Identification of the proteins that form the mitochondrial permeability transition pore  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100918
Type K
Principal investigator Chinopoulos, Christos
Title in Hungarian A mitokondriális permeabilitási tranzíciós pórust kialakító fehérjék azonosítása
Title in English Identification of the proteins that form the mitochondrial permeability transition pore
Keywords in Hungarian adenin nukleotid transzlokátor, permeabilitási tranzíciós pórus, bongkreksav, kladisztika
Keywords in English adenine nucleotide translocase, permeability transition pore, bongkrekic acid, cladistics
Discipline
Metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)90 %
Ortelius classification: Metabolism
Comparative physiology (Council of Medical and Biological Sciences)5 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)5 %
Ortelius classification: Biochemistry
Panel Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent Dept. of Medical Biochemistry (Semmelweis University)
Participants Dóczi, Judit
Kiss, Gergely
Konrád, Csaba
Mihályi, Csaba
Sorum, Em Ben
Törőcsik, Beáta
Turiák, Lilla
Vékey, Károly
Starting date 2012-04-01
Closing date 2016-09-30
Funding (in million HUF) 32.001
FTE (full time equivalent) 7.49
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
A mitokondriális permeabilitási tranzíciós pórus (PTP) ismeretlen fehérjékből álló feltételezett képlet, amely a mitokondriális membránintegritást megszakítva sejthalált indukál. Az adenin nukleotid transzlokátor (ANT) ennek a pórusnak nem építő-, de szabályozóeleme. A Crustacea altörzshöz tartozó Artemia franciscana embrió ANT-ának aminosav szekvenciáján egy meghatározott szakasz más szervezetekkel összehasonlítva csekély hasonlóságot mutat. Ez az ANT ellenáll a bongkreksav (BKA) gátló hatásának. A BKA jól ismert gátlószere a PTP-nak is. Artemia franciscana embriókból származó mitokondriumokban nincs PTP. Felmerül tehát a pórust felépítő elemek azonosításának lehetősége. Megközelítésünk a következő: i) Artemia nemhez kapcsolható taxák fajaiból származó mitokondriumokban az ANT működés BKA érzékenységének és a PTP meglétének/hiányának vizsgálata ii) ugyanezen fajokból izolált ANT-t kódoló mRNS-ek szekvenálása és összehasonlítása, olyan homológ régiók keresése, melyek az ANT működés BKA érzékenységéhez és a PTP meglététhez/hiányához kapcsolhatóak iii) az Artemia ANT gén expresszáltatása olyan élesztőben, melyben egyáltalán nincs endogén ANT, továbbá bevitele olyan sejtvonalakba, melyekben az endogén ANT maximálisan elcsendesített, így vizsgálva a PTP meglétét/hiányát és az ANT működés BKA érzékenységét iv) olyan fehérjék azonosítása, melyek heterológ környezetben nem lépnek kölcsönhatásba az Artemia ANT-ral v) az így talált fehérjék elcsendesítése natív sejtvonalakban, azt vizsgálva, hogy vajon a PTP kialakulása ilyen körülmények között is kiváltható-e?
A kutatás alapkérdése
Az előterjesztésben vázolt kísérletek célja olyan fehérjék azonosítása, melyek kölcsönhatásba lépnek az emlős vagy az élesztő ANT-ával olyan natív rendszerben, ahol van PTP formáció, valamint összehasonlításuk azokkal a fehérjékkel, melyek kölcsönhatnak az Artemia vagy Artemia-szerű ANT-ral az azt expresszáló natív rendszerekben, ahol a PTP kialakulásának lehetősége valószínűleg elveszett. Azok a fehérjék, melyek jelen vannak az előbbi rendszerben, viszont hiányoznak az utóbbiból, feltehetően részt vesznek a PTP felépítésében. Ezeknek a fehérjéknek a PTP kialakulásában játszott szerepe tisztázható, ha expressziójukat olyan natív rendszerben csendesítjük el, ahol jelenlétükben van PTP formáció.
