 |
In Vivo Preclinical Studies supporting a Clinical Trial of Allele-Specific Conformational Therapy In Pseudoxanthoma Elasticum
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
121285 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Dedinszki, Dóra |
| Title in Hungarian |
In vivo megalapozó kísérletek, amelyek támogatják a klinikai kipróbálását egy allél-specifikus konformációs változásokon alapuló terápiás kezelésnek Pseudoxanthoma Elasticumban szenvedő betegekben |
| Title in English |
In Vivo Preclinical Studies supporting a Clinical Trial of Allele-Specific Conformational Therapy In Pseudoxanthoma Elasticum |
| Keywords in Hungarian |
ABCC6 PXE 4-PBA |
| Keywords in English |
ABCC6 PXE 4-PBA |
| Discipline |
| Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Molecular markers and recognition | | Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Váradi, András
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2020-07-31 |
| Funding (in million HUF) |
10.058 |
| FTE (full time equivalent) |
1.46 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Számos mechanizmus jár pirofoszfát (PPi) felszabadulással, ami az ektopikus kalcifikáció egyik inhibitora. Az ABCC6 fehérjének jelentős szerepe van a PPi képzésében, mivel részt vesz az ATP felszabadításban, amely enzimatikus úton AMP-vé és PPi-á hasítódik. Az ABCC6 inaktiválódásához vezető mutációk a vérkeringésben lévő, kalcifikációt gátló PPi koncentrációjának csökkenését eredményezik, ami az örökletes megbetegedésben, Pseudoxanthoma elasticumban (PXE) ektopikus kalcifikáció kialakulásához vezet. Számos klinikailag releváns missense mutáció nem érinti az ABCC6 fehérje transzport funkcióját, de misfolding, mistrafficing és endoplazmatikus retikulumban való megrekedést okoz. Hibás lokalizációt mutató mutánsok „kisegíthetőek” a plazmamembránba az FDA által elfogadott molekula, a 4-phenylbutyrate (4-PBA) segítségével. A PXE betegek ~ 75%-ának legalább az egyik allélján missense mutáció található, így az intracellulárisan megrekedt ABCC6 fehérjék farmakológiai „javítása” számottevő lehet. Célunk olyan ABCC6 mutánsokat azonosítása, amelyek: 1) intracelluláris lokalizációt mutatnak; 2) 4-PBA alkalmazásával a plazmamembránba irányíthatóak; 3) megmarad a lágyszöveti meszesedést csökkentő tulajdonságuk 4-PBA kezelést követően. Olyan in vivo kísérleti rendszert dolgoztunk ki, amellyel vizsgálható, hogy a 4-PBA alkalmas-e a hibás lokalizációjú ABCC6 mutánsokat a plazmamembránba irányítani. Magyarországon nincs megfelelő méretű genotipizált PXE kohort ilyen klinikai vizsgálathoz, így eredményeink alapján az allél-specifikus, konformációs változásokon alapuló klinikai gyógyszerkipróbálásra Franciaországban (Dept. Dermatology, Med. Univ. Angers, Centre de consultation PXE) kerül sor.
