de további vizsgálatok szükségesek hosszú távú hatásaik felderítésére, mint pl. a intracelluláris recetorsors (a receptor eltérő feldolgozása következtében változhat a receptorszám a sejtfelszínen, mely súlyos “rebound” hatásokat eredményezhet a terápia során) és a génexpressziós hatások feltérképezése.
Számos emberi megbetegedést GFKR mutációk okoznak. Az egyik leginkább érintett GFKR a V2R, melynek funkciónövelő mutációi kóros diurézissel járó nefrogén szindrómához vezet (nephrogenic syndrome of inappropriate diuresis, NSIAD), míg funkcióvesztő mutációi nefrogén diabetes insipidushoz (NDI) vezetnek. Munkacsoportunk már felállította a megfelelő módszereket a különféle V2R mutánsok működésének és a különböző ligandok hatásainak tesztelésére. Célunk, hogy hazai páciensek körében új receptor mutációkat azonosítsunk és potenciális agonistákat találjunk a hatékony kezelés beállításához.
Érdekes, hogy nagyon kevés tanulmány foglalkozik a vaszkuláris típusú α1A-AR downregulációs folyamataival. Hipotézisünk szerint azon jelátvitel-szelektív ligandok, melyek hosszan tartó vazokonstrikciós hatást képesek létrehozni downreguláció nélkül, fontos terápiás szerek lehetnek, ha a vérnyomást több napon át adott szinten kell tartani. Súlyos fertőzések (szeptikus sokk) gyakran társulnak erőteljes és életveszélyes vérnyomáseséssel, és ilyen súlyos patológiás állapotok kezelésében a jelátvitel-szelektív α1A-AR ligandok hatékonyak lehetnek.
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 G-fehérje kapcsolt receptorok (GFKR) fontos plazmamembrán receptorok, amelyek működési zavarai gyakran okoznak betegségeket. Kutatásai terveink szerint újfajta GFKR-függő jelátviteli mechanizmusokat, receptor mutációk hatásait és új típusú receptor ligandok hatásmechanizmusait tervezzük feltérképezni. Kutatásaink foglalkoznak az orvosi gyakorlatban szereplő, különösen fontos receptorokkal. Az 1-es típusú angiotenzin receptor kóros működése számos, magas morbiditással és mortalitással társuló kardiovaszkuláris megbetegedés kialakulásában szerepel. A V2 vazopresszin receptor mutációi súlyos betegségeket okozhatnak, mint például a kóros vizeletürítéssel járó nefrogén szindróma és nefrogén diabetes insipidus. Az α1A-típusú adrenerg receptor fontos szerepet játszik a szív- és érrendszeri szabályozó működésekben, szerepe van az érfal simaizom kontrakció kialakulásában és a vérnyomás szabályozásában. Jelen kutatási terveinkben a kóros receptor működések javításának lehetséges terápiás megoldásaira koncentrálunk. Célunk az, hogy ezen receptorok működését jobban megismerjük, amely a betegségek kezelésében jobb alternatív terápiás megoldásokat ígér az orvostudomány számára.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In this project we would like to investigate novel signaling mechanisms of G protein-coupled receptors (GPCRs). These plasma membrane receptors not only mediate physiological responses, but they are also important drug targets, and their mutations frequently cause genetic diseases. Recent studies demonstrated that a given receptor is capable to initiate wide variety of cell responses, and can initiate parallel signal transduction mechanisms. Some ligands are able to selectively initiate only certain signal transduction pathways, which could highlight beneficial receptor functions and suppress maleficent properties of the receptor. Mutations of GPCRs can lead to severe diseases, such as nephrogenic diabetes insipidus (V2 vasopressin receptor mutant), but also excessive function of a GPCR can result in symptoms, such as hypertension in case of AT1 angiotensin receptor. We would like to find new ligands, which could be beneficial in pathophysiological conditions. Mutant receptors functions can be rescued by pharmacochaperons, which stabilize the structure of misfolded mutant receptors and direct them to the plasma membrane, where they could be activated by physiological agonists or biased ligands. We will also investigate the effects of various ligands on diverse receptor functions (i.e. signaling, internalization) to analyze their signaling selectivity. We would like to focus our investigation of novel aspects of the complex signaling mechanisms of GPCRs, including functional selectivity and intracellular processing of type 1 angiotensin receptor (AT1-R), V1 vasopressin receptor (V1-R) and V2 vasopressin receptor (V2-R), and alpha-1 adrenergic receptor (α1A-AR).