Mi a kutatás jelentősége?
Annak ellenére, hogy a permeabilitási tranzíciós pórus kialakulása – és az azt kísérő sejtpusztulás – számos gyógyíthatatlan emberi betegség lefolyása során bekövetkezik, a pórus felépítő fehérjéket a mai napig nem sikerült azonosítani. Ez határozott gátat szab a lehetséges gyógyszercélpontok azonosításának csakúgy, mint további terápiás fejlesztéseknek. Ennél fogva könnyen belátható, hogy ezeknek a fehérjéknek az azonosítása sürgető feladat. Ennek az előterjesztésnek a jelentősége a mitokondriális permeabilitási tranzíciós pórust felépítő fehérjék azonosításának újszerű megközelítésében rejlik. Az azonosított pórusformáló fehérjék, mint gyógyszeres beavatkozásra alkalmas lehetséges célpontok, gyakorlati alkalmazást nyerhetnének a jövőben.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
A „permeabilitási tranzíciós pórus” (PTP) egy olyan jelenség, amely patológiás stressznek kitett sejtek mitokondriumaiban figyelhető meg és hozzájárul azok pusztulásához számos változatos megbetegedésben, a ráktól kezdve az autoimmun betegségeken át a neurodenerációig. A pórus építőelemeit a mai napig nem sikerült azonosítani. Ez határozott gátat szab a lehetséges gyógyszercélpontok azonosításának csakúgy, mint további terápiás fejlesztéseknek. Ennél fogva könnyen belátható, hogy ezeknek a fehérjéknek az azonosítása sürgető feladat. Az adenin nukleotid transzlokátornak (ANT) nevezett mitokondriális fehérje szabályozó-, de nem építőeleme ennek a pórusnak. Egy rákféle, az Artemia franciscana embriói egyedi ANT-ral rendelkeznek, emellett pedig PTP sincs bennük. A jelenségben lehetőséget látunk arra, hogy felderítsük a pórus felépítő komponenseit, azáltal, hogy megvizsgáljuk, mely fehérjék lépnek kölcsönhatásba a rákféle ANT-ával, ahol hiányzik a pórus, és melyek az emlősők ANT-ával, ahol a pórus könnyen demonstrálható. A tanulmányhoz nem lesznek gerinces állatok felhasználva, mivel azok mindegyikében megtalálható a PTP, így nem alkalmazhatóak összehasonlításra.
Summary
SUMMARY (for the scientifically qualified assessor)
The mitochondrial permeability transition pore (PTP) is a presumed assembly of proteins of unknown identity that disrupt mitochondrial membrane integrity, and initiate cell death. The adenine nucleotide translocase (ANT) is a modulatory –but not assembling- component of this pore. Embryos of the crustacean Artemia franciscana exhibit a distinct sequence of the ANT with low similarity compared to those from other organisms. This ANT is refractory to bongkrekic acid (BKA). BKA is also an inhibitor of the PTP. Mitochondria from the embryos of Artemia franciscana do not exhibit the PTP. We envisage a niche of opportunity to identify the assembling components of the pore, by: i) probing mitochondria from species related to that of Artemia for PTP and sensitivity of ANT operation to BKA, ii) sequencing and comparing the mRNA encoding their ANTs and identifying homologous regions associated with lack of ANT sensitivity to BKA and lack of PTP, iii) introducing the Artemia ANT gene in yeasts that are null for endogenous ANTs and in cell lines with maximally silenced endogenous ANTs and probing for PTP and sensitivity of ANT operation to BKA, iv) identifying the subset of proteins that do not interact in the heterologous environment with the Artemia ANT.