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 pseudoxanthoma elasticum (PXE) egy meszesedéssel járó örökletes betegség, ami változatos megjelenésű. A tünetek a kötőszövetekben megjelenő kalcium lerakódások következményei. Az ABCC6 fehérje génjét érintő mutáció a felelős a PXE betegség kialakulásáért. A több mint 300 betegséget okozó mutáció az ABCC6 fehérjében „missense” jellegűek, és a plazmamembránba való kijutásért felelős szekvenciákon találhatóak. A legtöbb ABCC6 „missense” mutáció nem befolyásolja a fehérje transzport aktivitását, azonban a fehérjék hibás feltekeredéséhez (misfolding), hibás lokalizációjához (trafficking) és az ER-ben való megrekedéséhez vezet. Az ABCC6 fehérje a kalcifikációt gátló pirofoszfát (PPi) képződésének egyik központi eleme, mivel az ABCC6-nak szerepe van az ATP felszabadulásában, ami pirofoszfáttá és AMP-vé hasítódik. A vérben keringő PPi alacsony koncentrációjának megemelése elősegíthetné a PXE betegség progressziójának csökkenését. Azonban figyelembe kell vennünk, hogy a PPi féléletideje (t1/2) a vérkeringésben igen alacsony, így a PPi mennyiségének növelése a véráramban nem lenne célravezető. Másik terápiás lehetőség az FDA által jóváhagyott kémiai dajkamolekula (chaperon)-szerű 4-fenilbutirát (4-PBA) alkalmazása. Publikált közlemények leírták, hogy progresszív familiar intrahepatic cholestasis type 2 (PFIC2) betegségben szenvedőkben a 4-PBA-val történő kezelés megnövelte a mutáns ABCB11 fehérjének a hepatocita sejtek kanikuláris membránjába történő lokalizációját, ami emelkedett májfunkció kialakulásához vezetett. Hasonló koncepció alapján szeretnénk alkalmazni a 4-PBA-t, mivel PXE betegekben a „missense” mutációk az ABCC6 fehérje transzport funkcióját nem befolyásolja.
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 pseudoxanthoma elasticum (PXE) egy progresszív örökletes betegség, amit az ABCC6 fehérje génjében kialakuló mutációk okoznak, és a kötőszövetekben történő kalcium lerakódások jellemzik. Az ismert, hogy a pirofoszfát (PPi) a kötőszöveti meszesedés inhibitora. A PPi keletkezését a hepatocitákból történő, az ABCC6 általi ATP felszabadulás befolyásolja, mivel extracellulárisan az ATP enzimatikus hasítás révén PPi-vé és AMP-vé alakul. A PXE betegekben alacsony a vér PPi koncentrációja, így a nem-hidrolizálható PPi analógok közé tartozó biszfoszfonátok alkalmazása a betegség progressziójának megakadályozására kézenfekvő lenne. Hatásuk a PXE betegségben nem tisztázott, hiszen esetleg a súlyos mellékhatások elnyomnák az ektopikus kalcifikáció gátlásának előnyeit. A közelmúltban megjelent három tanulmány, amely leírja, hogy progresszív familiar intrahepatic cholestasis type 2 (PFIC2) megbetegedésben szenvedő betegek májfunkciója megemelkedett az FDA által jóváhagyott kémiai dajka (chaperon) molekulaként működő 4-fenilbutirát (4-PBA) kezelést követően. A PFIC2 betegekben a transzporter fehérje (ABCB11) endoplazmatikus retikulumban való megrekedéséért „missense” mutációk a felelősek. A 4-PBA kezelés elősegítette az ABCB11 mutáns fehérjék kijutását a hepatociták kanikuláris membránjába, ami megnövekedett májfunkciót eredményezett. Hasonló elv valósítható meg PXE betegekben, mivel a betegséget okozó 300-at meghaladó ABCC6 mutáció legtöbbje „missense”, és a plazmamebránba való kijutás szempontjából meghatározó szekvenciákat érintik. Munkacsoportunk korábban már kimutatta, hogy in vivo, egerek májában számos mutáns esetében a plazmamembránba való kijutás elősegíthető 4-PBA kezeléssel. Az ABCC6 mutáns fehérjék lokalizációjának korrekciója egy kiváló lehetőség a betegség progressziójának megakadályozásában PXE betegekben is. Munkánk során olyan ABCC6 mutánsok vizsgálatával foglalkozunk, amelyek az Angersban (Franciaország) és Gentben (Belgium) megtalálható PXE központokban regisztrált betegekben előfordul (Magyarországon nem áll rendelkezésre megfelelő méretű genotipizált PXE kohort). Munkám alapjául szolgál olyan PXE betegek kiválasztásának, akik bevonhatóak a 4-PBA klinikai kipróbálásába.
