 |
Runx3 instructed dendritic cell development
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124890 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Szatmári, István |
| Title in Hungarian |
Runx3 által szabályozott dendritikus sejt fejlődés |
| Title in English |
Runx3 instructed dendritic cell development |
| Keywords in Hungarian |
embrionális őssejtek, dendritikus sejtek, génexpresszió, differenciáció, Runx3 |
| Keywords in English |
embryonic stem cells, dendritic cells, gene expression, directed differentiation, Runx3 |
| Discipline |
| Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Immunology (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % | | Ortelius classification: Immunology | | Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Department of Biochemistry and Molecular Biology (University of Debrecen) |
| Participants |
Botó, Pál
Csuth, Tamás Imre
Lengyel, Adél
Takács, Erika
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2022-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
37.820 |
| FTE (full time equivalent) |
9.04 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Dendritikus sejteket (DS-eket) már napjainkban is alkalmaznak sejtterápiás célból az immunválasz felerősítése miatt, ugyanakkor a felhasználást nagyban segítheti ezen sejtek fejlődésének precízebb modulálása. Jelen pályázat keretében célunk feltérképezni a Runx3 transzkripciós faktor szerepét az embrionális őssejt eredetű DS-ek (ES-DS) ex vivo differenciálása során. Korábbi vizsgálataink feltárták, hogy a Runx3 bekapcsolása fokozza az egér embrionális őssejt eredetű DS-ek migrációs és T sejt aktiváló képességét. A jelen projekt célja a Runx3 által kiváltott genomikai változások feltérképezése egér embrionális őssejt eredetű DS-ekben. Ennek részeként RNA-seq és ChIP-seq vizsgálatokkal szeretnénk azonosítani a Runx3 által szabályozott genomi elemeket és célgéneket melyek részt vesznek a sejtek immunogenitásának fokozásában. További célunk betekintést nyerni a Runx3 általi sejtprogramozás genetikai összefüggéseibe, ezért gén hiányos ES-DS-ben kívánjuk vizsgálni a Runx3 indukció hatását. Végezetül, humán indukált pluripotens (iPS) őssejtekből származó DS prekurzorokban is tesztelni fogjuk a RUNX3 indukció hatását. Reményeink szerint kutatásaink elmélyítik ismereteinket a DS differenciálódás transzkripciós szabályozásáról, továbbá megteremtik az alapot a pluripotens őssejt eredetű DS-ek pre-klinikai alkalmazásához.
Célkitűzések:
1. Runx3 transzkripciós faktor globális génexpressziós mintázatának és genomszintű kötőhelyeinek identifikálása ES sejt eredetű DS-ekben és prekurzoraiban.
2. A Runx3 által irányított ES-DS differenciáció genetikai kölcsönhatásainak feltárása.
3. A RUNX3 hatásának tanulmányozása humán iPS sejtekből létrehozott dendritikus sejtekben.
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.
Az embrionális őssejtekből (ES sejtekből) történő sejtdifferenciálás még napjainkban is komoly kihívást jelent, mivel az ES eredetű sejtekben rendszerint embrionális fejlődési programok aktiválódnak, s a funkcionális tulajdonságok tekintetében az ilyen sejtek nem mindig egyenértékűek a felnőtt sejtekkel. Vizsgálataink szerint hasonló jelenség figyelhető meg ES sejtekből differenciáltatott dendritikus sejtekben (ES-DS) is, mivel az ilyen immunsejtek kevésbé tekinthetők érettnek és csökkent T sejt aktiváló képességgel rendelkeznek. Korábbi vizsgálataink ugyanakkor feltárták, hogy a Runx3 transzkripciós faktor indukálás hatására fokozódik az ES-DS-ek migrációs és T sejt aktiváló képessége (immunogenitása). Ugyanakkor nem ismert, hogy a Runx3 milyen mechanizmusok révén fejti ki a hatását az ES-DS-ekre. Hipotézisünk szerint a Runx3 indukálása olyan géneket, illetve jelpályákat módosít, ami lehetővé teszi ES-DS-ek immunogenitásának fokozódását. Ahhoz, hogy ezt alátámasszuk, különféle genomikai vizsgálatokat kívánunk végezni, továbbá génhiányos sejtekben is tesztelni fogjuk a Runx3 indukció hatását. Reményeink szerint ezek a kísérletek elvezetnek a Runx3 immunszabályozó mechanizmusainak pontosabb megértéséhez; továbbá új Runx3 szabályozott célgének és jelpályák azonosításhoz vezetnek, melyek modulálásával befolyásolható az ES-DS-ek immunológiai tulajdonságai.
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!
