Dissecting the regulatory mechanisms of a fungus specific protein phosphatase  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
108989
Type K
Principal investigator Dombrádi, Viktor
Title in Hungarian Egy gomba specifikus protein foszfatáz regulációs mechanizmusainak felderítése
Title in English Dissecting the regulatory mechanisms of a fungus specific protein phosphatase
Keywords in Hungarian Candida albicans, CaPPZ1, CaHAL3, protein-protein kölcsönhatások, gén expressziós vizsgálatok, foszfo-proteomika
Keywords in English Candida albicans, CaPPZ1, CaHAL3, protein-protein interactions, gene expresion profiling, phosphoproteomics
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)65 %
Ortelius classification: Molecular evolution
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Bioinformatics (Council of Medical and Biological Sciences)5 %
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Department of Medical Chemistry (University of Debrecen)
Participants Bécsi, Bálint
Emri, Tamás
Farkas, Ilona
Jakab, Ágnes
Kerekes, Éva
Leiter, Éva
Petrényi, Katalin
Pócsi, István
Szaniszló, Szilvia
Tőzsér, József
Starting date 2013-09-01
Closing date 2018-08-31
Funding (in million HUF) 28.222
FTE (full time equivalent) 10.80
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A protein foszfatázok minden eukarióta élőlényben megtalálható alapvető szabályozó enzimek, amelyek az sejtműködés számos elemét befolyásolják. Legújabb közleményeinkben igazoltuk, hogy a CaPPZ1 gén egy olyan gombaspecifikus protein foszfatázt kódol, amely befolyásolja az ion-háztartást és a sejtfal integritását, módosítja a hifa növekedést és befolyásolja a fakultatív patogén Candida albicans fertőző képességét is. Pályázatunk egyik célja az, hogy felderítsük a fenti hatások megvalósulását biztosító mechanizmusokat, és ezen belül megállapítsuk, hogy a CaPPZ1 gén inaktiválása/módosítása hogyan befolyásolja a globáls génexpressziós profilt illetve fehérje foszforilációt különböző mutáns gombákban. További célunk az, hogy felderítsük azokat a mechanizmusokat, amelyek a CaPpz1 enzim aktivitását szabályozzák. Előzetes eredményeink és az irodalomban található analógiák arra utalnak, hogy ez a foszfatázt saját N-terminális doménje, valamint egy eddig még nem jellemzett CaHal3 proteinnel is szabályozza. Ezen kívül további kölcsönható partnerek is részt vehetnek a regulációban, amelyek felderítését ugyancsak tervezzük. Meg fogjuk vizsgálni a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat a natív illetve az in vitro mutagenézissel módosított proteinek között annak érdekében, hogy feltérképezzük azokat az aminosav maradékokat, amelyek fontosak lehetnek a regulátor fehérjék és/vagy a szubsztrátok kötődéséért az enzim jól konzerválódott katalitikus doménjéhez. A regulátor polipeptidekben található legfontosabb kötőrégiók azonosítása után olyan peptideket tervezünk, amelyek a természetes inhibitorok hatását tudják utánozni.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás alapvető elméleti kérdése, az hogy mi a Candida albicans protein foszfatáz Z1 (CaPpz1) működésével kapcsolatos regulációs folyamtok részletes mechanizmusa. Meg szeretnénk határozni azt, hogy ez az enzim milyen módon befolyásolja a fakultatív patogén gomba fertőzőképességét. Az is megvizsgáljuk, hogy a CaPpz1 rendezetlen szerkezetű N-terminális doménje milyen módon lép kölcsönhatásba a külső regulátor fehérjékkel, többek között a részben ugyancsak rendezetlen CaHal3-al. Ily módon fényt szeretnénk deríteni arra, hogy a nemrégiben felismert eredendően rendezetlen fehérje részletek hogyan szabályozzák egy enzim aktivitását és biztosítják a fehérje szerkezet válaszát a környezetből érkező jelekre.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A projekt elméleti jelentőségét az adja, hogy igyekszik felderíteni az eredetileg rendezetlen szerkezetű polipeptid régiók által közvetített szabályozó mechanizmusokat. A C. albicans kísérleti modellként való kiválasztása gyakorlati jelentőséggel is bír, ugyanis a CaPpz1 enzim a patogén gomba virulenciáját meghatározó tényező. Az ezzel kapcsolatos regulációs mechanizmusok jobb megismerése lehetőséget biztosít arra, hogy olyan szintetikus peptid inhibitorokat állítsunk elő, amelyek felhasználhatóak a kutatásban, és amelyek hasznos gombaölő szerek tervezéséhez vezethetnek.