Endothelial dysfunction in the early stage of atherosclerosis: a potential role of autotaxin  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
132851
Type PD
Principal investigator Ruisanchez, Éva
Title in Hungarian Endothelium diszfunkció az atherosclerosis korai szakaszában: az autotaxin lehetséges szerepe
Title in English Endothelial dysfunction in the early stage of atherosclerosis: a potential role of autotaxin
Keywords in Hungarian endothelium, atherosclerosis, autotaxin, érdiszfunkció
Keywords in English endothelium, atherosclerosis, autotaxin, vascular dysfuction
Discipline
Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Cardiovascular system
Panel Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent Clinical Research Dept. (Semmelweis University)
Starting date 2019-12-01
Closing date 2022-11-30
Funding (in million HUF) 24.894
FTE (full time equivalent) 2.40
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 fejlett országok mortalitási és morbiditási statisztikáit a coronaria betegség és a stroke vezeti, melyek hátterében leggyakrabban az erek atherosclerosis talaján kialakuló thrombotikus elzáródása áll. Atherosclerosisban az egyik elsőként megfigyelhető elváltozás az erek endotheliumának diszfunkciója, mely együtt jár az endothelium eredetű nitrogén-monoxid csökkent biológiai hatásával, és megváltozott érreaktivitással. Az autotaxin (ATX) egy ektoenzim, mely a sejtek felszínén integrinekhez kapcsolódva átalakítja a lizofoszfatidilkolint (LPC) lizofoszfatidsavvá (LPA). Mind az ATX, mind az LPA szerepe számos fiziológiai és patofiziológiai állapotban igazolt. Jelen kutatásban azt kívánjuk megvizsgálni, hogy van-e szerepe az ATX-nek az endotheldiszfunkció kialakulásában. Elsőként megvizsgáljuk, az ATX aktivitása nagyobb-e az atherosclerosisra fokozottan hajlamos érterületeken, és ez befolyásolja-e ezen érterületek endothelfunkcióját. Az ATX szubsztrátja, a LPC nagy mennyiségben képződik LDL oxidáció során, és ismerten képes endotheldiszfunkció kiváltására. Meg kívánjuk vizsgálni, hogy ebben szerepe van-e az ATX által képzett LPA-nak, és ha igen, ez milyen receptor(ok)on és jelátviteli utakon keresztül jön létre. Végül arra keressük a választ, van-e szerepe az ATX-nak egy klasszikus atherosclerosisos állatmodell esetében az endotheldiszfunkció kialakulásában, és ha igen, az enzim gátlásával a folyamat kivédhető-e. Emellett krónikus vesebetegekből származó szérum mintákban is megvizsgáljuk az ATX aktivitását, illetve ennek összefüggését az endothelfunkcióval. Jelen munka hozzájárulhat új terápiás célpont azonosításához az atherosclerosis korai stádiumának kezelésében.

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.
Előzetes eredményeink és irodalmi adatok alapján feltételezhető, hogy az autotaxin (ATX) érintett lehet az atherosclerosis korai manifesztációjának számító endothel diszfunkció kialakulásában. Ennek vizsgálatára a következő kérdések megválaszolását tervezzük:
1. Különböző-e az ATX expressziója és aktivitása a nagy artériák egyes szakaszain, különös tekintettel az atherosclerosisra fokozottan hajlamos területekre, mint az aortaív és a carotis bifurkáció? Nagyobb-e ezeken a területeken az ATX aktivitása? Mely sejtek felelősek az ATX aktivitásért? Van-e összefüggés ezen erek endothelfunkciója és az ATX aktivitása között?
2. Részt vesz-e az ATX és az általa termelt lizofoszfatidsav (LPA) a lizofoszfatidilkolin ismerten endothel diszfunkciót okozó hatásáért? Ha igen, mely LPA receptor(ok) és jelátviteli útvonal(ak) felelősek a hatás közvetítéséért?
3. Atherosclerosisra hajlamos ApoE KO egértörzsben fokozottabb-e az aorta és a carotis ATX expressziója a kontroll egerekénél? Összefügg-e ezekben az egerekben az endothelfunkció romlása az erek és/vagy a szérum ATX aktivitásával? ATX inhibitorral való krónikus kezeléssel kivédhető-e ApoE KO egerekben az endothel diszfunkció kialakulása?
4. Fokozott atherosclerosis hajlammal rendelkező krónikus veseelégtelen betegcsoportban összefügg-e a szérum ATX aktivitása és az endothel diszfunkció mértéke? Ezek a paraméterek befolyásolják-e a kardiovaszkuláris mortalitást és morbiditást?