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 puha szövetekben észlelet meszesedés folyamatok háttérében sokféle környezeti ártalom (pl. dohányzás) illetve komplex patológiás állapot (pl. krónikus vesebetegség), a természetes öregedés és számos genetikai betegség állhat. A puha szövetek patológiás meszesedésének egyik genetikai modellje a pseudoxanthoma elasticum (PXE). A PXE igen progresszív, amit a lágy kötőszövetekben történő kalcium lerakódások jellemeznek. A betegség lefolyása nem megjósolható és befolyásolja az életminőséget: sárgás foltok jelennek meg a bőrön, kialakulhat központi látásvesztés és szív- és érrendszeri problémák jelentkezhetnek. PXE betegség az ABCC6 génben kialakuló mutációk következménye, ami az ABCC6 fehérje hiányát vagy működészavarát okozza. A hibás ABCC6 fehérje nem képes adott molekulák szállítására, így közvetett módon nem járul hozzá a pirofoszfát (PPi) felszabadulásához, ami a meszesedési folyamatokat gátolná. Ígéretes terápiának tűnik egy, az FDA (Amerikai Élelmiszer-, és Gyógyszer Ellenőrző Hatóság) által jóváhagyott 4-fenilbutirát (4-PBA), amit már használnak más, örökletes anyagcsere-betegség kezelésére. Ha az ABCC6 fehérjét érintő mutáció a fehérje lokalizációját változtatja meg, de nem érinti a transzport funkcióját, akkor a 4-PBA kezelés elősegíti a fehérje megfelelő helyzetbe juttatását, így közvetett módon a meszesedést gátló PPi mennyiségének emelkedéséhez vezet. Munkánk során egerekbe a mutáns emberi ABCC6 fehérje DNS-ét bejuttatva vizsgálni tudjuk, hogy a 4-PBA kezelés elősegíti-e a mutáns ABCC6 fehérje megfelelő helyre történő irányítását, és a meszesedés gátlását. Az egereken történő vizsgálataink alapjául szolgálnak egy klinikai tesztelésnek Franciaországban.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Several mechanisms are involved in the generation of pyrophosphate (PPi), an inhibitor of ectopic calcification. The plasmamembrane transporter, ABCC6 has a crucial role in the above process, since it is involved in the release of ATP from hepatocytes, which is enzymatically converted into AMP and PPi. Inactivating mutations in ABCC6 result in low circulating levels of the calcification inhibitor PPi and, consequently, ectopic calcification in the hereditary calcification disorder, Pseudoxanthoma elasticum (PXE). PXE is characterized by progressive calcification affecting soft tissues. There is no effective therapy for PXE. Several clinically relevant missense mutations do not affect the transport activity of ABCC6, but result in misfolding, mistrafficking and retention of the protein in the ER. This type of ABCC6 mutants can be redirected to the plasma membrane by the FDA-approved drug, 4-phenylbutyrate (4-PBA) acts as a chemical chaperone. As ~ 75% of the PXE patients have at least one missense allele, so the therapeutic potential of pharmacological correction of retained ABCC6 is considerable. Our aim is to identify those full-length ABCC6 mutants that 1) are retained intracellularly; 2) can be redirected to the plasma membrane using 4-PBA; and 3) have retained their capacity to attenuate soft tissue calcification after 4-PBA treatment. We have set up an in vivo assay to determine which ABCC6 mutants are amendable for correction by 4-PBA. Based on my work a clinical trial of allele-specific conformational PXE-therapy will start in France (Dept. Dermatology, Med. Univ. Angers, Centre de consultation PXE) in 2017, since there is no well-known PXE cohort in Hungary.
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.
Pseudoxanthoma elasticum (PXE), a heritable ectopic mineralization disorder, represents a phenotypically diverse conditions characterized by calcium depositions in connective tissues. A defect in the ABCC6 (ATP-binding cassette sub-family C member 6) gene is responsible for PXE. Most of the over 300 known disease-causing mutations in ABCC6 are missense and found in areas critical for plasma membrane targeting. Most of the ABCC6 missense mutations do not affect the transport activity of the protein, but instead result in misfolding, mistrafficking and retention of the protein in the endoplasmic reticulum. ABCC6 has been identified as a crucial factor in the generation of the calcification inhibitor PPi, since ABCC6 mediates the release of ATP, which is converted to PPi and AMP. Correction of low levels of circulating PPi seems an attractive approach to decrease the disease progression in PXE patients. But we have to take into consideration, that the half-life (t½) in the circulation is short that makes PPi an unattractive candidate for supplementation in humans. Another prospect could be the usage of FDA-approved drugs, like 4-phenylbutyrate (4-PBA) with chemical chaperone activity. Published reports described, that 4-PBA treatment enhanced trafficking of ABCB11 mutants in patients suffering from progressive familiar intrahepatic cholestasis type 2 (PFIC2) to the canalicular membrane of the hepatocytes and improved liver function. I will apply a similar concept in using 4-PBA, since in PXE patients most of the missesnse mutations do not harm transport function of ABCC6. My work supports a clinical trial of 4-PBA use in PXE starting in 2017 in France.