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Munkánk során egy olyan fontos regulátor enzimet, a protein foszfatáz Z1 szabályozó mechanizmusait kívánjuk tanulmányozni, amely összefüggésben hozható a patogén C. albicans fertőző képességével. Ez a gomba számos fertőzést okoz, különösen a kórházakban gyakori és ezért a betegek számára komoly egészségügyi kockázatot jelent. Ha jobban meg tudjuk érteni a foszfatáz enzim regulációját lehetőségünk nyílik arra, hogy olyan inhibitor peptideket tervezzünk, amelyek későbbiekben új gombaellenes szerek bevezetéséhez vezethetnek.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Protein phosphatases are obligatory regulator enzymes controlling cellular functions in all eukaryotic organisms. Recently we have shown that CaPpz1 is a fungus specific protein phosphatase that in addition to affecting ion homeostasis and cell wall integrity it modulates hyphal outgrowth and influences virulence of the facultative pathogen, Candida albicans. In a search for the underlying mechanisms we are going to investigate how the deletion of the phosphatase influences the gene expression profile and the level of protein phosphorylation in the mutant fungus. Furthermore, we are going to reveal the regulation of CaPpz1. Based on analogies and our preliminary data we suggest that this phosphatase is regulated by its own N-terminal domain and by the up till now uncharacterized CaHal3 protein. In addition we shall identify novel phosphatase interacting partners. We shall investigate protein-protein interactions with native and in vitro mutated proteins in order to find the amino acid residues which are important in binding the regulator proteins and/or substrates to the conserved catalytic domain of the enzyme. After mapping the most important binding regions in the regulator polypeptides we are going to design peptide inhibitors that can mimic the effect of natural inhibitors.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The basic theoretical question that we would like to tackle is the detailed mechanism of protein phosphatase Z regulation. We would like to find out how the enzyme modulates the virulence of the facultative pathogen. We are going to study how the disordered N-terminal domain of CaPpz1 interplays with external regulators like the Hal3 protein. We shall shed light on the functional role of the recently uncovered intrinsically disordered protein segments in enzyme activity and in its proper adaptation to environmental clues.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The project is important from the theoretical point because it will reveal the mechanism of action mediated by intrinsically disordered polypeptide regions. The selection of the C albicans as the models organisms of the study has a practical advantage because the CaPpz1 enzyme of the pathogenic fungus is a virulence determinant. The better understanding of the regulatory mechanism may allow us to synthesize peptide inhibitors that will be useful tools in the laboratory and may serve as lead compounds in rational drug design of fungistatic agents.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
We are going to investigate an important regulatory enzyme (protein phosphatase Z) that is involved in the virulence of the pathogenic fungus C. albicans. This organism causes nosocomial infections in hospitals and is a serious health hazard for the patients. If we can understand how the phosphatase enzyme is regulated we shall be in the position of designing inhibitor peptides that may lead to the introduction of new antifungal agents.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az opportunista humán patogén Candida albicans növekedésének és morfológiai változásainak követésére egy új videomikroszkópiás eljárást állítottunk be. Kimutattuk, hogy egy szteroid gyulladásgátló, a betametazon, elősegíti a gomba növekedését, és növeli a C. albicans fertőzés valószínűségét. Igazoltuk, hogy az oxidáló hatású menadionnal ez a hatás ellensúlyozható. A kombinált kezelés előnyét génexpressziós vizsgálatokkal támasztottuk alá. Azt találtuk, hogy az oxidálószerek (menadion és tercier-butil-peroxid) hatása tovább erősödött a gombaspecifikus protein foszfatáz Z1 (CaPpz1) hiányos mutánsban, ami arra utal, hogy a CaPpz1 megvédi a patogén gombát a stressz hatásokkal szemben. Tehát a CaPpz1 gátlása ígéretes gombaellenes terápiát tesz lehetővé. A foszfatáz gátlási lehetőségeinek megismerése érdekében meghatároztuk katalitikus doménjének 3D szerkezetét, igazoltuk az N-terminális domén regulációs szerepét, valószínűsítettük két szubsztrátját és azonosítottuk az enzim természetes inhibitorát, a CaCab3 fehérjét.