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 thrombotikus érelzáródás okozta coronaria betegség és stroke hátterében álló atherosclerosis megelőzése és kezelése jelenleg elsősorban életmód változtatásból, a vér lipid szintek kontrolljából és a thrombosis profilaxisból áll. Ezen kezelések ugyan jelentős mértékben javítottak a cardiovascularis morbiditási és mortalitási mutatókon, a nagykockázatú betegekben a legkorszerűbb kezelési stratégia alkalmazása esetén is mintegy 10%-ban recidíva figyelhető meg. Így érthető módon fokozott az igény új terápiás célpontok azonosítására a további morbiditás- és mortalitás csökkentés érdekében. Jelen kutatásunk egy potenciális gyógyszercélpont, az autotaxin (ATX) enzim szerepét kívánja feltárni az endothelfunkció szabályozásában, és az enzim potenciális érintettségét az atherosclerosis egyik kezdeti lépésének, az endothelium diszfunkciójának kialakulásában. Az ATX szerepe számos fiziológiás és patofiziológiás állapotban intenzíven kutatott területnek számít. Gátlószereinek tesztelése elsősorban tumoros és fibrózissal járó megbetegedésekben preklinikai fázisban jár. Az endothelium diszfunkció kialakulásában betöltött szerepe nem ismert, azonban irodalmi adatok utalnak szerepére az atherosclerosis későbbi lépéseinek befolyásolásában. Előzetes eredményeink alapján az enzim aktivitása magasabb az atherosclerosisra fokozottan hajlamos aortaív területén. Tervezett kísérleteinkkel meg kívánjuk vizsgálni mind egérmodellben, mint humán mintákban az összefüggést az atherosclerosis korai lépésének számító endothel diszfunkció és az ATX aktivitása között. Amennyiben pozitív összefüggést találunk, megkíséreljük az ATX farmakológiai gátlásával kivédeni atherosclerotikus egérmodellben az endothel diszfunkció kialakulását. Kutatásunk sikeressége esetén feltárunk egy új mechanizmust az atherosclerosis kialakulásában, és beazonosítunk egy potenciális gyógyszercélpontot e megbetegedés korai fázisának kezelésére.