Kutatásunk fő célja a Runx3 transzkripciós faktornak a génexpresszióra kifejtett hatásának feltárása egér embrionális őssejt eredetű, dendritikus sejtekben (ES-DS-ekben). A Runx3-nak az immunsejtek működésében betöltött szerepét több munkacsoport is vizsgálta, viszont a miénk az egyetlen, mely ES sejt eredetű immunsejtekben tanulmányozza ezt a faktort. Ehhez Runx3 indukálható sejteket hoztunk létre, melyek lehetővé teszik, hogy tetszőleges időpontban kapcsoljuk be vagy ki ezt a transzgént. További előnye ennek a rendszernek, hogy az embrionális őssejtekből szinte korlátlan számú sejt differenciáltatható, ami azért fontos, mivel a ChIP-seq protokollhoz több millió sejtre lesz szükség. Továbbá, ezen vizsgálatokhoz biotinnal jelölt Runx3-at használunk, ami a detektálás nagyfokú érzékenysége miatt lehetővé teszi a kis affinitású Runx3 kötőhelyek azonosítását is.
Az elmúlt években az indukált pluripotens őssejtek (iPS sejtek) létrehozása miatt a transzkripciós faktorokkal történő programozás a kutatások homlokterébe került. Az iPS átprogramozás mellett ma már számtalan példa van olyan sejtprogramozásra is, ahol transzkripciós faktorokkal egymásba alakítanak sejteket. Az általunk vizsgálni kívánt, Runx3 mediált sejtprogramozás ezt az adathalmazt jól kiegészítené, s további információt szolgáltathat a transzkripciós faktorok által irányított sejtátalakítás természetéről.
Fontos kihangsúlyozni, hogy DS-eket már napjainkban is alkalmaznak a klinikumban a tumor ellenes immunválasz felerősítése céljából. Humán sejtterápiára leggyakrabban monocita eredetű DS-ket használnak ilyen célból, mérsékelt sikerrel. Ugyanakkor az utóbbi években egyre több próbálkozás látott napvilágot DS-ek előállítására más forrásból. Ilyen ígéretes sejtforrásnak tekinthetők az általunk is használni kívánt pluripotens ES/iPS sejtek, melyek könnyen bankolhatók és szinte korlátlan mennyiségben felnöveszthetők. Reményeink szerint kutatásaink, hozzájárulnak a pluripotens őssejt alapú DS-ek hatékony előállításához, s ez megteremti az alapot jövőbeli klinikai alkalmazásukhoz is.
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 egyedfejlődés során embrionális őssejtekből képződik a fejlődő szervezet egésze, tehát közvetlenül vagy közvetve, de ezekből a sejtekből jön létre az összes szervünk és sejtünk. Mindezek miatt az embrionális őssejtek tanulmányozása a helyreállító gyógyítás (regeneratív medicina) központi kérdésévé vált, hiszen belőlük szinte bármilyen testi sejt vagy szövet kialakulhat. Mesterséges körülmények között viszont nem feltétlen biztosítottak azok a feltételek (növekedési faktorok, sejt-sejt kölcsönhatások), melyek szükségesek az optimális fejlődéshez, ezért tenyészetben nem mindig kapunk megfelelő mennyiségű és minőségű testi sejtet embrionális őssejtekből. Mindezek miatt az irányított sejtdifferenciálás az őssejt-kutatás fontos feladata és kihívása. Ezen pályázat keretében működőképes dendritikus sejteket (DS-ek) szeretnénk létrehozni embrionális őssejtekből. A DS-ek aktiválják az immunrendszert a kórokozók, illetve a rákos sejtek elleni védekezés során, ezért ezeknek már napjainkban is komoly jelentőségük van az immunterápiában. Korábban megállapítottuk, hogy a Runx3 szabályozó fehérje pozitívan befolyásolja az embrionális őssejt eredetű DS-ek immunológiai sajátságait. A jelen pályázat célja annak feltérképezése, hogy ez a kulcs fehérje milyen gének, szabályozási mechanizmusok befolyásolása révén fejti ki a kedvező hatását a DS-ekre. Reményeink szerint, kutatásaink elősegítik olyan immunsejtek létrehozását őssejtekből, melyek képesek lesznek a tumor ellenes immunválasz minél hatékonyabb beindítására.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Newer generation dendritic cell (DC) vaccines must build on the knowledge of fine tune modulation of DC development. The goal of this project is to explore the role of the Runx3 transcription factor during embryonic stem (ES) cell-derived DC (ES-DC) differentiation. Our recent gain of function analysis revealed that Runx3 positively regulated the maturation and immunogenicity of mouse ES-DCs. In this proposal we intend to investigate the genomic impacts of Runx3 in ES-DCs. We plan to carry out RNA-seq and ChIP-seq experiments to identify the regulatory sites and target genes of Runx3 in ES-DC progenitors and fully differentiated ES-DCs. To provide mechanistic insights into the Runx3 dependent DC developmental pathways we will examine the effect of Runx3 induction in gene-deficient ES cell models. In addition, we intend to turn on the RUNX3 gene in human induced pluripotent stem (iPS) derived DCs. Together, these studies will accelerate our understanding about a transcription factor directed differentiation of DCs. In addition, our research might help to produce pluripotent stem cell-derived DCs to be applied for immunotherapy.
