Interaction of UV light with peptides and proteins: study of the role of aromatic amino acid residues in the photolysis of disulphide bridges by synthetic peptide models  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100720
Type K
Principal investigator Deckerné dr. Majer, Zsuzsanna
Title in Hungarian Peptidek, fehérjék kölcsönhatása UV-fénnyel: aromás aminosavak szerepének vizsgálata a diszulfidhidak fotolízisében ciklopeptid modellekkel
Title in English Interaction of UV light with peptides and proteins: study of the role of aromatic amino acid residues in the photolysis of disulphide bridges by synthetic peptide models
Keywords in Hungarian fotolízis, ciklopeptidek, szerkezetvizsgálat, fluoreszcencia
Keywords in English photolysis, cyclic peptides, structure analysis, fluorescence
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)60 %
Ortelius classification: Carbon chemistry
Biophysics (Council of Physical Sciences)25 %
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)15 %
Ortelius classification: Spectrochemistry
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Csík, Gabriella
Gróf, Pál
Illyés, Eszter Emese
Knapp, Krisztina Nóra
Nemes, Anikó
Starting date 2012-04-01
Closing date 2015-09-30
Funding (in million HUF) 26.326
FTE (full time equivalent) 6.72
state closed project
Summary in Hungarian
UV besugárzás hatására létrejövő szerkezeti változások módosíthatják a fehérjék biológiai működését. A szerkezeti károsodások az aminosavak kromofor csoportjainak foton abszorpciójára vezethetők vissza, melyek a közeli diszulfid hidak reduktív hasadását eredményezhetik. Kutatásunk során (a) meghatározzuk azokat a körülményeket, amelyek befolyásolják a diszulfidhidak fotolízisét az aromás aminosavrészek fényabszorpciójának hatására, (b) tanulmányozzuk a fotolízis mechanizmusát és a szerkezeti változásokat. A pályázat lehetőséget nyújt a Kiroptikai Szerkezetkutató Laboratóriumban működő (KSzL) Jasco 810 spektropolariméter kibővítésére, amely egy új, fluoreszcens detektált cirkuláris dikroizmus spektroszkópiai módszer (FDCD) alkalmazását teszi lehetővé. A FDCD spektroszkópia igen érzékeny módszer fluoreszcens kromoforok kimutatására és szerkezetük vizsgálatára. A FDCD, tömeg és elektron spin rezonancia spektroszkópiai (ESR) méréseink eredményei elősegíthetik a többlépéses fotolízis körülményeinek és mechanizmusának felderítését és ezzel a fehérjék hő- és fényérzékenységének tisztázását, és ezáltal ipari és biotechnológia alkalmazásokat is elősegíthetnek. A spektroszkópiai fejlesztéssel a KSzL kutatási lehetőségei tovább bővülnének együttműködő partnereinkkel (akadémiai kutatócsoportok, gyógyszeripar) folytatott szerkezet-biológiai hatás összefüggés vizsgálatainkban is.
Summary
The exposure of proteins to near-UV irradiation induces structural changes and alters their biological functions. These structural damages are attributed to the photon absorption of the chromophoric groups of amino acid residues by entailing the reductive cleavage of the disulfide bridges. The aims of present proposal are (a) to define those conditions which have significant influences on the photolysis of the disulfide bridge upon light absorption of tryptophan / aromatic amino acid residue(s), (b) to study the mechanism and the structural changes induced by this type of photolysis. The proposal serves as a base for the enlargement of the Jasco 810 spectropolarimeter in the Laboratory for Chiroptical Structure Analysis, hereby it facilities the use of the new fluorescent detected circular dichroism spectroscopy (FDCD). This new spectroscopical method, which provides a sensitive tool for the detection and the structural analysis of fluorescens chromophors, together with mass and electron spin resonance spectroscopies enable our laboratory the reveal the conditions and the mechanism of the multistep photo degradations of proteins. The results of present project can extend our knowledge about chemical and thermal stability of proteins, therefore can facilitate biotechnological and industrial applications too. In addition the FDCD enlarges our research potential in structure/biological activity studies with our collaborators (research groups of HAS, pharmaceutical companies).




