OPUS (na projekty badawcze, w tym finansowanie zakupu lub wytworzenia aparatury naukowo-badawczej niezbędnej do realizacji tych projektów)
Ponad 1,8 mln złotych dofinansowania otrzyma dr hab. Agnieszka Błachnio-Zabielska z Wydziału Lekarskiego z Oddziałem Stomatologii i Oddziałem Nauczania w Języku Angielskim UMB na projekt badawczy pn.: „Wyjaśnienie mechanizmu indukowanej lipidami insulinooporności wątrobowej”
STRESZCZENIE POPULARNONAUKOWE
Nadwaga i otyłość to obecnie ważny i wciąż narastający problem zdrowia publicznego, który osiągnął rozmiary globalnej epidemii. Otyłość oraz choroby, które się z nią wiążą określane są mianem chorób cywilizacyjnych. Według raportu Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) 39% populacji dorosłych ludzi na świecie ma nadwagę, a około 13% jest otyła. W Europie ponad 50% dorosłych ma nadwagę lub jest otyła. Otyłość jest złożonym stanem o wyraźnym wymiarze społecznym i psychologicznym, który w przeciwieństwie do konwencjonalnego spojrzenia nie ogranicza się tylko do społeczeństw uprzemysłowionych, ale dotyczy zarówno krajów rozwiniętych, jak i rozwijających się. WHO przewiduje, że problemy zdrowotne związane z nadwagą i otyłością mogą wkrótce zastąpić tradycyjne problemy zdrowia publicznego na świecie, takie jak niedożywienie i choroby zakaźne. Ponieważ otyłość prowadzi do przewlekłych i poważnych problemów zdrowotnych, w tym insulinooporności i cukrzycy typu 2 (T2D), a liczba osób otyłych na całym świecie wzrasta w alarmującym tempie, istnieje potrzeba poszukiwania zarówno nowych biomarkerów, które stanowiłyby ważne narzędzie diagnostyczne do wczesnego wykrywania insulinooporności oraz nowych celów terapeutycznych insulinooporności. Aby odkryć nowe cele terapeutyczne, konieczne jest poznanie mechanizmu generowania tych chorób. Wątroba, obok tkanki tłuszczowej i mięśni szkieletowych, odgrywa kluczową rolę w metabolizmie glukozy i lipidów. Dieta bogatotłuszczowa (HFD) i otyłość są związane z szeregiem zmian w wątrobie, w tym z akumulacją lipidów, które prowadzą do upośledzonego metabolizmu glukozy. Insulinooporność wątrobowa wiąże się z akumulacją bioaktywnych lipidów, takich jak: ceramid, DAG i LCACoA. Ponieważ akumulacja tych lipidów w komórce odpowiada za rozwój wątrobowej oporności na insulinę, dlatego też mechanizmy komórkowe, które prowadzą do ich wewnątrzkomórkowej akumulacji muszą zostać dokładnie poznane. Do chwili obecnej nie zdołano wyjaśnić która z wyżej wymienionych grup lipidów odgrywa najistotniejszą rolę w indukowaniu insulinooporności wątrobowej. Dlatego głównymi celami, jakie chcielibyśmy osiągnąć podczas realizacji tego projektu to: 1. Odkryć krytyczne punkty w szlaku insulinowym, które hamowane są przez poszczególne bioaktywne lipidy. 2. Poznać mechanizm wewnątrzkomórkowej akumulacji bioaktywnych lipidów, 3. Znaleźć biomarkery, które byłyby stosowane we wczesnym diagnostyce insulinooporności Aby osiągnąć zamierzone cele, planujemy przeprowadzić in vivo eksperymenty z wyciszaniem genów kodujących kluczowe enzymy odpowiedzialne za syntezę określonych bioaktywnych lipidów w wątrobie myszy z wyindukowaną insulinoopornością. Ponadto ponieważ zamierzamy zdobyć wiedzę na temat dokładnego mechanizmu wewnątrzkomórkowej akumulacji bioaktywnych lipidów, przeprowadzimy infuzję znakowanych stabilnym izotopem (13C) kwasów tłuszczowych a następnie zmierzymy ich wbudowanie w poszczególne grupy lipidów. Takie badania możemy przeprowadzić dzięki opracowanym przeze mnie metodom z użyciem spektrometrii mas. Wykorzystanie tych metod pozwoli na określenie tempa syntezy kluczowych grup lipidów (LCA-CoA, DAGs and Cers) poprzez jednoczesny pomiar ich zawartości i wzbogacenia izotopowego. Podsumowując, przeprowadzając wyciszenie ekspresji genów kodujących enzymy odpowiedzialne za syntezę aktywnych