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.
It is well established that the signal transduction of GPCRs is very complex because of the existence of several parallel pathways. Studies have demonstrated that various GPCR functions can be selectively activated by biased agonists. These new types of ligands are valuable not only for research, but they are also promising new generation of drugs because their signaling specificity may help to prevent side effects caused by activation of different pathways of the same receptor.
We plan to perform functional studies to investigate physiologically important receptors. We would like to identify and characterize new ligands (especially non-peptide ligands) to restore mutant receptor functions. We plan to identify new disease causing V2-R mutations, and establish a compound library screening approach to find a ligand as personalized medicine to restore functions.
In spite of physiological importance of α1A-AR in vasculature, the molecular details of downregulation of α1A-AR are poorly characterized. The cell surface receptor density is finely regulated balance between receptor internalization and externalization, but extensive use of agonists (i.e. prolonged stimulation of α1A-AR to maintain blood pressure) can lead to receptor degradation and ineffective treatment. This problem could be overcome by using biased agonists, which do not activate desensitization pathways.
We would like to further study the long term effect of biased agonists on AT1-R in physiological target cells such as vascular smooth muscle cells and cardiomyocytes, which can help to understand the pathophysiology of AT1-R and potential interventions in symptoms when this receptor over functions.
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 significance of the proposed project is the elucidation of new aspects of GPCR signaling mechanisms. The better understanding of these processes and by the help of biased and non-conventional ligands we can suggest new therapeutical intervention possibilities in receptor dysfunctions.
The AT1-R related vascular diseases have high mortality and morbidity, and the AT1 receptor-blockers are very useful medicines, although the beneficial cardiac effects of AT1-R actions are also inhibited. The AT1-R biased ligands, which stimulate only the G protein-independent signaling of AT1-R are promising new pharmaceutical tools but further studies are necessary to investigate their long-term effects such as influences on intracellular processing of AT1-R (the altered fate of receptor can potentially change the receptor density on cell surface, hence it can cause serious rebound effects) and gene expression changes.
Human diseases are frequently the consequence of GPCR mutations. One of the most affected GPCR is the V2 vasopressin receptor (V2-R) and the gain-of-function mutations of the V2R can lead to nephrogenic syndrome of inappropriate diuresis (NSIAD), whereas the loss-of-function mutations result nephrogenic diabetes insipidus (NDI). We have already established the necessary tools and assays to characterize mutant V2-Rs and the investigation of effects of various ligands. Our goal is to identify new mutations from Hungarian patients, and to find potential drug candidates for the treatment.
Interestingly, very few studies have elaborated on vascular type of alpha-1 adrenergic receptor (α1A-AR) down-regulation mechanisms. Our hypothesis is that a biased ligand which could evoke long lasting vasoconstriction effect without causing down-regulation of the receptor would be superior in treatment of symptoms where the blood pressure should be maintained for several days. Severe infection (septic shock) usually associated with profound and life-threatening decline in blood pressure and biased α1A-AR agonists would be beneficial to help in such pathophysiological conditions.
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.
