Projekti / Programi
DOLOČITEV MEHANIZMA VNETJA V CENTRALNEM ŽIVČNEM SISTEMU ZA INOVATIVNO TERAPIJO NEVRODEGENERATIVNIH BOLEZNI
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
inflamasom, NLRP3, nevrodegenerativne bolezni, Alzheimerjeva bolezen
Raziskovalci (15)
Organizacije (2)
Povzetek
Znanstveno ozadje. Amiloidne nevrodegenerativne bolezni karakterizirata kopičenje proteinskih odložkov in progresivna smrt nevronov, spremlja pa ju vnetje v centralnem živčnem sistemu. Eno glavnih vlog pri tem igra vnetni citokin IL-1β. Inhibicija IL-1R zmanjša vnetje pri mišjem modelu Alzheimerjeve bolezni. Prekurzor pro-IL-1β v zrelo obliko IL-1β pretvorijo proteinski kompleksi, imenovani inflamasomi. Nedavno so pokazali, da NLRP3-inflamasom aktivirajo fibrile Aβ, ki so glavna komponenta plakov pri Alzheimerjevi bolezni, mi pa smo pokazali, da inflamasom aktivirajo tudi amiloidne oblike prionskega proteina, ki se odlagajo pri prionskih boleznih (Hafner Bratkovič et al., v recenziji). Mi in drugi raziskovalci smo tudi pokazali, da z amiloidi aktivirana mikroglija povzroči smrt nevronov, zato inhibicija inflamasoma lahko predstavlja perspektivno terapijo nevrodegenerativnih bolezni.
Predstavitev problema, cilji in vpliv rezultatov projekta. Izražanje NLRP3 sproži aktivacija NF-κB, protein pa se nahaja v citoplazmi v neaktivni obliki. Po stimulaciji NLRP3 oligomerizira, nanj se veže adaptor ASC, kar omogoči vezavo pro-kaspaze-1. Molekule pro-kaspaze-1 se v tem multiproteinskem kompleksu nahajajo v bližini in se tako lahko aktivirajo. Aktivna kaspaza-1 cepi pro-IL-1β (in pro-IL-18), zrela oblika IL-1β (IL-18) pa se izloča iz celic. Aktivacijo NLRP3 so že povezovali z različnimi celičnimi procesi in zelo različnimi aktivatorji, vendar pa je molekularni mehanizem sestavljanja inflamasoma, ki je glavni korak do aktivacije IL-1β, popolnoma neznan.
Cilja predlagane študije:
1. opredeliti molekularni mehanizem sestavljanja NLRP3-inflamasoma. Receptor NLRP3 je sestavljen iz treh domen: N-končne PYD, osrednje NACHT in C-končne LRR (Slika 1 in 2A). Pri aktivaciji NLRP3 oligomerizira preko domene NACHT, veže se adaptor ASC in nanj še pro-kaspaza-1. Predlagamo, da bomo z mutagenezo NLRP3 raziskali zgodnje procese pri sestavljanju NLRP3-inflamasoma. Definirali bomo vlogo zgoraj omenjenih domen in specifičnih aminokislinskih ostankov v zaznavanju aktivatorjev in pri sestavljanju inflamasomskega kompleksa. Na osnovi naših rezultatov bomo pripravili molekularni model receptorja NLRP3 v neaktivni obliki in v inflamasomu.