RESEARCH QUESTION
Experiments outlined in the current proposal seek to identify these proteins that interact with the mammalian or yeast ANT in a native system that exhibits the PTP, and compare them to the set of proteins that interact with the Artemia or Artemia-like ANT introduced in the native system, where the phenomenon of PTP is possibly lost. These proteins that are present in the former but not in the latter system, will be considered as prime suspects for being assembling components of the PTP. The expression of these proteins will be silenced in a native system that exhibits the PTP, and their contribution to pore formation will be evaluated.

SIGNIFICANCE
The permeability transition pore is a common pathway resulting in cell demise for a number of untreatable human diseases. Yet, the identity of the proteins comprising this pore is unknown. That creates a firm impediment to the progress or even initiation of a therapeutic advancement of any kind, such as drug-targeting. The need for the identification of these proteins is therefore pressing. The significance of the current proposal is the novelty in the approach in querying the identification of the proteins that form the mitochondrial permeability transition pore. If the proteins forming the pore will be identified, they will be rendered as targets amenable to pharmacological manipulation.

SUMMARY (for the scientifically non-qualified assessor)
The “permeability transition pore” (PTP) is a phenomenon that occurs in the mitochondria of pathologically stressed cells and contributes to their death as it occurs in pathological conditions as diverse from cancer to autoimmune diseases to neurodegeneration. The identity of the assembling components of this pore is unknown. That creates a firm impediment to the progress or even initiation of a therapeutic advancement of any kind, such as drug-targeting. The need for the identification of these components is therefore pressing. A mitochondrial protein, termed adenine nucleotide translocase (ANT) is a modulatory –but not assembling- component of this pore. Embryos of the crustacean Artemia franciscana exhibit a distinct ANT while they do not exhibit the PTP. We envisage a niche of opportunity to identify the assembling components of the pore, by investigating the components that interact with the ANT of the crustacean where the PTP is absent, versus the components that interact with the ANT found in mammalian organisms, where PTP can be readily demonstrated. No vertebrate animals will be used for this study, since they all exhibit the PTP, and are therefore unsuitable for cross-comparisons.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A K100918 számú OTKA pályázat 2015-től 2016-ig tartó időszakán belül sikerült bebizonyítanunk, hogy az adenin nukleotid transzlokáz 1 (ANT1) a mitokondriális permeabilitási tranzíciós pórus (mPTP) úgynevezett feszültség szenzora. Összességében elmondható, hogy ez egyben a legfontosabb eredményünk is, amely sikeresen teljesíti eredeti célkitűzéseinket, amely az ANT1 és a mPTP közötti kapcsolatot feltárása volt. További eredményeink ezen kutatás keretein belül az Artemia faj mitokondriális és teljes lipidomjának feltárása volt. Ezen munka abból a szempontból jelentős, hogy a lipid környezet szerepet játszik a membránba ágyazott fehérjék működésében.
Results in English
The progress on OTKA grant K 100918 for the time interval 2015-2016 encompasses the identification of ANT1 as a so-called ‘voltage sensor’ of the mitochondrial permeability transition pore. This is the most important finding of the overall research, effectively satisfying the achievement of the original goal, which is to identify the contribution of the adenine nucleotide translocator to the manifestation of the mitochondrial permeability transition pore. Additional findings of this research include the identification of the lipid components of Artemia species (both total and mitochondrial), a work which has been undertaken because the lipid environment is responsible for altered behaviour of the embedded proteins.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100918
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kiss G, Konrad C, Doczi J, Starkov AA, Kawamata H, Manfredi G, Zhang SF, Gibson GE, Beal MF, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: The negative impact of α-ketoglutarate dehydrogenase complex deficiency on matrix substrate-level phosphorylation, FASEB J. 2013 Mar 8. [Epub ahead of print], 2013
Chinopoulos C, Szabadkai G.: What makes you can also break you: mitochondrial permeability transition pore formation by the c subunit of the F(1)F(0) ATP-synthase?, Front Oncol. 2013;3:25. doi: 10.3389/fonc.2013.00025., 2013
Chinopoulos C.: Which way does the citric acid cycle turn during hypoxia? The critical role of α-ketoglutarate dehydrogenase complex., J Neurosci Res. 2013 Feb 1. doi: 10.1002/jnr.23196., 2013
Konrad C, Kiss G, Torocsik B, Adam-Vizi V, Chinopoulos C.: Absence of Ca2+-induced mitochondrial permeability transition but presence of bongkrekate-sensitive nucleotide exchange in C. crangon and P. serratus., PLoS One. 2012;7(6):e39839. doi: 10.1371/journal.pone.0039839., 2012
Gerencser AA, Chinopoulos C, Birket MJ, Jastroch M, Vitelli C, Nicholls DG, Brand MD.: Quantitative measurement of mitochondrial membrane potential in cultured cells: calcium-induced de- and hyperpolarization of neuronal mitochondria, J Physiol. 2012 Jun 15;590(Pt 12):2845-71. doi: 10.1113/jphysiol.2012.228387., 2012
