Funkcionális Farmakológiai Kutatócsoport

Kutatási területek

A kémia és a biológia határterületén aktív kutatócsoportunk fő kutatási területei:

• az asztrociták neuronális aktivitást befolyásoló szerepének vizsgálata egészséges és beteg agyban
• potenciálisan gyógyszerfejlesztésre alkalmas (elsősorban asztrogliális) célfehérjék és -mechanizmusok azonosítása patofiziológiás körülmények között
• toxikológiai teszt platformok fejlesztése és alkalmazása gyógyszerfejlesztési projektekhez

A fenti kutatási területek vizsgálatára multidiszciplináris, in vitro és in vivo fluoreszcens képalkotási, elektrofiziológiai, toxikológiai módszereket, valamint szerves szintetikus megközelítéseket alkalmazunk.

Kutatási témák

Az asztrociták hozzájárulása a neuronális szinkronizációkhoz egészséges és kóros állapotokban

Az asztrocitáknak hosszú időn át kizárólag metabolikus támogató szerepet tulajdonítottak a központi idegrendszerben. Az utóbbi két évtized felfedezései azonban az idegrendszeri ingerületátvitel fontos szereplőiként azonosították őket, akik jelentős szerepet játszanak a neuronális aktivitás szabályozásában mind fiziológiás, mind patofiziológiás körülmények között (Héja, 2014). Korábbi munkáinkban elektrofiziológiai és képalkotó módszerekkel vizsgáltuk, hogy az asztrogliális aktivitást jól reprezentáló Ca²⁺ ion tranziensek megjelenése megfelel-e a neuronális aktivitás térbeli mintázatának. Kimutattuk, hogy a neuronális epileptiform kisülésekhez kapcsolódóan az asztrociták is szinkronizált aktivitást produkálnak, mely asztrogliális roham-szerű eseményekké evolválódik (Kékesi et al., 2015). Vagyis az asztrocitáknak megvan az a képessége, hogy indukálják a kóros mértékű neuronális szinkronizáció kialakulását epilepsziában.

A fenti kutatások kiterjesztéseként vizsgáljuk továbbá, hogy az asztrociták hozzájárulnak-e egyes fiziológiás neuronális szinkronizációk, mint például a memória konszolidációban kulcsszerepet játszó alvási lassú hullám aktivitások kialakulásához. Ennek céljából egy, a kutatóközpont Biomembrán Kutatócsoportjával (EI) kooperációban létrehozott új, Ca²⁺ ion szenzor fehérjét kifejező transzgenikus patkányokat használunk. Ezen állatokat sikeresen használtuk a neuronális és asztrogliális aktivitás alvás alatti párhuzamos monitorozására in vivo. Kimutattuk, hogy az asztrocita hálózat szinkronizációja megelőzi a neuronális szinkronizáció kialakulását, ami arra utal, hogy az asztrocita syncytiumnak oksági szerepe van a lassú-hullám aktivitás létrehozásában.

Mind az asztrociták, mind a neuronok aktívak az in vivo lassú-hullám aktivitás alatt. A: A GCaMP2 fehérjét expresszáló stabil transzgenikus patkány vonal in vivo vizsgálata. B: A GCaMP2 fehérje (zöld) kifejeződése és az asztrociták megjelölése intravénásan alkalmazott SR101 festékkel (piros). Mind a neuronok (nyilak), mind az asztrociták (nyílhegyek) kifejezik a GCaMP2 fehérjét. C: A lokális mezőpotenciál (LFP) és a neuronális (fekete) és asztrogliális (piros) Ca2+ ion tranziensek egyidejű detektálása lassú-hullám aktivitás alatt.

Astrogliális neurotranszmitter transzporterek és réskapcsolat fehérjék, mint potenciális anti-epileptikumok

Korábban kimutattuk, hogy az asztrociták jelentősen hozzájárulnak a neuronokra ható tónusos gátlás kialakításához azáltal, hogy GABA-t szabadítanak fel. A gliális Glu/GABA cserefolyamatot (Héja et al., 2009, 2012) a szinaptikusan felszabaduló Glu gliális felvétele váltja ki. A létrejövő asztrogliális negatív visszacsatolás mértéke arányos a hálózati aktivitás nagyságával, ami különösen alkalmassá teszi ezen mechanizmust arra, hogy anti-epileptikus gyógyszerfejlesztési célpont lehessen. Fontos ebből a szempontból, hogy a cserefolyamat érdemi alkotói, mint például a putrescin-GABA szintetikus útvonal vagy a GAT-3 fehérje kifejeződése önmagukban is felerősödnek epileptikus körülmények között. From a pharmacological point of view, it is also important to note that the widely used AEDs levetiracetam and clobazam have been demonstrated to increase GAT-3 expression in the hippocampus.

A Glu/GABA cserefolyamat sematikus ábrázolása

In addition to the GABA and Glu transporters, we also showed that blockade of intercellular gap junctional communication between astrocytes decreased the astrocytic synchronization and consequently inhibited or completely prevented the generation of recurrent SLEs. Therefore, the potential glial targets in AED development also includes another glial protein, the gap junction forming connexin43.