lipidów, wraz z badaniem zawartości i wzbogacenia izotopowego poszczególnych lipiodów może wskazać te lipidy, które odgrywają decydującą rolę w zaburzeniu działania szlaku insulinowego. Proponowane badania to badania z zakresu badań podstawowych z potencjałem przełomowych odkryć w wyjaśnianiu mechanizmu, indukowania insulinooporności, co może dostarczyć niezbędną wiedzę do odkrycia nowych sposobów terapii oporności na insulinę lub cukrzycy typu 2. Co więcej, ponieważ nie chcemy ograniczać naszego rozumienia insulinooporności, koncentrując się tylko na kilku znanych białkach docelowych, ale chcemy mieć szansę na odkrycie nowych białek, które są zaangażowane w indukcję insulinooporność, dlatego też będziemy śledzić zmiany indukowane przez HFD i wyciszanie genów na poziomie całego proteomu. Wielokierunkowe zmiany związane z wyciszeniem genów w wątrobie z wyindukowaną insulinoopornością można w pełni opisać tylko za pomocą technik wysokoprzepustowych, takich jak proteomika. Ta wysokowydajna analiza z identyfikacją i oznaczeniem ilościowym tysięcy białek wątroby wyjaśni tstan wielu szlaków sygnałowych w wątrobie opornej na insulinę. Co więcej, podejście to może ujawnić szlaki metaboliczne, które do tej pory nie były uważane jako uczestniczące w indukowanej lipidami insulinooporności. Umożliwi to identyfikację nowych celów diagnostycznych lub terapeutycznych
Ponad 3 mln złotych na badania z NCN zdobyła prof. dr hab. inż. Zofia Mazerska z Politechniki Gdańskiej w konsorcjum z Uniwersytetem Medycznym w Białymstoku (Wydział Lekarski z Oddziałem Stomatologii i Oddziałem Nauczania w Języku Angielskim). Nagrodzony finansowaniem projekt dotyczy „Specyficznych oddziaływań nowych, przeciwnowotworowych niesymetrycznych bisakrydyn z DNA i białkami ABC oraz ich zdolności do modulacji aktywności enzymatycznej i transkrypcji receptorów jądrowych jako elementów molekularnego mechanizmu ich działania”.
Koordynatorem zadania w projekcie, które dotyczy wpływu UAs na efekty transkrypcji oraz określenia ważnych funkcjonalnie genów i szlaków (enzymów P450, UGT i receptorów jądrowych) poprzez badanie ekspresji miRNA-mRNA i metylacji DNA, jest dr Magdalena Niemira z Centrum Badań Klinicznych UMB. Budżet UMB w projekcie z Politechniką Gdańską to kwota 358 428 zł.
STRESZCZENIE POPULARNONAUKOWE
Podstawy proponowanych badań. W ramach poszukiwań potencjalnych leków przeciwnowotworowych otrzymaliśmy w naszym laboratorium nową grupę związków o strukturze niesymetrycznych bisakrydyn (UAs). Wykazały one wysoką aktywność cytotoksyczną i przeciwnowotworową, szczególnie wobec eksperymentalnych nowotworów litych, jak nowotwory piersi i jelita grubego oraz rak trzustki. Aktualnie przedmiotem badań naszej grupy jest poznanie molekularnego mechanizmu działania tych związków. Wstępne wyniki wskazały, że UAs są słabo podatne na przemiany metaboliczne wobec enzymów metabolizujących leki, DMEs, z rodziny cytochromu P450 i UDP-glukuronylotransferazy, UGT. Wykazaliśmy również, że w odróżnieniu od wcześniej badanych pochodnych akrydyny, związki o strukturze dimeru nie interkalują do podwójnej nici DNA, chociaż w jakiś sposób z nią oddziałują. Powyższe wyniki bardzo nas zaintrygowały, ponieważ nie spodziewaliśmy się, że przejście od struktury monomeru do dimeru nie tylko zachowa wysoką aktywność przeciwnowotworową, ale również da nowe, nieopisane dla monomerów właściwości fizykochemiczne i biologiczne. W planowaniu niniejszych badań wzięliśmy pod uwagę powyższe fakty, ale również dane literaturowe mówiące, że ekspresja enzymów metabolizujących z rodziny P450 i UGT, kontrolowana jest w komórce przez czynniki transkrypcyjne receptorów jądrowych takich jak receptor-X-pregnanu, PXR, konstytutywny receptor androstanu, CAR, i prawdopodobnie kilku innych. Co więcej, są doniesienia wskazujące, że