The G protein-coupled receptors (GPCRs) are important plasma membrane receptors and their dysfunctions frequently cause human diseases. We plan to functionally characterize novel signaling mechanisms of some GPCRs, effects of receptor mutations, and action of mechanisms of new types of receptor ligands. Our studies would involve very important receptors in human medicine. Malfunctions of the type 1 angiotensin receptor result in vascular diseases with high morbidity and mortality. The V2 vasopressin receptor mutations can lead to severe symptoms, such as nephrogenic syndrome of inappropriate diuresis or nephrogenic diabetes insipidus. The α1A-AR is important receptor in the cardiovascular system and it is involved in smooth muscle contraction, and regulates blood pressure. In the proposed studies, we will focus on the possible therapeutical interventions in order to restore normal receptor functions. Our goal in this project is to generate more knowledge about these receptors, which could serve improved medicines or alternative approaches in treatment of several diseases.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Tóth András Dávid, Garger Dániel, Prokop Susanne, Soltész-Katona Eszter, Várnai Péter, Balla András, Turu Gábor, Hunyady László: A general method for quantifying ligand binding to unmodified receptors using Gaussia luciferase, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 296: 100366, 2021 | | Tóth AD, Prokop S, Gyombolai P, Várnai P, Balla A, Gurevich VV, Hunyady L, Turu G.: Heterologous phosphorylation-induced formation of a stability lock permits regulation of inactive receptors by β-arrestins., J Biol Chem. 293: 876-892, doi: 10.1074/jbc.M117.813139, 2018 | | András D. Tóth, Pál Gyombolai, Bence Szalai, Péter Várnai, Gábor Turu, László Hunyady: Angiotensin type 1A receptor regulates β-arrestin binding of the β2-adrenergic receptor via heterodimerization, Molecular and Cellular Endocrinology, 2016 | | Tóth AD, Turu G, Hunyady L, Balla A.: Novel mechanisms of G-protein-coupled receptors functions: AT1 angiotensin receptor acts as a signaling hub and focal point of receptor cross-talk., Best Practice & Research Clinical Endocrinology and Metabolism 32: 69-82, 2018 | | András D. Tóth, Pál Gyombolai, Bence Szalai, Péter Várnai, Gábor Turu, László Hunyady: Angiotensin type 1A receptor regulates β-arrestin binding of the β2-adrenergic receptor via heterodimerization, Molecular and Cellular Endocrinology, 2016 | | Szakadáti Gyöngyi, Balla András, Hunyady László: Az 1-es típusú angiotenzin receptor aktiváció okozta génexpressziós változások vizsgálata érfal simaizomsejtekben, Magyar Farmakológiai, Anatómus, Mikrocirkulációs és Élettani Társaságok Közös Tudományos Konferenciája, 2016 | | Erdélyi László, Balla András, Hunyady László: Functional characterization of inherited S127F substitution in V2 vasopressin receptor revealed a loss-of-function mutation leading to nephrogenic diabetes insipidus, 19th European Congress of Endocrinology Lisbon, Portugal 20 May 2017 - 23 May 2017, 2017 | | Prokop S, Perry NA, Vishnivetskiy SA, Toth AD, Inoue A, Milligan G, Iverson TM, Hunyady L, Gurevich VV: Differential manipulation of arrestin-3 binding to basal and agonist-activated G protein-coupled receptors., Cell Signal. 2017 Aug;36:98-107. doi: 10.1016/j.cellsig.2017.04.021, 2017 | | Szekeres M, Nádasy GL, Soltész-Katona E, Hunyady L.: Control of myogenic tone and agonist induced contraction of intramural coronary resistance arterioles by cannabinoid type 1 receptors and endocannabinoids, Prostaglandins Other Lipid Mediat. 2017 Oct 16. pii: S1098-8823(17)30004-7. doi: 10.1016/j.prostaglandins.2017.10.001., 2017 | | Tóth AD, Prokop S, Gyombolai P, Várnai P, Balla A, Gurevich VV, Hunyady L, Turu G.: Heterologous phosphorylation-induced formation of a stability lock permits regulation of inactive receptors by β-arrestins., J Biol Chem. 2017 Nov 16. pii: jbc.M117.813139. doi: 10.1074/jbc.M117.813139, 2017 | | Tóth AD, Turu G, Hunyady L, Balla A.: Novel mechanisms of G-protein-coupled receptors functions: AT1 angiotensin receptor acts as a signaling hub and focal point of receptor cross-talk., Clinical Endocrinology and Metabolism, 2018 | | Prokop S, Perry NA, Vishnivetskiy SA, Toth AD, Inoue A, Milligan G, Iverson TM, Hunyady L, Gurevich VV: Differential manipulation of arrestin-3 binding to basal and agonist-activated G protein-coupled receptors., Cell Signal. 