Hepatocyte-Kupffer cell cultures as advanced toxicity platforms

Munkacsoportunk további érdeklődési területe a máj uptake és efflux transzportereinek szerepe a gyógyszerindukált májkárosodás folyamatában, gyógyszerek és potenciális gyógyszermolekulák farmakokinetikai paramétereinek alakulásában, transzporter-gyógyszer interakciók vizsgálata. Tevékenységi körünkbe tartoznak gyógyszerek és potenciális gyógyszerek in vitro metabolizmusának felderítése, fázis I, fázis II metabolizáló enzimek és a máj transzporter proteinjeinek indukció és gátlás vizsgálatai. Jó eredményeket értünk el egy hepatocita-Kupffer sejt ko-kultúrán alapuló in vitro májmodell kidolgozásában, amelyet a nem parenchimális sejtek hepatoxikus folyamatokban játszott szerepének vizsgálatára fejlesztünk. A laboratórium citotoxicitás teszteket, Ca²⁺ homeosztázist, a fázis I, II enzimek, uptake és efflux transzporterek expresszióját, lokalizációját és funkcionális működését jellemző esszéket alkalmaz különféle fajokból (humán, rágcsáló, kutya) származó primer hepatocita szendvics kultúrában.

Új típusú hepatocita-Kupffer sejt kokultúra in vitro modell rendszereket fejlesztünk és alkalmazunk gyógyszerek és nanoanyagok toxikológiai szkrínelésére. A kutatóközpont más csoportjai részére rendszeresen végzünk toxikológiai vizsgálatokat.

A hepatotoxicitási vizsgálatokat szerves kémiai szintéziseink is támogatják. Fluoreszcensen jelzett epesavakat szintetizálunk, melyek az emésztésben és a lipid metabolizmusban betöltött szerepük feltárása miatt rendkívül fontosak. Használatukkal számos transzporter fehérje mint például az OATP (szerves anion transzporter fehérjék) és BSEP (epesav export pumpa fehérjék) működésének mechanizmusát tanulmányozhatjuk. Kutatásaink során epesavak NBD (4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol) konjugátumainak előállítását végezzük többlépéses szintézisek során.

Műszerek, berendezések

• FEMTONICS 2D 2-foton mikroszkóp szimultán elektrofiziológiai detektálással, Ti-Sapphire lézer
• OLYMPUS FV300 konfokális pásztázó lézer mikroszkóp 458 nm, 488 nm, 514 nm, 543 nm, 633 nm-es lézerrel, infravörös kamera (CCDIR XC-EI50) és elektrofiziológiai detektálás
• Elektrofiziológiai és szimultán optikai képalkotó berendezés (OLYMPUS BX51WI mikroszkóp, Axopatch 200B and Multiclamp 700A erősítők, Digidata 1320 and Digidata 1322A konverterek & 5 MHz Micromax CCD kamera, NeuroPDA-III, WuTech H-469IV fotódióda mátrix
• Receptor- és transzporter farmakológiai laboratóriumok, mikrocentrifugák, szűrőberendezések
• Multi-mode microplate olvasók radioaktív és fluoreszecnscens detektálással
• Sejt- és szövettenyésztési laboratóriumok, hidegszoba
• HPLC, fluorimeter, ultracentrifuga, Western blot eszközök, mély-hűtők
• Hozzáférés a központ radioizotóp laboratóriumához, likvid szcintillációs számlálók
• Hozzáférés a központ állatházához
• Hozzáférés a Semmelweis Egyetem Humán Szövetbankjához

Együttműködések

• Semmelweis Egyetem
• Eötvös Loránd Tudományegyetem
• MTA, Szegedi Biológiai Kutatóközpont
• Szent István Egyetem
• Catholic University of Louvain,
• Charité, Berlin
• University of Copenhagen
• Biopredic International, France
• University of Rennes
• Richter Gedeon Gyógyszergyár
• Solvo Zrt.
• Toxi Coop Zrt.

Oktatási tevékenység

• PhD program (ELTE, BME, Semmelweis Egyetem)
• MSc program (BME, Szent István Egyetem)

Válogatott közlemények

Kardos J, Szabó Z, Héja L. J Med Chem, 2016, 59:777-787
Kékesi O, Ioja E, Szabó Zs, Kardos J, Héja L. Front Cell Neurosci 2015, 9: 215
Héja L, Nyitrai G, Kékesi O, Dobolyi A, Szabó P, Fiáth R, Ulbert I, Pál-Szenthe B, Palkovits M, Kardos J. BMC Biol. 2012, 10:26
Carta M, Lanore F, Rebola N, Szabo Z, Da Silva SV, Lourenço J, Verraes A, Nadler A, Schultz C, Blanchet C, Mulle C. Neuron 2014, 81:787.
Okiyoneda T, Veit G, Dekkers JF, Bagdany M, Soya N, Xu H, Roldan A, Verkman AS, Kurth M, Simon A, Hegedus T, Beekman JM, Lukacs GL. Nature Chem Biol. 2013, 9:444.
Jemnitz K, Szabo M, Batai-Konczos A, Szabo P, Magda B, Veres Z. Drug Metab Lett. 2015, 9:17-27.
Szabo M, Veres Z, Baranyai Z, Jakab F, Jemnitz K. PLoS One 2013, 8:e59432.

Vezető

Héja László

Munkatársak