BoT-BRAIN
Analiza selektivne distribucije botulinum toksina tipa A u središnjem živčanom sustavu
Akronim projekta:
BoT-BRAIN
Engleski naziv projekta:
Analysis of the Selective Distribution of Botulinum Toxin type A in the Central Nervous System
Voditeljica projekta:
prof. dr. sc. Lidija Bach-Rojecky
Suradnici sa Sveučilišta u Zagrebu Farmaceutsko-biokemijskog fakulteta:
Dalia Nemanić, univ. mag. pharm.
Mihael Grdunac, univ. mag. pharm.
prof. dr. sc. Jerka Dumić
prof. dr. sc. Gordan Lauc
doc. dr. sc. Domagoj Kifer
Ostali suradnici:
doc. dr. sc. Ivica Matak (Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet)
dr. sc. Patrik Meglić (Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet)
doc. dr. sc. Marko Žarak (KB Dubrava)
dr. sc. Petra Šoštarić Mužić (Karolinska Institut, Department of Neuroscience)
Trajanje projekta:
48 mjeseci
Sažetak
Botulinum toksin tipa A (BoNT-A) inhibira egzocitozu neurotransmitora cijepanjem SNAP-25 proteina, što je temelj njegova antinociceptivnog učinka. Na eksperimentalnim modelima upalne i neuropatske boli dokazano je njegovo djelovanje koje ovisi o retrogradnom transportu s perifernog mjesta primjene do središnjih struktura gdje interferira sa sustavima uključenim u transmisiju i modulaciju nocicepcije (primjerice, opioidni, GABA, glutamatni).
Novija istraživanja upućuju na mogućnost među-sinaptičkog prijenosa (transcitoze) BoNT-A, no nije jasno u koje stanice ulazi i putuje li dalje od prve sinapse. Hipoteza predloženog projekta je da BoNT-A nakon izlaska iz primarnog aferentnog vlakna selektivno ulazi u druge stanice, ovisno o aktivnosti i glikozilacijskim obrascima, te se distribuira u različite regije mozga uključene u nocicepciju, a moguće i šire od toga.
Ciljevi su ispitati distribuciju BoNT-A u dijelovima trigeminalnog sustava i u mozgu, ovisno o dozi, mjestu primjene i glikanskoj ekspresiji, te utvrditi ulogu galektina. Koristit će se model trigeminalne neuropatije u štakora, a BoNT-A će biti primijenjen u različitim dozama i u više mjesta u području inervacije trigeminalnog živca.
Na uzorcima tkiva trigeminalnog živca, trigeminalnog ganglija, trigeminalne jezgre i različitih regija mozga provest će se imunohistokemijska analiza i kolokalizacija markera djelovanja BoNT-A s markerima drugih stanica, uključujući markere glikana i galektina.
Razvit će se računalna metoda za kvantitativnu analizu signala i prepoznavanje kolokalizacije čime će se unaprijediti i ubrzati analiza velikog broja imunohistokemijskih podataka. Projekt doprinosi razumijevanju distribucije BoNT-A u središnjem živčanom sustavu, što može ukazati na potencijalne nove kliničke primjene, ali i rizike primjene, te razvoju digitalnih alata za analizu podataka u neurobiološkim istraživanjima.
Abstract
Botulinum toxin type A (BoNT-A) inhibits neurotransmitter exocytosis by cleaving the SNAP-25 protein, a mechanism that contributes to its antinociceptive effects. Experimental models of inflammatory and neuropathic pain indicate that these effects involve retrograde transport of BoNT-A from the peripheral site of administration to central nervous system structures, where it modulates signaling pathways involved in nociceptive transmission and processing, including opioid, GABAergic, and glutamatergic systems.
Recent studies have also suggested the possibility of trans-synaptic transport, or transcytosis, of BoNT-A. However, the cellular targets involved in this process and the extent to which the toxin may travel beyond the first synapse remain unclear.
The central hypothesis is that, following its release from primary afferent fibers, BoNT-A is selectively internalized by other cell types in an activity- and glycosylation-dependent manner and subsequently distributed to brain regions involved in nociceptive processing, potentially extending beyond the nociceptive system.
The aims of the project are to investigate the distribution of BoNT-A within the trigeminal system and throughout the brain as a function of dose, site of administration, and glycan expression, and to determine the role of galectins.
A rat model of trigeminal neuropathy will be used, with BoNT-A administered at different doses and at multiple sites within the trigeminal nerve innervation area. Tissue samples from the trigeminal nerve, trigeminal ganglion, trigeminal nuclei, and selected brain regions will be subjected to immunohistochemical analysis.
Colocalization studies will assess markers of BoNT-A activity in relation to specific cellular markers as well as glycans and galectins. In parallel, a computational method will be developed for quantitative signal analysis and automated colocalization detection, with the aim of improving the efficiency and reproducibility of large-scale immunohistochemical data analysis.
The project is expected to improve our understanding of BoNT-A distribution within the central nervous system and may help identify novel mechanisms of action, potential clinical applications, and previously unrecognized risks associated with its use. In addition, the project will contribute to the development of digital tools for quantitative analysis in neurobiological research.
Aktivnosti
- Ispitati distribuciju BoNT-A u trigeminalnoj jezgri, trigeminalnom živcu i gangliju te mozgu štakora nakon njegove periferne primjene, u ovisnosti o primijenjenoj dozi.
- Ispitati moguće razlike u distribuciji u uvjetima bez boli i u modelu kronične trigeminalne neuropatije.
- Ispitati kolokalizaciju BoNT-A sa specifičnim markerima određenih stanica (neurona, glije) u različitim regijama mozga, u ovisnosti o ekspresiji glikana.
- Ispitati uključenost ekspresije galektina u distribuciju BoNT-A.
- Razviti računalni alat za automatsku kvantifikaciju imunohistokemijskih signala u neuronskom tkivu i uspostaviti računalnu metodu za analizu kolokalizacije između različitih proteinskih markera (npr. cl-SNAP-25 i neuronskih podtipova) s mogućnošću pokretanja analize u računalnoj okolini za računarstvo visokih performansi (High Performance Computing, HPC) s ciljem ubrzanja analize velike količine podataka (Big Data).
Publikacije
Nemanić, Dalia; Grdunac, Mihael; Mužić, Petra Šoštarić; Meglić, Patrik; Matak, Ivica; Bach-Rojecky, Lidija. Regional Brain Localization of Botulinum Toxin Type A-Truncated Synaptosomal-Associated Protein 25 After Injection into the Rat Hind Paw. Toxins, 18 (2026), 6; 261–278.
Poveznice
Projekt je financiran sredstvima Europske unije – NextGenerationEU.