 |
PARylation as a regulator of macrophage differentiation, activation and death
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
112336 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Virág, László |
| Title in Hungarian |
A makrofág differenciáció, aktiváció és sejthalál PARilációs szabályozása |
| Title in English |
PARylation as a regulator of macrophage differentiation, activation and death |
| Keywords in Hungarian |
differenciáció, sejthalál, fehérjemódosítások, jelátvitel, fehérje-fehérje interakciók |
| Keywords in English |
differentiation, cell death, protein modification, signaling, protein-protein interactions |
| Discipline |
| General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Department of Medical Chemistry (University of Debrecen) |
| Participants |
Bakondi, Edina
Hegedűs, Csaba
Kovács, Katalin
Lakatos, Petra
Regdon, Zsolt
Szabó, Éva
Szabó, Ildikó
Valkó, Zsuzsanna
|
| Starting date |
2015-01-01 |
| Closing date |
2019-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
26.916 |
| FTE (full time equivalent) |
18.25 |
| 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 makrofágok (MFk) a veleszületett immunrendszer részeként jelentős szerepet töltenek be az első védelmi vonal
kialakításában, és járulékos sejtekként hozzájárulnak a szerzett immunitás kialakulásához is. A csontvelői őssejtek
monocitákká alakulnak, majd a keringéssel eljutnak különféle szövetekhez, ahol MF-ként működnek tovább. Különböző
bakteriális termékek és az immunsejtek vagy a MFk által termelt mediátorok (pl. citokinek) MF aktivációt válthatnak ki, mely
reaktív oxigén származékok, citokinek és különféle enzimek termelődésével jellemezhető. A MF aktivációnak ez az I.-es - a
„klasszikus” gyulladásos folyamatokra jellemző - típusa M1 MFkat eredményez, melyek sejten belül szaporodó patogének és
daganatos sejtek ellen biztosítanak védelmet. IL-4, IL-13 vagy más hatásokra egy ettől eltérő M2 fenotípus is kialakulhat,
mely a stimulus jellegétől függően további alosztályokra (M2a, M2b, M2c) osztható. A MFk programozott sejthalála alapvető
fontosságú a gyulladás „lecsengésében”. Jelen projekt célja a poli(ADP-ribozil)áció (PARiláció) szerepének vizsgálata a MFk
differenciációs, aktivációs és sejthalál útvonalainak szabályozásában. A PARiláció a PAR polimeráz (PARP) és PAR
glikohidroláz (PARG) enzimek összehangolt működése által megvalósuló, megfordítható fehérjemódosítási reakció, mely a
sejthalált és a gyulladásos mediátorok termelődését is szabályozza. E hatás pontos molekuláris mechanizmusa, valamint a
PARG szerepe viszont nem ismertek.
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 célja azoknak az ellenőrző pontoknak a feltérképezése, amelyek révén a PARiláció (a PARP-1/PARP-2 által
történő PAR szintézis, illetve PARG által történő PAR lebontás) a MF differenciációt, (dez)aktivációt/polarizációt és sejthalált
szabályozza, különös tekintettel a transzkripciót szabályozó folyamatok mechanizmusára, a MF differenciációban és
polarizációban résztvevő kölcsönható fehérjékre, és az energiametabolizmusra. A kutatási program 4 fő célkitűzés
keretében 9 kutatási kérdés megválaszolását tűzi ki célul:
1. Mi a PARiláció szerepe a MFk differenciációjának szabályozásában?
1.1. Az MF differenciáció során hogyan változik a PARP és PARG enzimek expressziója?
1.2. Mi a PARiláció szerepe a MFk differenciációjának szabályozásában?
1.3. Milyen mechanizmus szerint szabályozza a PARiláció a MF differenciációt?
2. Mi a PARiláció szerepe a MFk klasszikus/alternatív aktivációjának szabályozásában?
2.1. Hogyan változik a PARP és PARG enzimek expressziója a MFk klasszikus/alternatív módon történő aktivációja során?
2.2. Mi a PARiláció szerepe a MFk polarizációjának szabályozásában?
2.3. Milyen mechanizmus szerint szabályozza a PARiláció a MF polarizációt?
3. Mi a PARiláció szerepe a MFk sejthalál útvonalainak szabályozásában?
3.1. Milyen módon befolyásolja a PARiláció a MFk citotoxikus stimulusokkal szembeni érzékenységét?
3.2. Mi a PARiláció szerepe a piroptózis szabályozásában?
4. Mi a PARiláció szerepe in vivo a MFk (dez)aktiváció szabályozásában?
4.1. MFk szöveti eloszlása
4.2. Mi a PARiláció szerepe az M1-típusú gyulladásban?
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!