 

Final report

  
Results in Hungarian
A fehérjék, peptidek fotobomlása a legtöbb esetben összefügg kromofór csoportjaik, főleg a triptofán, tirozin, cisztein, cisztin fényabszorbciójával. Tény, hogy a diszulfidhidak közelében lévő triptofán oldallánc (4.7Å) okozhatja a diszulfidhidak fotoredukcióját. Több adat alátámasztja, hogy a keletkezett tiil-gyök további reakciókat indukál és másodlagos bomlástermékek is keletkeznek. A fotolízist és a diszulfidhidak hasadását egyszerűbb ciklikus peptid modellekkel tanulmányozni. A szintetizált ciklikus pentapeptidek sorozatában a szekvencia egy aromás aminosavat tartalmaz, a ciklizálás diszulfidhíddal történt. A modelleket UVB fénnyel sugároztuk be és a keletkező szulfhidrilt fluorofór vegyülettel reagáltattuk, a peptid-fluorofór addukt detektálása és mennyiségi meghatározása fluoreszcens spektroszkópiával történt. Kidolgoztunk egy HPLC-módszert is a detektálásra. A lineáris peptidek fluorofórral jelzett származékainak, valamint a fotolizált peptid oldatok LC-MS és MS/MS vizsgálata alapján kimutattuk a fotolizis melléktermékeit is a peptid addukt mellett. Az elvégzett NMR konformációs analízis és a meghatározott szulfhidril értékek szerint, a vizsgált peptid modellekben a diszulfidhíd hasadása nem függ az aromás mag távolságától. ESR vizsgálatok is történtek a keletkezett szabad gyökök kimutatására. Az elegyben találtunk O-centrumú gyököket, melyek részben a viz fotolízisekor, részben a víz és az elhasadt diszulfidhíd reakciójában keletkezhettek.
Results in English
Proteins and peptides are subjects of photodegradation due to absorption of incident light of chromophores, mainly tryptophan, tyrosine, cysteine and cystine. The close distances between side chain of tryptophan and disulfide bonds (4-7Å) can be responsible for the photoreduction of disulfide bond. Data suggest that, the thyil radical is involved in other additional reaction producing secondary photoproducts, too. To resolve the conditions of photolysis more deeply prompted us to study the disulfide scission by small cyclic peptide models. We synthetised a library of cyclic pentapeptides containing an aromatic amino acid and disulfide bridge in sequence. The photolysis of models was studied using UVB light sources for irradiation and the photochemical splitting of disulfide bridge was detected and quantified by sulphydryl-specific fluorescent labels using fluorescence spectroscopy and a developed HPLC-method. Studying the fluorescent labeled linear peptide and the photolitic mixture by LC-MS and MS/MS we identified some byproduct of photodegradation nearby peptide adducts. According to conformational analyses of models by NMR and the detected sulphydryl amounts, it seems no distance dependence of the disulfide scission in the small models. We investigated the free radical production by a spin trapping molecule. There were present O-centered radicals partway from the photolysis of the water, but also as a product of reactions between water and the disrupted SS-bonds.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100720
Decision
Yes





 