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 nyugati típusú civilizációkban a megbetegedési és halálozási statisztikák élén állnak a szív- és érrendszeri megbetegedések, ezen belül is a koszorúérbetegség és az agyi érelzáródás. E betegségek hátterében az érelmeszesedés áll, ami a helytelen táplálkozás és mozgásszegény életmód mellett előbb-utóbb mindenkiben kialakul. Az érelmeszesedés kezelése e helytelen életmód megváltoztatásból és a vér koleszterinszintjét csökkentő gyógyszeres kezelésből áll. Azonban a legkorszerűbb kezelési stratégiák alkalmazása esetén is előfordul, hogy a betegség tünetei újra jelentkeznek. Érthető tehát, hogy jelentős az igény újabb típusú gyógyszerek fejlesztésére, amihez elengedhetetlen új gyógyszercélpontok azonosítása. Kísérleteinkkel arra keressük a választ, hogy az autotaxin (ATX) nevű enzim betöltheti-e ezt a szerepet. Az ATX jelentőségét számos normális és kóros folyamatban igazolták már, és állatkísérletekben vizsgálják gátlószereinek hatásosságát. Előzetes eredményeink alapján az ATX aktivitása fokozódhat azokon az érterületeken, amelyekben nagyobb valószínűséggel alakul ki érelmeszesedés. Tervezett munkánkban megvizsgáljuk, ennek szerepe lehet-e az erek normális működésének elromlásában, és az ATX gátlásával kivédhető-e egy érelmeszesedésre fokozottan hajlamos egértípusban a betegség első lépéseinek kialakulása. Emberi vérmintákban is tervezzük megvizsgálni az ATX aktivitását, és hogy ez összefügg-e az érműködésük romlásával. Reményeink szerint kísérleteink hozzájárulhatnak egy új gyógyszercélpont beazonosításához, így a jövőben az érelmeszesedés sikeresebb kezeléséhez.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Atherosclerosis and thrombosis are the leading causes of mortality and morbidity in the westerns societies, mainly by inducing myocardial infarction or stroke. Endothelial dysfunction is an initial step in atherosclerotic lesion formation resulting in abnormalities in the bioavailability of endothelium-derived NO and resultant deleterious changes in vascular reactivity. Autotaxin (ATX) generates the signaling molecule lysophosphatidic acid (LPA) from lysophosphatidylcholine (LPC). ATX as well as LPA are well known mediators of many physiological and pathological processes. In this proposal, we aim to analyze the involvement of ATX in the development of endothelial dysfunction. First, we will examine if ATX expression and activity of atheroprone areas were increased compared to those of atherosclerosis resistant regions and what is the consequence of this on the endothelial function. LPC, the substrate of ATX is generated during oxidation of LDL and known to have adverse effects on endothelial function. We plan to investigate if ATX activity and consequent conversion of LPC to LPA might contribute to this. If so, we will also clarify the potential involvement of LPA receptors and intracellular signaling pathways. Finally, we aim to analyze the potential role of ATX in the development of endothelial dysfunction in a mouse model of atherosclerosis, and whether inhibition of the enzyme can have a protective effect. ATX activity of serum samples from chronic kidney disease patients will also be analyzed and correlated to endothelial dysfunction. This study would contribute to the identification of a novel drug target in the treatment of the early stage of atherosclerosis.

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.
According to our preliminary results and literature data, autotaxin (ATX) might have a role in the development of endothelial dysfunction, an early step of atherosclerosis. To test this hypothesis, the following questions will be addressed:
1. Are there regional differences in the ATX expression and activity of large arteries, namely the aorta and the carotid artery? If so, are the ATX expression and activity of atheroprone areas increased compared to those of the atherosclerosis resistant regions? Which cells are the main sources of vascular ATX activity? Is there any correlation between endothelial function of the above mentioned vessels and their ATX activity?
2. Is ATX and consequent production of lysophosphatidic acid (LPA) involved in the endothelial dysfunction elicited by lysophosphatidylcholine (LPC)? Does pharmacological inhibition of ATX reduce the deleterious effect of LPC on endothelial function? If so, which LPA receptors and signaling pathways are involved?
3. Are ATX expression and/or activity increased in the aorta and carotid artery of ApoE KO mice compared to controls? Do the ATX expression and/or activity of ApoE KO mice vascular segments and blood serum correlate with their endothelium dependent relaxation capacity? Can chronic administration of an ATX inhibitor prevent the endothelial dysfunction in ApoE KO mice?
4. Is there any correlation between serum ATX activity and the degree of endothelial dysfunction in a human population with chronic kidney disease? Are serum ATX activity and the degree of endothelial dysfunction associated with cardiovascular morbidity and mortality?

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.
Prevention and treatment of coronary heart disease and stroke caused by the atherothrombotic occlusion of the vessels are consisting of lifestyle modifications, decreasing blood cholesterol levels and thromboprophylaxis. The implementation of the various therapies has resulted in major clinical benefits, although almost 10 % of the patients with high atherosclerotic burden develop major cardiovascular events even with the state-of-the-art lipid lowering therapies. The demand for novel pharmacological treatment options are increasing by identifying new drug targets to decrease further mortality and morbidity. Our aim is to investigate the role of a potential drug target, autotaxin (ATX) in the regulation of endothelial function, as well as its possible involvement is the development of endothelial dysfunction, an early step of the atherosclerotic disease progression. The role of ATX in the regulation of physiological and pathophysiological processes is under intensive investigation. The testing of its inhibitors for the treatment of fibrotic diseases and cancer are in preclinical phase. Its role in endothelial function is unknown, but literature data indicate its involvement in the later progression of atherosclerosis. According to our preliminary experiments, ATX activity is elevated in the aortic arch, a region with increased risk for atherosclerosis. In our proposed project we plan to investigate the correlation of endothelial function and ATX activity in mice as well as in human samples. Whether a positive correlation is found, pharmacological inhibition of ATX will be tried to prevent endothelial dysfunction in a mouse model of atherosclerosis. If we succeed, a new mechanism will be revealed in the development of endothelial dysfunction and a potential drug target will be identified for the prevention and/or treatment of early stage of atherosclerosis.