2017 Aug;36:98-107. doi: 10.1016/j.cellsig.2017.04.021, 2017 | | Szekeres M, Nádasy GL, Soltész-Katona E, Hunyady L.: Control of myogenic tone and agonist induced contraction of intramural coronary resistance arterioles by cannabinoid type 1 receptors and endocannabinoids, Prostaglandins Other Lipid Mediat. 134:77-83, doi: 10.1016/j.prostaglandins.2017.10.001., 2018 | | Tóth AD, Prokop S, Gyombolai P, Várnai P, Balla A, Gurevich VV, Hunyady L, Turu G.: Heterologous phosphorylation-induced formation of a stability lock permits regulation of inactive receptors by β-arrestins., J Biol Chem. 293: 876-892, doi: 10.1074/jbc.M117.813139, 2018 | | Tóth AD, Turu G, Hunyady L, Balla A.: Novel mechanisms of G-protein-coupled receptors functions: AT1 angiotensin receptor acts as a signaling hub and focal point of receptor cross-talk., Best Practice & Research Clinical Endocrinology and Metabolism 32: 69-82, 2018 | | Gábor Turu, András Balla, László Hunyady: The Role of β-Arrestin Proteins in Organization of Signaling and Regulation of the AT1 Angiotensin Receptor, FRONTIERS IN ENDOCRINOLOGY 10 Paper: 519 , 9 p. (2019), 2019 | | András Balla, László Hunyady: Nephrogenic Diabetes Insipidus, Experientia supplementum (2012) 111 pp. 317-339. , 23 p. (2019), 2019 | | Prokop S, Perry NA, Vishnivetskiy SA, Toth AD, Inoue A, Milligan G, Iverson TM, Hunyady L, Gurevich VV: Differential manipulation of arrestin-3 binding to basal and agonist-activated G protein-coupled receptors., Cell Signal. 2017 Aug;36:98-107. doi: 10.1016/j.cellsig.2017.04.021, 2017 | | Kovács Orsolya Tünde, Soltész-Katona Eszter, Marton Nikolett, Baricza Eszter, Hunyady László, Turu Gábor, Nagy György: Impact of Medium-Sized Extracellular Vesicles on the Transduction Efficiency of Adeno-Associated Viruses in Neuronal and Primary Astrocyte Cell Cultures, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 22: (8) 4221, 2021 | | András D. Tóth, Dániel Garger, Susanne Prokop, Eszter Soltész-Katona, Péter Várnai, András Balla, Gábor Turu, László Hunyady: A general method for quantifying ligand binding to unmodified receptors using Gaussia luciferase, Journal of Biological Chemistry (accepted for publication), 2021 | | Miklós Zsuzsanna, Wafa Dina, Nádasy György L., Tóth Zsuzsanna E., Besztercei Balázs, Dörnyei Gabriella, Laska Zsófia, Benyó Zoltán, Ivanics Tamás, Hunyady László, Szekeres Mária: Angiotensin II-Induced Cardiac Effects Are Modulated by Endocannabinoid-Mediated CB1 Receptor Activation, CELLS 10: (4) 724, 2021 | | Sipos M, Péterffy B, Sziva RE, Magyar P, Hadjad L, Bányai B, Süli A, Soltész-Katona E, Gerszi D, Kiss J, Szekeres M, Nádasy GL, Horvéth EM, Vávbíró S: Vitamin D Deficiency Cause Gender Specific Alterations of Renal Arterial Function in a Rodent Model., Nutrients 13: 704 (2021), 2021 | | Szekeres M, Nádasy GL, Dörnyei G, Szénási A, Koller A: Remodeling of Wall Mechanics and the Myogenic Mechanism of Rat Intramural Coronary Arterioles in Response to a Short-Term Daily Exercise Program: Role of Endothelial Factors., Journal of Vascular Research, 2018 | | László Erdélyi, Laura Szalai, András Sziráki, András Balla, László Hunyady: Characterization and functional rescue of a nephrogenic diabetes insipidus causing S127F substitution in V2 vasopressin receptor., Endocrine Abstracts (2018) 56 GP143 | DOI: 10.1530/endoabs.56.GP143, 2018 | | Monori-Kiss A, Antal P, Szekeres M, Varbiro S, Fees A, Szekacs B, Nadasy GL: Morphological remodeling of the intramural coronary resistance artery network geometry in chronically Angiotensin II infused hypertensive female rats., Heliyon 6:e03807 (2020), 2020 | | András Balla, László Hunyady: Nephrogenic Diabetes Insipidus, Experientia supplementum (2019) 111 pp. 317-339. , 23 p., 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