List of publications

  
Szabados, H., Uray,K., Majer,Zs., Silló,P., Kárpáti,S., Hudecz, F., Bősze, Sz.: Characterization of desmoglein-3 epitope region peptides as synthetic antigens: analysis of their in vitro T cell stimulating efficacy, cytotoxicity, stability, and their conformational features, J. Pept. Sci. 21: 731–742, 2015
Bódis E., Raics K., Nyitrai M., Majer Zs., Lukács A: Flurescence Lifetime Distributions Report on Protein Destabilisation in Quenching Experiments, J. Photochemistry and Photobiology B: Biology 129, pp. 108-114, 2013
Illyés E., Staelens S., Vanhooren A., Deckmyn H., Hanssens I. Majer Zs.: Role of the Trp-disulfide Triads in the UV Light Induced Degradation of a Monoclonal Antibody scFv, International Journal of Biochemistry Research & Review 4(5), pp.367-385, 2014
Enyedi K.N., Czajlik A., Knapp K., Láng A., Majer Zs., Lajkó E., Kőhidai L., Perczel A., Mező G.: Development of cyclic NGR peptides with Thioether Linkage: structure and dynamics determing deamidation and bioactivity, J. Medicinal Chemistry 58, 1806-1817, 2015
Majer, Zs., Vass, E., Roscic, M., Hollósi, M., Horvat, S., Jakas, A.: Metal-binding ability of Leu-enkephalin, related glycoconjugates and, Croatica Chemica Acta, elfogadott, 2015
Majer, Zs., Bősze, Sz., Szabó, I., Mihucz, V. G., Gaál, A., Szilvágyi, G., Pepponi,G., Meirer,F., Wobrauschek,P., Szoboszlai,N., Ingerle,D., Streli, C.: Study of dinuclear Rh(II) complexes of phenylalanine derivatives as potential anticancer agents by using X-ray fluorescence and X-ray absorption, Microchemical Journal 120, pp 51–57, 2015
97. Orosz, Á.; Mező, G.; Herényi, L.; Habdas, J.; Majer, Zs.; Myśliwa-Kurdziel, B.; Tóth K.; Csík, G.;: Binding of new cationic porphyrin–tetrapeptide conjugates to nucleoprotein complexes, Biophysical Chemistry, 177-178, pp 14–23, 2013
Orosz, A.; Mező, G.; Herényi, L.; Habdas, J.; Majer, Zs.; Myśliwa-Kurdziel, B.; Tóth, K.; Csík, G.: Binding of new cationic porphyrin-tetrapeptide conjugates to nucleoprotein complexes, Biophysical Chemistry, 177–178, pp. 14-23, 2013
Bódis E., Raics K., Nyitrai M., Majer Zs., Lukács A: Flurescence Lifetime Distributions Report on Protein Destabilisation in Quenching Experiments, J. Photochemistry and Photobiology B: Biology 129, pp. 108-114, 2013
Knapp K., Górecki M., Frelek J., Luboradzki R., Hollósi M., Majer Zs., Vass E.: Comprehensive Chiroptical Study of Proline-Containing Diamide Compounds, Chirality 26, pp. 228–242, 2014
Bánóczi Z., Tantos Á., Farkas A., Majer Zs., Dókus L.E., Tompa P., Hudecz F.: New m-calpain substrate-based azapeptide inhibitors, J. Peptide Science 19, pp. 370–376., 2013
Csík G., Gróf P., Knapp K., Nemes A., Majer Zs.: Trp-mediated photo reduction of disulfide bonds modelling by peptides, Peptide Science 2013: 4th Asia-Pacific Intenational Peptide Symposium/50th Japanese peptide Symposium, 2013
Illyés E., Staelens S., Vanhooren A., Deckmyn H., Hanssens I. Majer Zs.: Role of the Trp-disulfide Triads in the UV Light Induced Degradation of a Monoclonal Antibody scFv, International Journal of Biochemistry Research & Review 4, pp.367-385, 2014
Illyés E., Knapp K., Csík G., Majer Zs.: Role of cation-pi interaction in the photolysis of disulphide bridge containing cyclic model peptides, Peptides 2012, Proceedings of 32. European peptide Symposium (Eds. G. Kokotos, V. Constantinou-Kokotou, J. Matsuokas, 678-9 oldal), 2012
Orosz, A., Mező, G., Herényi, L., Habdas, J., Majer, Zs., Myśliwa-Kurdziel, B., Tóth, K., Csík, G.: Binding of new cationic porphyrin-tetrapeptide conjugates to nucleoprotein complexes, Biophysical Chemistry, 177–178, pp. 14-23, 2013
