Projekti / Programi
Vloga legumaina pri infekciji in vnetju
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
legumain, infekcija, imunologija, proteomika, proteoliza, substrati, peroksidaza
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
18801 |
dr. Marko Fonović |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2018 - 2022 |
0 |
| 2. |
29544 |
dr. Ajda Taler Verčič |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2019 |
0 |
| 3. |
07561 |
dr. Boris Turk |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2022 |
0 |
| 4. |
26515 |
dr. Aleksandra Usenik |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
0 |
| 5. |
21619 |
dr. Olga Vasiljeva |
Onkologija |
Raziskovalec |
2018 - 2022 |
0 |
| 6. |
33762 |
dr. Robert Vidmar |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2022 |
0 |
| 7. |
32171 |
dr. Matej Vizovišek |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 |
0 |
Organizacije (2)
Povzetek
Legumain ali asparaginilna endopeptidaza (AEP) pripada klanu CD cisteinskih proteaz in cepi svoje substrate izključno za asparaginom in (v manjši meri) za aspartatno kislino. Legumain je evolucijsko visoko ohranjen protein in ga najdemo v številnih živalskih vrstah. Znano je, da sodeluje pri lizosomski homeostazi, predstavitvi antigenov, imunskemu odzivu in signalizaciji pa tudi pri apoptozi in zorenju osteoklastov. Najbolj zanesljivi eksperimentalni podatki o njegovih fizioloških funkcijah temeljijo na fenotipu miši z izbitim genom za legumain, ki je pokazal hemofagocitni sindrom, okvarjeno delovanje ledvic in kopičenje makromolekul v lizosomih, kar je značilno za lizosomske bolezni shranjevanja (ang. storage disorder disease). V zadnjih letih je več raziskav povezalo legumain tudi z različnimi patološkimi stanji kot sta rak in Alzheimerjeva bolezen, izjemno pomembna fiziološka vloga legumaina je sodelovanje pri imunskem odzivu. Prvotno se je domnevalo, da legumain v imunskemu odzivu sodeluje le pri procesiranju tujih proteinov za njihovo predstavitev s kompleksom MHCII, v zadnjem desetletju pa je bilo dokazano, da aktivira Tollu-sorodne receptorje prirojenega imunskega sistema in sodeluje tudi pri procesiranju drugih membranskih receptorjev. V nasprotju z mnogimi drugimi proteazami se fizioloških substratov legumaina na nivoju organizma do sedaj še ni poskušalo identificirati s sistemskimi pristopi, temveč so bili vsi znani substrati odkriti posamezno. Čeprav legumain postaja fiziološko in klinično vedno bolj relevantna tarča, večina njegovih funkcij ostaja neznana predvsem zaradi pomanjkljivih podatkov o njegovih fizioloških substratih. To pokazuje potrebo po sistemski identifikaciji substratov na nivoju celotnega organizma, kar bi predstavljalo pomemben znanstveni dosežek, ki bi odgovoril na številna vprašanja glede njegove splošne fiziološke vloge, še posebej pa glede njegove vloge pri imunskem odzivu. Pred kratkim smo opravili proteomsko analizo mišjih makrofagov z izbitim genom za legumain in naši preliminarni rezultati so pokazali, da odsotnost legumaina v makrofagih povzroči močno zvišanje prisotnosti dveh peroksidaz, ki imata ključno vlogo pri protimikrobnemu imunskemu odzivu (mieloperoksidaza in eozinofilna peroksidaza). Obe peroksidazi tvorita hipoklorovo kislino, ki je močan protimikrobni reagent in sodeluje pri uničevanju patogenih organizmov, pri vnetnih stanjih kot sta astma in hipereozinofilni sindrom pa hipohalogene kisline povzročajo tudi poškodne tkiva. To nakazuje, da bi legumain lahko preko regulacije tvorbe hipohalogenih kislin vplival tudi na vnetne procese, seveda pa molekularni mehanizem tega procesa ostaja neznan. Naš preliminarni eksperiment je pokazal, da predlagana raziskava lahko na molekularnem nivoju pojasni fenotip miši z izbitim genom za legumain in ponudi popolnoma nov vpogled v vlogo legumaina v imunskem odzivu in vnetju, pa tudi v splošno regulacijo teh dveh procesov. V predlaganem projektu nameravamo raziskavo nadgraditi s sistematično proteomsko analizo različnih vrst tkiva mladih in staranih miši z izbitim genom za legumain, kar bo omogočilo boljše razumevanje molekularnega mehanizma preko katerega legumain regulira fiziološke procese. Pridobljene rezultate bomo dopolnili s podatki kvantitativne PCR analize in mrež s protitelesi, kar bo tvorilo osnovo za nadaljno biokemijsko in biološko validacijo identificiranih procesov in fizioloških poti. V zadnji fazi projekta bomo na živalskem modelu opravili in vivo testiranje vpliva lagumaina na antimikrobno aktivnost imunskih celic preko tvorbe hipohalogenih kislin. Zmožnost legumaina, da z uravnavanjem tvorbe hipohalogenih kislin zviša protimikrobno aktivnost imunskih celic bi lahko omogočila razvoj popolnoma novih terapevtskih pristopov za boj proti okužbam.