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.
In western societies the main causes of death are coronary heart disease and stroke. Atherosclerosis that stands in the background of these diseases will affect anyone who leads a sedentary lifestyle and has unhealthy eating habits. The therapy of atherosclerosis is based on lifestyle modification and decreasing cholesterol levels of the blood. However, even with the up-to-date therapeutic strategies the symptoms of the disease will recur. The demand for novel pharmacological treatment options are increasing by identifying new drug targets. In our proposed research project we are looking for the answer whether autotaxin (ATX) can be this novel pharmacological target. The significance of ATX is established in many physiological and pathological processes, and the effect of its inhibition is already tested in animal models. According to our previous results, the activity of ATX might be increased in segments of vessels that have higher risk for developing atherosclerosis. We plan to investigate if ATX could play a role in the loss of healthy functions of the vessels, and whether the inhibition of ATX can have a protective effect in a mouse model of atherosclerosis. Also the activity of ATX will be analysed in human blood samples and its correlation to the decaying vessel function. We hope our results will contribute to the identification of a new drug target and provide a more successful treatment option of atherosclerosis.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az autotaxin (ATX) egy ektoenzim, mely a sejtek felszínén átalakítja a lizofoszfatidilkolint (LPC) lizofoszfatidsavvá (LPA). Mind az ATX, mind az LPA szerepe számos fiziológiai és patofiziológiai állapotban igazolt. Jelen kutatásban több, az ATX, illetve az LPA endotéldiszfunkcióban, továbbá egyéb élettani/kórélettani folyamatokban betöltött szerepét vizsgáltuk. Kimutattuk, hogy az LPC által kiváltott endotéldiszfunkció részben ATX függő módon, LPA5 receptor aktiváción és következményes szabadgyökfelszabaduláson keresztül jön létre. Ezen kívül kimutattuk, hogy a különböző LPA specieszek hogyan befolyásolják az értónust izolált egér aortában, illetve megvizsgáltuk a szívinfarktus során is felszaporodó, többszörösen telítettlen 18:2 LPA érösszehúzó hatásának jelátviteli mechanizmusát. Szintén kimutattuk, hogy egy további, lizofoszfolipid mediátorok képződésében kulcsfontosságú enzim, a szfingomielináz hogyan befolyásolja az értónust diabéteszes endotéldiszfunkcióban. Eredményeink hozzájárulnak a lizifoszfolipidek élettani/kórélettani hatásainak részletesebb megismeréséhez, és esetleges új terápiás célpontok beazonosításához a kardiovaszkuláris rendszerben. Ezen kívül kimutattuk, hogy az LPA képes fokozni a mezenchimális őssejtek proliferációját, ami alkalmas jelöltté teheti csontpótló készítmények fejlesztésére is.
Results in English
Autotaxin (ATX) is an ectoenzyme that converts lysophosphatidylcholine (LPC) to lysophosphatidic acid (LPA). The roles of both ATX and LPA have been demonstrated in different physiological and pathophysiological conditions. In the present research, we investigated the role of ATX and LPA in endothelial dysfunction and other physiological/pathological processes. We have shown that LPC-induced endothelial dysfunction developes in an ATX-dependent manner, through activation of the LPA5 receptor and consequent release of free radical. In addition, we described how different LPA species influence the vascular tone of the isolated mouse aorta, and investigated the signaling mechanism of the vasoconstrictor effect of the polyunsaturated 18:2 LPA, whom level is elevated in the plasma of patients with acute coronary artery syndrome. We also showed how sphingomyelinase, another key enzyme in the production of bioactive lysophsopholipid mediators, affects vascular tone in diabetic endothelial dysfunction. Our results may contribute to a more detailed understanding of the physiological/pathological effects of lysophospholipids and to the identification of possible new therapeutic targets in the cardiovascular system. In addition, we have shown that LPA can increase the proliferation of mesenchymal stem cells, which can make it a suitable candidate for the development of bone replacement products.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=132851
Decision
Yes