Egyes patogének a gazdaszervezetben kiváltott kórosan fokozott immunválasz eredményeként kialakuló intenzív lokális
gyulladás révén okoznak komoly szövetkárosodásokat. Mások az aktivált makrofágok (MF) által koordinált immunválasz
különböző módokon történő elkerülésével, vagy tompításával biztosítják fennmaradásukat. Ezen kívül az autoimmun
megbetegedések, iszkémia-reperfúziós és égési sérülések, trauma esetében egyaránt kimutatható steril gyulladás, melynek
kialakulásában és lefolyásában is fokozott szerepe van a MFknak. A MF differenciációt, aktivációt/dezaktivációt szabályozó
tényezők alaposabb ismeretében lehetőség nyílna a MFk „újraprogramozására”, illetve aktivitásuk szabályozására alkalmas
stratégiák kidolgozására.
Feltételezésünk szerint a poli(ADP-ribozil)áció (PARiláció) szerepe meghatározó a MFk aktuális funkcióját szabályozó
folyamatok irányításában. A PARiláció egy proteinmódosítási reakció, mely számos sejtes funkció (sejtosztódás,
transzkripció, sejthalál) szabályozásában vesz részt. Szintén szerepe van gyulladásos mediátorok (citokinek, kemokinek,
indukálható nitrogén monoxid szintáz, mátrix metalloproteinázok) szintézisének szabályozásában. Daganatos betegeken
végzett klinikai vizsgálatok eredményei alapján elmondható, hogy a PARilációs reakciók fő enzime a PARP1 ígéretes célpont
lehet különféle megbetegedések gyógyszeres kezelésében. Több preklinikai vizsgálat eredménye jelzi a PARP inhibitorok
kedvező hatásait gyulladásos és allergiás megbetegedések esetében, bár e hatás módjának részletes, sejtszintű
mechanizmusa egyelőre nem ismert.
A gyulladásos közegben működő MFkban zajló PARilációt szabályozó molekuláris mechanizmusok alaposabb ismerete
révén lehetőség nyílhat olyan gyógyszerek kifejlesztésére, melyek a MFkra irányuló hatásuk révén szisztémás vagy
szervspecifikus autoimmun megbetegedések, szepszis vagy akár égési sérülések és politrauma esetében is bevethetők.
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 gyulladás sok banális és számos életet veszélyeztető betegség velejárója. Az utóbbiak közül kiemelendőek az
autoimmune betegségek, az égés és a szepszis. A gyulladásos folyamatot irányító, abban központi szerepet játszó sejttípus
a makrofág nevű falósejt, mely nagy számú és különböző természetű anyagot termel, melyek a gyulladás kialakulásában és
fenntartásában is fontosak. A munkánk során egy olyan, a sejtmagban zajló megfordítható enzimreakció (az ún. PARiláció)
szerepét tervezzük vizsgálni a makrofágok képződésének, aktivációjának és pusztulásának folyamataiban, melyről korábbi
állatkísérletes kutatások igazolták, hogy - bár csak részben ismert mechanizmussal, de – szerepet játszanak a makrofág
termékek képződésének szabályozásában. A munka során azonosítjuk azokat a molekuláris szabályozó mechanizmusokat,
melynek révén a PARiláció vezérli a makrofágok képződését, aktivációját és sejthalálát.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Macrophages (MFs) are relatively large phagocytic cells forming the first line of defense as a component of the innate immune system and also contributing to the adaptive immune response as accessory cells. In the bone marrow stem cells develop to monocytes that enter the circulation and migrate to tissues to function as MFs. In the tissues, bacterial products and soluble mediators produced by other immune cells or by the MFs themselves induce MF activation. Activated MFs produce reactive oxygen species, cytokines and various enzymes contributing to inflammation. This type of MF activation (M1) is characteristic for “classical” inflammatory processes, killing of intracellular pathogens and tumor cells, collectively termed as type I responses. However, different stimuli such as IL-4 and IL-13 trigger alternative MF activation resulting in type II phenotype (M2). Depending on the stimulus, M2 phenotype can be further devided into subcategories (M2a, M2b, M2c) displaying characteristically distinct phenotypes and functions. Moreover, programmed death of macrophages is important for the resolution of inflammations. The goal of this project is to investigate the role of poly(ADP-ribosyl)ation (PARylation) in the differentiation, activation and death of MFs. PARylation is an NAD-dependent reversible protein modification carried out by the concerted action of PAR polymerase (PARP) and PAR glycohydrolase (PARG) enzymes. Inhibition of PAR synthesis proved the central role of PARylation in cell death regulation and in transcriptional control of inflammatory mediators. The fine molecular details of this regulation as well as the role of PARG, however, are not well understood.