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.
Pseudoxanthoma elasticum (PXE) is a progressive inherited disorder caused by mutations in the ABCC6 (ATP-binding cassette sub-family C member 6) transporter gene and characterized by the accumulation of calcium deposition in connective tissues. It is known that PPi can act as a potent inhibitor of connective tissue calcification. The source of systemic PPi is the ABCC6-mediated ATP release from hepatocytes, since outside of the cells ATP is converted enzimatically to PPi and AMP. PXE patients suffer from highly reduced levels of PPi in their blood. Bisphosphonates, a class of non-hydrolysable PPi analogues seem to be an attractive approach to halt disease progression in PXE patients. Their efficacy in PXE is unclear as the disease needs life-long treatment, it is unclear whether the ectopic calcification inhibitory potency of bisphosphonates outweighs their occasionally serious side effects. On the other hand, three recent reports describe that the liver function of patients suffering from progressive familiar intrahepatic cholestasis type 2 (PFIC2) was improved by FDA-approved chemical chaperone 4-phenylbutyrate (4-PBA) treatment. In all patients missense mutations resulted in retention of the transporter (ABCB11) in the endoplasmic reticulum. 4-PBA treatment enhanced trafficking of these ABCB11 mutants to the canalicular membrane of the hepatocytes and improved liver function. Similar strategy could be implemented in PXE patients, since most of the over 300 known disease-causing mutations in ABCC6 are missense and found in areas critical for plasma membrane targeting. Our group has previously shown that several ABCC6 missense mutants can be redirected to the plasma membrane by the 4-PBA in vivo in the liver of living mice. Correction of mistrafficking ABCC6 mutants seems an attractive approach to halt disease progression in PXE patients. We will focus our efforts on the ABCC6 missense mutations found in the patients seen at the multidisciplinary PXE centres in Angers (France) and Ghent (Belgium), since there is no well-known PXE cohort in Hungary. My work will provide the preclinical basis of selection of PXE patients that can be enrolled in a clinical trial.
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.
Arteriosclerosis (soft tissue calcification) is usually caused by diverse environmental risks (eg. smoking), complex pathological states (eg. cronic renal failure), naturally occurring aging and many genetical disorders. A very important pathological model of soft tissue calcification is pseudoxanthoma elsaticum (PXE). PXE is a progressive disorder that is characterized by the accumulation of calcium depositions in soft connective tissues. The progression of PXE is unpredictable and severely affects the quality of life: unaesthetic skin folds, possible central blindness and most importantly cardiovascular problems. PXE patients have mutations in the ABCC6 gene, which lead to an absent or nonfunctional ABCC6 protein. Mutated ABCC6 cannot take part in pyrophosphate (PPi) release, which can prevent the pathological depositions of calcium. There is no cure for PXE but a promising way of treatment might be the usage of a FDA (Food and Drug Administration)-approved molecule (4-phenylbutyrate (4-PBA)), that is applied in the clinics to cure a urea cycle genetic disorder. If the mutation of ABCC6 changes the localization of the protein but not the transport function then 4-PBA can redirect the mutant proteins to their appropriate place and indirectly increasing the level of calcification inhibitor PPi in the blood. We have the animal model of PXE with similar symptoms than PXE patients. We can introduce the mutated form of the human ABCC6 protein into these mice and we can treat them with 4-PBA and examine the possible correction in the localization of the mutated ABCC6. Based on our results with mice, a human clinical trial will start soon in France.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