 

List of publications

  
Aliz Majer, Anna Janovicz, Lili Balogh, Andrea Balogh, Gábor Tigyi, Zoltán Benyó, Éva Ruisanchez: Role of the LPC-ATX-LPA Pathway in the Development of Endothelial Dysfunction, ORVOSKÉPZÉS XCV.: (1.) p. 83.., 2020
Benyo Zoltan, Janovicz Anna, Ven Krisztina Eszter, Tigyi Gabor, Offermanns Stefan, Majer Aliz, Ruisanchez Eva: Signal transduction pathways of unsaturated lysophosphatidic acid species evoked vasoconstriction, , 2021
Janovicz Anna, Majer Alíz, Tóth Tímea, Tigyi Gábor, Benyó Zoltán, Ruisanchez Éva: Molecular Mechanisms of Lysophosphatidylcholine-Induced Endothelial Dysfunction, , 2021
Lajtai K., Tarszabó R., Bányai B., Péterffy B., Gerszi D., Ruisanchez É., Sziva R. E., Korsós-Novák Á., Benkő R., Hadjadj L., Benyó Z., Horváth E. M., Masszi G., Várbíró S.: Effect of Vitamin D Status on Vascular Function of the Aorta in a Rat Model of PCOS, OXIDATIVE MEDICINE AND CELLULAR LONGEVITY 2021: 8865979, 2021
Majer Aliz, Janovicz Anna, Kerkovits Nóra Melinda, Vén Krisztina, Wafa Dina, Tigyi Gábor, Radovits Tamás, Merkely Béla, Miklós Zsuzsanna, Ruisanchez Éva, Benyó Zoltán: Vasoactive Actions of Lysophospholipid Mediators in Human Coronary Arteries, , 2021
Molnár Péter József, Dér Bálint, Borsodi Kinga, Balla Helga, Borbás Zsófia, Molnár Krisztina, Ruisanchez Éva, Kenessey István, Horváth András, Keszthelyi Attila, Majoros Attila, Nyirády Péter, Offermanns Stefan, Benyó Zoltán: Isoprostanes evoke contraction of the murine and human detrusor muscle via activation of the thromboxane prostanoid TP receptor and Rho kinase, AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY: RENAL PHYSIOLOGY 320: (4) pp. F537-F547., 2021
Tarszabó Róbert, Bányai Bálint, Ruisanchez Éva, Péterffy Borbála, Korsós-Novák Ágnes, Lajtai Krisztina, Sziva Réka Eszter, Gerszi Dóra, Hosszú Ádám, Benkő Rita, Benyó Zoltán, Horváth Eszter Mária, Masszi Gabriella, Várbíró Szabolcs: Influence of Vitamin D on the Vasoactive Effect of Estradiol in a Rat Model of Polycystic Ovary Syndrome, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 22: (17) p. 9404., 2021
Anna Janovicz, Aliz Majer, Jerold Chun, Satoshi Ishii, Gábor Tigyi, Zoltán Benyó, Éva Ruisanchez: New Signaling Pathways of Lisophosphaditylcholine-Induced Endothelial Dysfunction, In: Bioactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases, (2022) p. &., 2022
Krisztina Eszter Vén, Balázs Besztercei, Mónika Kosztelnik, Gábor Tigyi, Zoltán Benyó, Éva Ruisanchez: Vasoactivity of lysoohatidic acid depends on fatty acid chain length and unsaturation in isolated aortic rings, In: Bioactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases, (2022) p. &., 2022
Majer Aliz, Pesthy Julianna, Besztercei Balázs, Hinsenkamp Adél, Smeller László, Lacza Zsombor, Benyó Zoltán, Ruisanchez Éva, Hornyák István: Characterization of Native and Human Serum Albumin-Bound Lysophosphatidic Acid Species and Their Effect on the Viability of Mesenchymal Stem Cells In Vitro, APPLIED SCIENCES-BASEL 12: (16) 8183, 2022



Back »