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 overall aim of the project is to map the checkpoints at which PARylation (PAR synthesis by PARP-1/PARP-2 and PAR
degradation by PARG) controls MF differentiation, (de)activation/polarization and death focusing on transcriptional regulatory
mechanisms and interacting protein partners (during MF differentiation and polarization) and caspases, energy metabolism
and SIRT enzymes (during MF death). The research program is broken down into 4 specific aims addressing 9 questions:
1 What is the role of PARylation in the regulation of MF differentiation?
1.1. What is the expression and activation profile of PARP enzymes and PARG in MFdifferentiation?
1.2. What is the role of PARylation in the regulation MF differentiation?
1.3. What is the mechanism by which PARylation regulates MF differentiation?
2 What is the role of PARylation in the regulation of classical/alternative MF activation?
2.1. What is the expression and activation profile of PARP/PARG in the classical/alternative MF activation pathways?
2.2. What is the role of PARylation in the regulation of MF polarization?
2.3. What is the mechanism by which PARylation regulates MFpolarization?
3. What is the role of PARylation in MF cell deaths?
3.1. What is the role of PARylation in differential sensitivity of different MF subsets to cytotoxic stimuli
3.2. What is the role of PARylation in the regulation of pyroptosis
4 What is the in vivo role of PARylation in MFs activation/polarization?
4.1. MF niches in the absence of PARP1
4.2. What is the role of PARylation in the regulation of M1-dominated inflammation?
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.
Some pathogens capitalize on the destructive consequences of an over-exuberant inflammatory response on the host. Other
pathogens persist by avoiding or attenuating the inflammatory response that is orchestrated by macrophages (MF .
Moreover, autoimmune diseases, ischemia-reperfusion injury, burns and trauma are also characterized by a sterile
inflammation the initiation and persistence of which largely depends on MFs. A better understanding of factors modulating
MF differentiation, activation/deactivation may enable the development of strategies to reprogram MFs or up/downregulate
their activation.
We propose that poly(ADP-ribosyl)ation (PARylation) is an important component of the regulatory circuitries deciding about
the fate of macrophages. PARylation is a protein modification reaction that has been implicated in the regulation of many
cellular functions ranging from replication, transcription and cell death. It has also been shown to regulate the expression of a
number of inflammatory mediators such as cytokine, chemokines, inducible nitric oxide synthase and matrix
metalloproteinases. The main poly(ADP-ribose) synthesizing enzyme (PARP1) is a verified druggable target protein as
proven by successful clinical trials performed on cancer patients. Based on a plethora of preclinical data, PARP inhibitors
possess powerful anti-inflammatory and antiallergic effect although the cellular targets have not yet been identified.
Via enhancing our knowledge on the molecular mechanisms underlying the proinflammatory role of PARylation in
macrophages, our project may provide rationale for future drug development programs targeting macrophages in systemic or
organ specific autoimmune diseases, sepsis and even in severe burns or polytrauma.
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.