Specific experimental aims:
1. To identify key regulated genes and pathways in Runx3 instructed ES-DCs and their progenitors.
2. Genetic dissection of the Runx3 driven ES-DC developmental pathway.
3. Forced expression of RUNX3 in human iPS cell-derived DCs.
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 remains a major challenge to steer directional lineage differentiation from pluripotent embryonic stem (ES) cells, because the ES cell-derived differentiation products are typically immature with limited functional activity. Consistent with this notion, we have found that ES cell-derived DCs (ES-DCs) had an impaired maturation capacity and immunogenicity. However, we managed to create more immunogenic ES-DCs by modifying their differentiation program with ectopic expression of Runx3. Our analysis revealed that forced expression of Runx3 strongly improved the maturation, migration and T-cell activation capacity of ES-DCs. In spite of this progress, however, we have limited information about the molecular mechanism of this Runx3-directed programming. The major aim of this project is to uncover how Runx3 modulates the ES-DC differentiation program. Our hypothesis is that sustained expression of Runx3 modulates those genes and pathways which are necessary for the development of fully mature dendritic cells. To test this hypothesis, we will investigate the genomic impacts of this transcription factor in developing ES-DCs using various genome-scale analysis. We anticipate to identify Runx3 regulated genes and pathways which are associated with DC activation/maturation. We expect that our results will help to define the regulatory function of Runx3 during myeloid DC development.
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.
In this project, our major aim is to characterize the genomic effects of the Runx3 transcription factor upon the differentiation of the embryonic stem (ES) cell-derived dendritic cells (ES-DCs). Of note, several research groups studied the role of Runx3 in DCs or in other immune cells. However, we uniquely investigate this factor in ES cell-derived immune cells. To achieve this we will use Runx3 inducible cell line in which we can tightly control expression of this selected transgene. The advantage of this ES-cell derived differentiation system is that a huge number of cells can be differentiated which is needed for ChIP-seq analysis. In addition, we will apply a biotin-tagged strategy, which have a superior sensitivity, therefore we expect to detect low affinity Runx3 binding sites/response elements. We believe that our advanced genomic analyses will facilitate to identify the key targets and pathways of Runx3 and this will help to understand the mechanism of this transcription factor directed cell differentiation.
Transcription factor induced programming/reprogramming became a hot topic after the successful dedifferentiation of somatic cells to induced pluripotent stem (iPS) cells. Manipulation of cell fates with transcription factors has altered fundamental ideas about the stability of cellular identity, stimulating major new directions including conversion one differentiated cell type to another. Despite of the tremendous data on transcription factor mediated reprogramming, however, these processes remained poorly defined. Our proposed genomic studies with the Runx3 mediated programming could further expand these data sets and provide general information about the nature of a transcription factor dependent cell fate modification.
Finally, it is important to mention that DCs used for anti-cancer cell therapy are usually derived from peripheral blood monocytes. Unfortunately, there is a limitation in the number of available monocytes and the potential of these cells to differentiate into DCs. In contrast, pluripotent ES or iPS cells would represent an inexhaustible source for DC production. The proposed research might help to obtain pluripotent stem cell-derived DCs to be used in immunotherapy.
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.
Embryonic stem (ES) cells have the potential to give rise to any cell types in the human body, raising exciting prospects to generate new sources for cell therapy. To realize this potential, it is critical to control the development of these cells in test tubes (ex vivo). Despite considerable progress in directing of ES cell development, this process is still suboptimal. Therefore, it is a demanding task to define novel differentiation protocols to direct cell development. In this project, we intend to improve and characterize the dendritic cell (DC) differentiation from ES cells. DCs are professional antigen presenting cells that are specialized to present antigens to effector immune cells (lymphocytes) thus initiate the immune response. The application of DCs to induce responses to tumor antigens provides a promising approach to cancer immunotherapy. In this proposal we examine the role of a DC specific gene (Runx3) in ES cell-derived DC progenitors. We have previously found that induction of this master gene enhanced the development and function of ES cell-derived DCs. In this project we will characterize the molecular mechanism and the target pathways of this master regulator. This project will accelerate our understanding about the regulation of gene expression immune cells. In addition, considering the future clinical application of ES cell-derived DC technology, this grant might help to generate superior immune cells to be used in immunotherapy.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