aktywność receptorów jądrowych PXR i CAR może indukować śmierć komórek na drodze apoptozy. Zainteresowało nas również, co dzieje się z naszymi związkami po podaniu ich zwierzętom. Hipoteza badawcza. Na powyższych podstawach postawiliśmy hipotezę, że wysoka aktywność przeciwnowotworowa UAs może wynikać z ich oddziaływań, z innymi niż podwójna helisa, formami DNA. Związki te mogą też mieć wpływ na procesy transkrypcji ważnych funkcjonalnie białek. Uwzględniamy też fakt iż receptory jądrowe prawdopodobnie mają zdolność modulacji ekspresji wybranych białek biorących udział w szeroko pojętej odpowiedzi komórkowej, np. apoptozie. Proponowany zakres badań Dla zweryfikowania powyższej hipotezy proponujemy realizację następujących zadań badawczych: 1. Określenie struktur 3D dla związków UAs w roztworach wodnych oraz opis molekularnych oddziaływań tych związków z G-kwadrupleksami z zastosowaniem zaawansowanych technik spektroskopii CD i dwuwymiarowego (2D) NMR. 2. Wpływ UAs na efekty transkrypcji. Określenie ważnych funkcjonalnie genów i szlaków (enzymów P450, UGT i receptorów jądrowych) poprzez badanie ekspresji miRNA-mRNA i metylacji DNA. 3. Określenie czy badane związki są substratami i/lub modulatorami pomp błonowych z rodziny transporterów ABC. 4. Metabolizm związków UAs w komórkach nowotworowych HepG2, LS180. Ich wpływ na modulację aktywności enzymatycznej w komórkach nowotworowych oraz na poziom ekspresji wybranych izoenzymów P450 i UGT. Wobec pozytywnych wyników w tym zakresie z punktu 2 dalsze badania ekspresji i poziomu białek wybranych receptorów jądrowych. 5. Zależność pomiędzy ekspresją receptorów jądrowych i białek zaangażowanych w progresję cyklu komórkowego i apoptozę w komórkach HepG2, LS180, H460 i DU-145, po ich inkubacji z badanymi związkami. 6. Kinetyka metabolitów dwóch wybranych związków UAs określona na podstawie ich analizy we krwi i moczu u myszy. Metodyka badań. Dla realizacji powyższych zadań zastosujemy w pierwszym etapie, do badania oddziaływań leków z DNA i na poziomie transportu przez błony, bezkomórkowe układy eksperymentalne i wysoko zaawansowane metody instrumentalne. Przedmiotem dalszych badaniach będą wymienione powyżej linie komórek nowotworowych o wysokiej i normalnej ekspresji enzymów metabolizujących, których hodowlę od wielu lat prowadzimy w naszym laboratorium. Otrzymane po inkubacji ekstrakty komórkowe i pożywka z hodowli będą badane pod kątem zawartości metabolitów metodami HPLC. Wpływ leków na ekspresję enzymów P450 i UGT oraz na aktywność i ekspresję receptorów jądrowych, m.in. PXR i CAR analizowane będzie stosując procedury Western-blot oraz RT-PCR. Znaczenie projektu. Proponowane badania poszerzą naszą wiedzę o mechanizmach molekularnych, które mogą być odpowiedzialne za wyjątkowe, wspomniane powyżej właściwości biologiczne nowych, silnie aktywnych pochodnych bisakrydyny, które zostały opatentowane (patenty EU and USA, US10,202349 B2, Feb.12, 2019). Badania również ujawnią właściwości farmakologiczne tych związków poszerzając wiedzę o ich metabolizmie i potencjalnym mechanizmie działania na poziomie komórkowym. Realizacja projektu wpłynie więc zarówno na rozwój farmakologii jak i biologii nowotworów, poprawiając w ten sposób warunki życia społeczeństwa i poziom cywilizacji.
PRELUDIUM (na projekty badawcze realizowane przez osoby rozpoczynające karierę naukową nieposiadające stopnia naukowego doktora)
Blisko 70 tys. złotych otrzyma lek. Joanna Olga Bagińska z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku,(Wydział Lekarski z Oddziałem Stomatologii i Oddziałem Nauczania w Języku Angielskim) na projekt badawczy: „Czas na prąd!. Ustalenie zależności pomiędzy stężeniem neurotropin w moczu a przezskórną elektrostymulacją nerwów (TENS) stosowaną w terapii pęcherza nadczynnego u dzieci”.