Both simple and life threatening diseases such as autoimmune diseases, burn and sepsis often display signs of inflammation. Macrophages are phagocytic cells which play a central role in the development and maintenance of inflammatory reactions. They orchestrate inflammation by secreting a number of different products mediating the inflammatory response. In our project we plan to investigate the role of a reversible protein modifying enzyme reaction (known as PARylation) in the development, activation and cell death of macrophages. A series of preclinical studies using animal experiments have implicated PARylation in the regulation of inflammation and macrophage functions. However, the exact molecular mechanisms by which PARylation controls macrophage functions in inflammation are unknown and need therefore to be investigated in order to pave the way for future drug development programs.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Virág, L., Jaén, R., Regdon, Z., Boscá, L., Prieto, P: Self-defense of macrophages against oxidative injury: fighting for their own survival., Redox Biol. 26 1-9, 2019 | | Robinson, N., Ganesan, R., Hegedűs, C., Kovács, K., Kufer, T., Virág, L: Programmed necrotic cell death of macrophages: Focus on pyroptosis, necroptosis, and parthanatos., Redox Biol. 26 1-8, 2019 | | Bakondi, E., Singh, S., Hajnády, Z., Nagy-Pénzes, M., Regdon, Z., Kovács, K., Hegedűs, C., Madácsy, T., Maléth, J., Hegyi, P., Demény, M., Nagy, T., Kéki, S., Szabó, É., Virág, L: Spilanthol Inhibits Inflammatory Transcription Factors and iNOS Expression in Macrophages and Exerts Anti-inflammatory Effects in Dermatitis and Pancreatitis, Int. J. Mol. Sci. 20 (17), 1-18, 2019 | | Hegedűs, C., Robaszkiewicz, A., Lakatos, P., Szabó, É., Virág, L.: Poly(ADP-ribose) in the bone: from oxidative stress signal to structural element, Free Radical Biology and Medicine 82, 179-186, 2015 | | Gergely, S., Hegedűs, Cs., Lakatos, P., Kovács, K., Gáspár, R., Csont, T., Virág, L: High throughput screening identifies a novel compound protecting cardiomyocytes from doxorubicin-induced damage, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 1-12, 2015 | | Lakatos, P., Hegedűs, Cs., Ayestarán, N.S., Juarranz, Á., Kövér, E.K., Szabó, É., Virág, L.: The PARP inhibitor PJ-34 sensitizes cells to UVA-induced phototoxicity by a PARP independent mechanism, Mutation Research – Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis 790, 31-40, 2016 | | Géhl, Zs., Bakondi, E., Resch, M.D., Hegedűs, Cs., Kovács, K., Lakatos, P., Szabó, A., Nagy, Z., Virág, L: Diabetes-induced oxidative stress in the vitreous humor, Redox Biology 9, 100-103, 2016 | | Brunyánszki, A., Szczesny, B., Virág, L., Szabó, C.: Mitochondrial poly(ADP-ribose) polymerase: the Wizard of Oz at work, Free Radical Biology and Medicine 100, 257-270, 2016 | | Dedinszki, D, Sipos, A., Kiss, A., Bátori, R., Kónya,Z., Virág, L., Erdődi, F., Lontay, B: Protein phosphatase-1 is involved in the maintenance of normal homeostasis and in UVA irradiation-induced pathological alterations in HaCaT cells and in mouse skin, Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease 1852, 22-33, 2015 | | Kiss, B., Szántó, M., Szklenár, M., Brunyánszki, A., Marosvölgyi, T., Sárosi, E., Remenyik, É., Gergely, P., Virág, L,. Decsi, T., Rühl, R., Bai, P: Poly(ADP) ribose polymerase-1 ablation alters eicosanoid and docosanoid signaling and metabolism in a murine model of contact hypersensitivity, Molecular Medicine Reports, 2015 | | Virág L: A védőenzim is árthat – A sokarcú sejthalál és a PARP1 karrierje, Élet és Tudomány 25, 777-779, 2016 | | Rodriguez-Vargas, J.M., Rodriguez, M.I., Majuelos-Melguizo, J., Garcia-Diaz, A., Gonzalez-Flores, A., Lopez-Rivas, A., Virág, L., Illuzzi, G., Schreiber, V., Dantzer, F., Oliver, F.J.: Autophagy requires poly(adp-ribosyl)ation-dependent AMPK nuclear export, Cell Death and Differentiation, 1-12, 2016 | | Csóka B, Törő G, Vindeirinho J, Varga ZV, Koscsó B, Németh ZH, Kókai E, Antonioli L, Suleiman M, Marchetti P, Cseri K, Deák Á, Virág L, Pacher P, Bai P, Haskó G.: A(2A) adenosine receptors control pancreatic dysfunction in high-fat-diet-induced obesity., FASEB J. 31(11):4985-4997. doi: 10.1096/fj.201700398R., 2017 | | Robaszkiewicz A, Wiśnik E, Regdon Z, Chmielewska K, Virág L.: PARP1 facilitates EP300 recruitment to the promoters of the subset of RBL2-dependent genes., Biochim Biophys Acta GRM pii: S1874-9399(17)30290-0. doi: 10.1016/j.bbagrm.2017.12.001., 2018 | | Tempka D, Tokarz P, Chmielewska K, Kluska M, Pietrzak J, Rygielska Ż, Virág L, Robaszkiewicz A.: Downregulation of PARP1 transcription by CDK4/6 inhibitors sensitizes human lung cancer cells to anticancer drug-induced death by impairing OGG1-dependent base excision, Redox Biology 15:316-326. doi: 10.1016/j.redox.2017.12.017., 2018 | | Robaszkiewicz A, Wiśnik E, Regdon Z, Chmielewska K, Virág L.: PARP1 facilitates EP300 recruitment to the promoters of the subset of RBL2-dependent genes., Biochim Biophys Acta GRM pii: S1874-9399(17)30290-0. doi: 10.1016/j.bbagrm.2017.12.001., 2018 | | Tempka D, Tokarz P, Chmielewska K, Kluska M, Pietrzak J, Rygielska Ż, Virág L, Robaszkiewicz A.: Downregulation of PARP1 transcription by CDK4/6 inhibitors sensitizes human lung cancer cells to anticancer drug-induced death by impairing OGG1-dependent base excision, Redox Biology 15:316-326. doi: 10.1016/j.redox.2017.12.017., 2018 | | Hegedűs, Cs., Kovács, K., Polgár, Zs., Regdon, Zs., Szabó, É., Robaszkiewicz, A., Forman, H.J., Martner, A., Virág, L.: Redox control of cancer cell destruction, Redox Biology 16, 59-74, 2018 | | Hrubi, E., Imre, L., Robaszkiewicz, A., Virág, L., Kerényi, F., Nagy, K., Varga, G., Jenei, A., Hegedűcs, Cs: Diverse effect of BMP-2 homodimer on mesenchymal progenitors of different origin, Human Cell 31, 139-148, 2018 | | Pietrzak, J., Spickett, C.M., Ploszaj, T., Virág, L., Robaszkiewicz, A.: PARP1 promoter links cell cycle progression with adaption to oxidative environment, Redox Biology 18, 1-5, 2018 | | Hegedűs Cs., Kovács K., Lakatos P., Virág L.:: A poli(ADP-ribóz) polimerázok (PARP): fókuszban a PARP-1, Ezerarcú fehérjék (szerk.: Buday L., Nyitrai L., Perczel A.), Semmelweis Kiadó, ISBN: 9789633314586, 775-786, 2018 | | Bodnár, E., Bakondi, E., Kovács, K., Hegedűs, Cs., Lakatos, P., Robaszkiewicz, A., Regdon, Zs., Virág, L., Szabó, É.: Redox profiling reveals clear differences between molecular patterns of wound fluids from acute and chronic wounds, Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2018, Article ID 5286785, 2018 | | Regdon, Zs., Robaszkiewicz, A., Kovács, K., Rygielska, Z., Hegedűs, Cs., Bodoor, K., Szabó, É., Virág, L.: LPS protects macrophages from AIF-independent parthanatos by downregulation of PARP1 expression, induction of SOD2 expression, and a metabolic shift to aerobic glycolysis, Free Radical Biology and Medicine 131, 184-196, 2019 | | Tokarz, P., Ploszaj, T., Regdon, Zs., Virág, L., Robaszkiewicz, A.: PARP1-LSD1 functional interplay controls transcription of SOD2 that protects human pro-inflammatory macrophages from death under an oxidative condition, Free Radical Biology and Medicine 131, 218-224, 2019 | | Kovács, P., Csonka, T., Kovács, T., Sári, Z., Ujlaki, G., Sipos, A., Karányi, Z., Szeőcs, D., Hegedűs, C., Uray, K., Jankó, L., Kiss, M., Kiss, B., Laoui, D., Virág, L., Méhes, G., Bai, P., Mikó, E.: Lithocholic acid, a metabolite of the microbiome, increases oxidative stress in breast cancer., Cancers (Basel). 11 1-31, 2019 | | Kiss, B., Szántó, M., Hegedűs, C., Antal, D., Szödényi, A., Márton, J., Méhes, G., Virág, L., Szegedi, A., Bai, P.: Poly(ADP-ribose) polymerase-1 depletion enhances the severity of inflammation in an imiquimod-induced model of psoriasis., Exp. Dermatol 29(1):79-85, 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