Knapp K., Górecki M., Frelek J., Luboradzki R., Hollósi M., Majer Zs., Vass E.: Comprehensive Chiroptical Study of Proline-Containing Diamide Compounds, Chirality 26, pp. 228–242, 2014
Csík G., Gróf P., Knapp K., Nemes A., Majer Zs.: Trp-mediated photo reduction of disulfide bonds modelling by peptides, Peptide Science 2013: Proceedings of 4th Asia-Pacific Int. Peptide Symp./50th Japanese Peptide Symp. Osaka, Japan (Eds.Y. Nishiuchi, T. Teshima), pp 185-188, 2013
Majer Zs., Nemes A., Knapp K., Cserép G.B., Kele P., Csik G., Gróf P., Illyés E.: The study of thiol-responsive traceable method on photolysis of peptides, proteins, 5th EuCheMS Chemistry Congress Istanbul, Turkey Konferencia kötet 1243. oldal, 2014
Knapp K., Nemes A., Cserép G.B., Kele P., Csik G., Majer Zs.: Thiol-specific fluorescent labels for monitoring UV mediated disulfide scission, 20th International Conference on Organic Synthesis, Budapest, 2014
Schlosser G., Knapp K., Illyés E., Majer Zs.: Szulfhidril-csoportok azonosítása peptidekben fluoreszcens jelzés és tandem tömegspektrometria kombinálásával, MKE 2. Nemzeti Konferencia, Hajdúszoboszló, 2015
Knapp K., Nemes A., Cserép G.B., Kele P., Csik G., Majer Zs.: Peptidek fotolízisének vizsgálata tiolspecifikus fluoreszcens jelzővegyületekkel, XX. Nemzetközi Vegyészkonferencia (EMT), Kolozsvár Románia, konferencia kötet 66. oldal, 2014
Knapp K., Nagy T. M., Timári I., Borics A., Kövér K., Csik G., Illyés E., Majer Zs.: Fehérjék fotolízisének tanulmányozása peptidmodellekkel, MKE 2. Nemzeti Konferencia, Hajdúszoboszló, 2015
Gróf P., Knapp K., Csík G., Majer Zs.: Diszulfidhidat tartalmazó ciklikus peptidek UV-besugárzásának hatására keletkező szabadgyökök detektálása, A Magyar Biofizikai Társaság XXV. Kongresszusa, Budapest konferencia kötet 87. oldal, 2015
Katarzyńska J., Knapp K., Majer Zs., Kocięba M., Artym J., Zimecki M., Jankowski S.: Cyclopeptides with potential immunosuppressive activities, 6th Polish Discussion of Medical Chemistry, Lublin Lengyelország, 2014
Gróf P., Knapp K., Schlosser G., Nagy T. M., Timári I., Borics A., Kövér K., Csik G., Majer Zs.: Diszulfidhidat tartalmazó ciklikus peptidek UV-besugárzásának hatására keletkező szabadgyökök és szulfhidril-csoportok detektálása, Magyar Tudomány, beküldve, 2015
Knapp K., Majer Zs., Schlosser G.: Combination of fluorogenic tagging and tandem mass spectrometry for monitoring sulfhydryl groups in oligopeptides, J. Mass Spectrometry beküldve, 2015
Czirók Márton (Témavezető: Majer Zs., Knapp K.): Kation-π kölcsönhatás szerepe a diszulfid-hidak fotolízisében, ELTE TTK Szakdolgozat Kémia alapszak, 2013
Majer Zs., Szilvágyi G., Benedek L., Csámpai A., Hollósi M., Vass E.: Chelate structure of a dirhodium-amino acid complex identified by chiroptical and NMR spectroscopy, Eur. J. Inorg. Chem. 2013., 3020-3027, 2013
Illyés E., Knapp K., Csík G., Majer Zs.: Role of cation-pi interaction in the photolysis of disulphide bridge containing cyclic model peptides, Peptides 2012, Proceedings of 32. European peptide Symposium (Eds. G. Kokotos, V. Constantinou-Kokotou, J. Matsuokas, 678-9 oldal), 2012
Báti G., Szilvágyi G., Majer Zs.: A metionin-oldallánc szerepe a diródium-komplexek kialakulásában: szintézis és szerkezetmeghatározás, XVIII. Nemzetközi Vegyészkonferencia (EMT), Félixfürdő, Konferencia kötet, 110. old., 2012




 

Events of the project

  
2014-09-10 14:43:50
Résztvevők változása
2012-10-15 14:07:44
Résztvevők változása



Back »