2. raziskati potencial zaviralcev NLRP3-inflamasomske poti pri zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni. Trenutno se pri zdravljenju vnetnih bolezni že uporabljajo nekateri inhibitorji IL-1. Vendar IL-1β ni edini produkt aktivacije inflamasoma, kar je nakazano tudi s tem, da se nekateri bolniki, ki obolevajo za dednimi boleznimi, pogojenimi z mutacijami v genu za NLRP3 (in določeni bolezenski znaki) ne odzivajo na terapijo proti IL-1. Zato predpostavljamo, da bi bila inhibicija zgodnjih dogodkov v sestavljanju inflamasoma lahko še učinkovitejša. Raziskali bomo inhibicijo inflamasoma na več stopnjah. Uporabili bomo peptide, ki se vežejo in onemogočijo interakcije med domenami PYD-PYD in CARD-CARD. Na osnovi naših rezultatov raziskav mehanizma, bomo načrtovali tudi peptide, ki inhibirajo oligomerizacijo preko NACHT domen. Prehod peptidov preko možgansko-krvne pregrade bomo izboljšali z modifikacijo s peptidi, ki prehajajo v celice in angiopeptidi. Najbolj učinkovite peptide bomo testirali na mišjem modelu Alzheimerjeve bolezni.
Nevrodegenerativne bolezni, pri katerih pride tudi do aktivacije NLRP3-inflamasoma, predstavljajo vedno večje breme za družbo, zato bi morale imeti raziskave novih terapevtskih poti visoko prioriteto. Na podlagi novih spoznanj o mehanizmu sestavljanja inflamasoma načrtujemo testiranje inhibitorjev, ki delujejo v zgodnjih fazah sestavljanja in ne šele na ‘produkte’ inflamasoma. Če bo naš pristop učinkovit, bo zagotovil alternativno zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni z ugodnim varnostnim profilom.
Pomen za razvoj znanosti
Znotrajcelični receptorji naravne imunosti, še posebej NLRP3, pridobivajo na pomembnosti zaradi nedavnih odkritij njihove vpletenosti pri gostiteljevem odgovoru na patogene in vpletenosti v pogosta človeška patološka stanja, kar potrjuje tudi povečanje člankov v revijah z visokim faktorjem vpliva, kot so Science, Nature, Nature Immunology, itd. Kljub temu pa mehanizem aktivacije NLRP3 do sedaj še ni bil zadovoljivo pojasnjen. Ključni prispevek naših raziskav je bil raziskati in razjasniti vlogo posameznih domen NLRP3 in posameznih aminokislinskih ostankov, ter predlagati molekularni mehanizem sestavljanja NLRP3-inflamasoma. V nadaljevanju smo ocenili inhibitorno aktivnost peptidov, zasnovanih na podlagi naših strukturnih raziskav interakcij med domenami. Naš interdisciplinaren pristop, ki združuje strokovno znanje in izkušnje s področja strukturne in celične biologije ter imunologije in nevroznanosti, predstavlja inovativen in izviren prispevek v teh zelo kompetitivnih področjih. Člani raziskovalne skupine smo in bomo naša dognanja širši znanstveni skupnosti posredovali preko mednarodnih delavnic in konferenc ter z objavo znanstvenih člankov v znanstvenih revijah.
Pomen za razvoj Slovenije
V sklopu projekta smo raziskali mehanizem aktivacije in inhibicije inflamasoma NLRP3. Inflamasomi so vnetni kompleksi, ki prispevajo k poteku bolezni, ki so pogoste v razvitih državah, kot so metabolne in srčno-žilne ter nevrodegenerativne bolezni. S staranjem prebivalstva bo poraslo tudi število bolnikov s temi boleznimi, zato je ključno da raziščemo molekularne mehanizme, ki so v potek bolezni vpleteni, predvsem če upoštevamo, da ne poznamo učinkovitih terapij za nekatere od teh bolezni. Tekom projekta smo vzpostavili biološko relevanten celičen model, ki nam je omogočil, da smo raziskali mehanizem aktivacije NLRP3 in nove načine inhibicije te vnetne poti. Vzpostavili smo tudi tesna sodelovanja z drugimi raziskovalnimi skupinami v EU, s katerimi izmenjujemo ideje in omogočamo mobilnost osebja. V projekt so se vključili tudi dijaki, študenti in doktorski študenti, posamezne teme iz projekta pa smo predstavili tako slovenskim znanstvenikom in zdravnikom kot tudi javnosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