Pomen za razvoj znanosti
Imunski sistem varuje organizem pred škodljivimi vplivi okolja in je bistvenega pomena za preživetje. Sestavlja ga zelo raznoliko število organov, celic in proteinov in je drugi najbolj zapleten sistem v človeškem telesu (takoj za živčnim sistemom). Nepravilno delovanje imunskega sistema ne ogrozi le obrambe organizma pred okužbo, temveč lahko povzroči resne zdravstvene težave kot so alergije, avtoimunske bolezni, vnetne bolezni in rak. Predlagani raziskovalni projekt je osnovan na preliminarnih rezultatih v okviru katerih smo razkrili novo in unikatno povezavo med cisteinsko proteazo legumainom in visokim zvišanjem prisotnosti peroksidaz povezanih z imunskim odgovorom. Odkrili smo tudi, da legumain preko procesiranja signalnih proteinov lahko sproži imunski odgovor in s tem povzroči tudi nastanek vnetja. Delo predstavljeno v tem projektu bo ponudilo odgovor na dve pomembni osnovni vprašanji. Najprej bo sistematično razkrilo fiziološke substrate legumaina, kar bo omogočilo izjemen vpogled v njegove fiziološke funkcije. Glede na to, da sta struktura legumaina in njegova ozka substratna specifičnost ostali ohranjeni več kot 1000 milijonov let, bi dobljeni rezultati razkrili fiziološki pomen ene izmed pomembnih sesalskih proteaz. Drugo osnovno vprašanje na katero želimo odgovoriti s predlagano raziskavo je povezano s splošno regulacijo imunskega odziva, pri katerem bomo raziskali kako legumain zviša prisotnost proteinov povezanih z vnetjem, imunostjo in odstranjevanjem patogenih organizmov. To bi lahko vodilo do razkritja popolnoma nove fiziološke poti, kar bi samo po sebi predstavljalo pomemben znanstveni preboj. Poleg odgovora na dve osnovni znanstveni vprašanji ima predlagano znanstveno delo tudi praktično vrednosti, kajti od legumaina odvisno zvišanje peroksidazne aktivnosti bi lahko uporabili v klinične namene za izboljšanje imunske odpornosti in učinkovitosti odstranjevanja okužbe s patogenimi organizmi. Prepričani smo, da bodo rezultati predlaganega raziskovalnega projekta imeli velik vpliv na področju imunologije in biomedicinskih znanosti. Kot taki bodo opaženi na mednarodnih raziskovalnih konferencah in v publikacijah z visokim faktorjem vpliva, kar bo pozitivno vplivalo tudi na vidnost in mednarodni položaj slovenske znanosti.
Pomen za razvoj Slovenije
The immune system protects the organism from the harmful influence of the environment and is essential for its survival. It is composed of a large variety of organs, cells and proteins and is the second most complex system in the human body (right after the nervous system). Disorders of the immune system do not only compromise the ability to fight off infections but can also cause severe health issues such as allergies, autoimmune disorders, inflammatory diseases and cancer. Proposed research project is based on our preliminary data which revealed a novel and unique connection between cysteine protease legumain and severe upregulation of peroxidases related to immune response. Furthermore, we also discovered processing of putative regulatory proteins through which legumain could trigger the immune response and subsequent inflammation. Work proposed in this project could therefore answer two important basic questions. First, it would systematically reveal physiological substrates of legumain which would provide unpresedented insight into its physiological functions. Legumain structure and its unique proteolytic specificity has remained higly conserved during the last 1000 million years which means that we can obtain a physiological insight into one of the crucial mammalian proteases. The second basic scientific question this project aims to answer is related to the general regulation of immune response, where we will investigate how legumain upregulates proteins involved in inflammation and immune and pathogen killing. This part of the project could reveal a completely novel physiological pathway which would represent a major scientific breakthrough. Beside answering both basic scientific questions, proposed research could also have very practical implications since observed legumain triggered boost of peroxidase activity might be applied in clinical setting to increase immune resistance and clearance efficiency of pathogen infection. We are convinced that results of the proposed research project will have a significant impact in the field of immunology and biochemical sciences. As such, they will be noted also in international research conferences and high impact publications which will strenghten the international visibility and position of Slovenian science.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