Kiss G, Konrad C, Doczi J, Starkov AA, Kawamata H, Manfredi G, Zhang SF, Gibson GE, Beal MF, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: The negative impact of α-ketoglutarate dehydrogenase complex deficiency on matrix substrate-level phosphorylation, FASEB J. 2013 Jun;27(6):2392-406. doi: 10.1096/fj.12-220202, 2013
Chinopoulos C, Szabadkai G.: What makes you can also break you: mitochondrial permeability transition pore formation by the c subunit of the F(1)F(0) ATP-synthase?, Front Oncol. 2013;3:25. doi: 10.3389/fonc.2013.00025., 2013
Bonora M, Wieckowski MR, Chinopoulos C, Kepp O, Kroemer G, Galluzzi L, Pinton P: Molecular mechanisms of cell death: central implication of ATP synthase in mitochondrial permeability transition, Oncogene. 2014 Apr 14;0. doi: 10.1038/onc.2014.96., 2014
Kiss G, Konrad C, Pour-Ghaz I, Mansour JJ, Németh B, Starkov AA, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Mitochondrial diaphorases as NAD⁺ donors to segments of the citric acid cycle that support substrate-level phosphorylation yielding ATP during respiratory inhibition, FASEB J. 2014 Apr;28(4):1682-97. doi: 10.1096/fj.13-243030, 2014
Dobolyi A, Ostergaard E, Bagó AG, Dóczi T, Palkovits M, Gál A, Molnár MJ, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Exclusive neuronal expression of SUCLA2 in the human brain., Brain Struct Funct., 2014
Wysocka-Kapcinska M, Torocsik B, Turiak L, Tsaprailis G, David CL, Hunt AM, Vekey K, Adam-Vizi V, Kucharczyk R, Chinopoulos C: The suppressor of AAC2 Lethality SAL1 modulates sensitivity of heterologously expressed artemia ADP/ATP carrier to bongkrekate in yeast., PLoS One. 2013 Sep 20;8(9):e74187. doi: 10.1371/journal.pone.0074187, 2013
Szabadkai G1, Chinopoulos C.: What Makes You Can Also Break You, Part II: Mitochondrial Permeability Transition Pore Formation by Dimers of the F1FO ATP-Synthase?, Front Oncol. 2013 May 30;3:140. doi: 10.3389/fonc.2013.00140, 2013
Priber J, Fonai F, Jakus PB, Racz B, Chinopoulos C, Tretter L, Gallyas F Jr, Sumegi B, Veres B.: Cyclophilin D disruption attenuates lipopolysaccharide-induced inflammatory response in primary mouse macrophages., Biochem Cell Biol, 2015
Dobolyi A, Bagó AG, Gál A, Molnár MJ, Palkovits M, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Localization of SUCLA2 and SUCLG2 subunits of succinyl CoA ligase within the cerebral cortex suggests the absence of matrix substrate-level phosphorylation in glial cells, J Bioenerg Biomembr, 2015
Chinopoulos C, Szabadkai G: What Makes You Can also Break You, Part III: Mitochondrial Permeability Transition Pore Formation by an Uncoupling Channel within the C-Subunit Ring of the F1FO ATP Synth, Front Oncol, 2014
Chinopoulos C, Kiss G, Kawamata H, Starkov AA.: Measurement of ADP-ATP exchange in relation to mitochondrial transmembrane potential and oxygen consumption, Methods Enzymol, 2014
Karine Salin, Eugenia M. Villasevil, Sonya K. Auer, Graeme J. Anderson, Colin Selman, Neil B. Metcalfe, Christos Chinopoulos: Simultaneous measurement of mitochondrial respiration and ATP production in tissue homogenates and calculation of effective P/O ratios, Physiological Reports, 2016
Chen E, Kiebish MA, McDaniel J, Gao F, Narain NR, Sarangarajan R, Kacso G, Ravasz D, Seyfried TN, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: The total and mitochondrial lipidome of Artemia franciscana encysted embryos, Biochim Biophys Acta. 2016 Nov;1861(11):1727-1735, 2016
Kacso G, Ravasz D, Doczi J, Németh B, Madgar O, Saada A, Ilin P, Miller C, Ostergaard E, Iordanov I, Adams D, Vargedo Z, Araki M, Araki K, Nakahara M, Ito H, Gál A, Molnár MJ, Nagy Z, Patocs A, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Two transgenic mouse models for β-subunit components of succinate-CoA ligase yielding pleiotropic metabolic alterations, Biochem J. 2016 Oct 15;473(20):3463-3485, 2016
Tretter L, Patocs A, Chinopoulos C: Succinate, an intermediate in metabolism, signal transduction, ROS, hypoxia, and tumorigenesis, Biochim Biophys Acta. 2016 Aug;1857(8):1086-101, 2016
Doczi J, Torocsik B, Echaniz-Laguna A, Mousson de Camaret B, Starkov A, Starkova N, Gál A, Molnár MJ, Kawamata H, Manfredi G, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Alterations in voltage-sensing of the mitochondrial permeability transition pore in ANT1-deficient cells, Sci Rep. 2016 May 25;6:26700, 2016
Starkov AA, Chinopoulos C, Starkova NN, Konrad C, Kiss G, Stepanova A, Popov VN: Divalent cation chelators citrate and EDTA unmask an intrinsic uncoupling pathway in isolated mitochondria, J Bioenerg Biomembr. 2016 Mar 14, 2016
Németh B, Doczi J, Csete D, Kacso G, Ravasz D, Adams D, Kiss G, Nagy AM, Horvath G, Tretter L, Mócsai A, Csépányi-Kömi R, Iordanov I, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Abolition of mitochondrial substrate-level phosphorylation by itaconic acid produced by LPS-induced Irg1 expression in cells of murine macrophage lineage, FASEB J. 2016 Jan;30(1):286-300, 2016
Priber J, Fonai F, Jakus PB, Racz B, Chinopoulos C, Tretter L, Gallyas F Jr, Sumegi B, Veres B: Cyclophilin D disruption attenuates lipopolysaccharide-induced inflammatory response in primary mouse macrophages, Biochem Cell Biol. 2015 Jun;93(3):241-50, 2015




 

Events of the project

  
2016-12-07 08:04:01
Résztvevők változása



Back »