STRESZCZENIE POPULARNONAUKOWE
Jakie są najbardziej stresujące sytuacje w życiu według dziecka w wieku szkolnym? Odnotowano, że zmoczenie się w szkole plasuje się na 3 miejscu tuż za śmiercią rodzica oraz utratą wzroku. Moczenie to częsty problem w populacji dziecięcej, z wzrastającymi epidemiologicznymi dowodami na to, że jest to druga najpowszechniejsza przewlekła dolegliwość wieku dziecięcego ustępująca tylko atopii i alergii. W Polsce z tym problemem boryka się około 300 tysięcy dzieci. Najczęstszym czynnościowym zaburzeniem powodującym moczenie jest tzw. nadczynny pęcherz, który charakteryzuje się obecnością parć naglących, z reguły z towarzyszącym nietrzymaniem moczu. Nieleczony pęcherz nadczynny to nie tylko zdrowotne następstwa, ale także źródło psychospołecznych problemów takich jak wstyd, zaniżona samoocena, frustracja dziecka. Naukowcy nieustannie pracują nad poznaniem wciąż niejasnego patomechanizmu nadczynnego pęcherza. W ostatnich doniesieniach naukowych podkreśla się rolę zaburzonej komunikacji w osi mózg pęcherz moczowy. Oddawanie moczu, czyli mikcja to bardzo złożony proces, za który odpowiada wiele ośrodków mózgowych oraz neuroprzekaźników. Przeprowadzono szereg badań świadczących o powiązaniu neurotropin z patogenezą nadczynnego pęcherza. Są to białkowe cząsteczki, które pełnią rolę regulacyjną plastyczności dróg nerwowych odpowiedzialnych za kontrolę mikcji. Można oceniać ich stężenie w moczu. Udowodniono, że u pacjentów z objawami nadczynnego pęcherza stężenia wydalanych neurotropin są wyższe w porównaniu do osób bez zaburzeń mikcji oraz stężenie tych markerów koreluje z nasileniem objawów. Celem mojego projektu jest ocena zmian stężenia neurotropin w moczu pacjentów z nadczynnym pęcherzem podczas terapii przezskórnej elektrostymulacji nerwów obwodowych (Transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS). Jest to metoda stosowana w nefrologii dziecięcej od kilkunastu lat. TENS jest nieinwazyjny, bezbolesny, prosty i dobrze tolerowany przez małych pacjentów a przede wszystkim pozbawiony działań niepożądanych, w odróżnieniu od leków. Polega na stymulacji nerwów unerwiających pęcherz celem ich neuromodulacji, czyli przywrócenia właściwych odruchów. Jednak dokładny mechanizm działania nie jest poznany. W ramach projektu chcielibyśmy znaleźć zależność pomiędzy stężeniem neurotropin a terapią TENS, co być może pozwoli przybliżyć rolę układu nerwowego w problemie pęcherza nadczynnego. W tym celu 30 dzieci z nadczynnym pęcherzem opornym na standardową terapię będzie prowadzić TENS przez 12 tygodni według udzielonej instrukcji w warunkach domowych z okresową kontrolą co 4 tygodnie. Oznaczenie poziomu markerów zostanie wykonane na początku i na końcu terapii TENS a także w grupie dzieci bez problemów z układem moczowym jako grupie kontrolnej. Oznaczymy w moczu różne neurotropiny: czynnik wzrostu nerwów (nerve growth factor; NGF), czynnik neurotroficznego pochodzenia mózgowego (brain-derived neurotrophic factor; BDNF), neurotropinę 3 (NT3), neurotropinę 4 (NT4). Dodatkowo będziemy monitorować stopień nasilenia objawów klinicznych za pomocą wystandaryzowanych ankiet, analizy dzienniczków mikcji i bilansów płynów pacjentów oraz uroflowmetrii. Uroflowmetria to proste, nieinwazyjne, przesiewowe badanie przepływu moczu w jednostce czasu. Zebrane dane przyczynią się w znacznym stopniu do wyjaśnienia udziału układu nerwowego w patomechanizmie nadczynnego pęcherza a także poszerzą istotnie wiedzę na temat wzajemnych interakcji zachodzących pomiędzy wybranymi neurotropinami a terapią TENS. Wyniki uzyskane w ramach realizacji projektu dostarczą też informacji na temat mechanizmu działania TENS i być może wskażą kierunek rozwoju innowacyjnych metod leczenia nadczynnego pęcherza w pediatrii.