Results in English
We introduced a videomicroscopic method for the recording of the growth and morphological transitions of the opportunistic human pathogen Candida albicans. We demonstrated that the anti-inflammatory steroid, betamethasone promoted the growth of the fungus and increased the probability of C. albicans infections. The oxidizing agent, menadione counterbalanced the adverse steroid effect. The advantage of this combined treatment was underpinned by gene expression studies. The effects of the oxidants (menadione and tertiary butyl peroxide) were exaggerated by the genetic deletion of the fungus specific protein phosphatase Z1 (CaPpz1), suggesting that CaPpz1 protects the pathogen from oxidative stress. Thus the inhibition of CaPpz1 could be a promising antifungal therapeutic strategy. In order to reveal the potential inhibitory mechanisms of the enzyme we determined the 3D structure of the catalytic domain, revealed the regulatory role of the N-terminal domain, and identified two potential substrates as well as a natural inhibitor (CaCab3) of the phosphatase.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108989
Decision
Yes





 

List of publications

  
Nagy G, Hennig GW, Petrenyi K, Kovacs L, Pocsi I, Dombradi V, Banfalvi G: Time-lapse video microscopy and image analysis of adherence and growth patterns of Candida albicans strains., Appl Microbiol Biotechnol 98 5185–5194, 2014
Jakab Á, Mogavero S, Förster TM, Pekmezovic M, Jablonowski N, Dombrádi V,: Effects of the glucocorticoid betamethasone on the interaction of Candida albicans with human epithelial cells, Microbiology. 162(12):2116-2125., 2016
Chen E, Choy MS, Petrényi K, Kónya Z, Erdődi F, Dombrádi V, Peti W, Page R.: Molecular insights into the fungus-specific serine/threonine protein phosphatase Z1 in Candida albicans., mBio 7(4):e00872-16. doi:10.1128/mBio.00872-16., 2016
Petrényi Katalin: A protein foszfatáz Z szerepe és regulációja Candida albicans-ban, Debreceni Egyetem, 2017
Jakab Ágnes: A morfológiai átalakulások szerepe a Candida albicans gazdaszervezetben történő túlélésében és annak inváziójában, Debreceni Egyetem, 2017
Szabó K, Kónya Z, Dombrádi V, Farkas I: Functional dissection of Candida albicans protein phosphatase Z1, EMBO Europhosphatase Conference, 2017
Márkus B, Szabó K, Pfliegler WP, Petrényi K, Boros E, Pócsi I, Tőzsér J, Csősz É, Dombrádi V: Proteomic analysis of protein phosphatase Z1 from Candida albicans, PLOS ONE 12: (8) 1-21, 2017
Chen E, Choy MS, Petrényi K, Kónya Z, Erdődi F, Dombrádi V, Peti W, Page R.: Molecular insights into the fungus-specific serine/threonine protein phosphatase Z1 in Candida albicans., mBio 7(4):e00872-16. doi:10.1128/mBio.00872-16., 2016
Petrényi K., Molero C., Kónya Z., Erdődi F., Arino J., Dombrádi V: Are the phosphopantothenoylcysteine decarboxylase subunits moonlighting proteins in Candida albicans?, Biokémia 40/3, 32, 2016
Szabó K., Kónya Z., Dombrádi V., Farkas I.: Functional investigation of the unstructured N-terminal domain of Candida albicans protein phosphatase Z1, Biokémia 40/3, 44, 2016
Szabó Krisztina: Candida albicans Ser/Thr specifikus protein foszfatázának szerkezet-funkció vizsgálata, Debreceni Egyetem, 2016
Szundi Csilla: Protein foszfatáz Z regulátor fehérjék vizsgálata Candida albicans-ban, Debreceni Egyetem, 2016
Szűcs Patricia: Protein foszfatáz Z funkciójának vizsgálata oxidatív stresszben, Debreceni Egyetem, 2016
Petrényi K, Molero C, Kónya Z, Erdődi F, Ariño J, Dombrádi V.: Analysis of Two Putative Candida albicans Phosphopantothenoylcysteine Decarboxylase / Protein Phosphatase Z Regulatory Subunits Reveals an Unexpected Distribution of Func, PLoS One. 11(8):e0160965. doi: 10.1371/journal.pone.0160965., 2016
Petrényi K, Molero C, Kónya Z, Erdődi F, Ariño J, Dombrádi V.: Analysis of Two Putative Candida albicans Phosphopantothenoylcysteine Decarboxylase / Protein Phosphatase Z Regulatory Subunits Reveals an Unexpected Distribution of Func, PLoS One. 11(8):e0160965. doi: 10.1371/journal.pone.0160965., 2016
Jakob B., Petrényi K., Tőzsér J., Csősz É., Dombrádi V.: Revealing the functions of protein phosphatase Z1 in Candida albicans with proteomic methods., Hungarian Molecular Life Sciences, P-145, p 247, 2015
Petrényi K., Molero C., Nagy Á., Kónya Z., Erdődi F., Arino J., Dombrádi V.: Characterization of putative protein phosphatase Z inhibitor proteins in Candida albicans., Europhosphatase 2015, P61, pp 91-92, 2015
Papp Anita: A protein foszfatáz Z vizsgálata egy patogén gombában, Debreceni Egyetem, 2015
Szabó Enikő: A protein foszfatáz Z funkciójának vizsgálata mutagenezissel, Debreceni Egyetem, 2015
Nagy G, Hennig GW, Petrényi K, Kovács L, Pócsi I, Dombrádi V, Bánfalvi G: Time-lapse video microscopy and image analysis of adherence and growth patterns of Candida albicans strains, APPL MICROBIOL BIOT 98: 5185-5194, 2014
Jakab Á, Emri T, Sipos L, Kiss Á, Kovács R, Dombrádi V, Kemény-Beke Á, Balla J, Majoros L, Pócsi I: Betamethasone augments the antifungal effect of menadione-towards a novel anti-Candida albicans combination therapy, J BASIC MICROB 54: 1-9, 2015
Nagy G, Hennig GW, Petrenyi K, Kovacs L, Pocsi I, Dombradi V, Banfalvi G: Time-lapse video microscopy and image analysis of adherence and growth patterns of Candida albicans strains., Appl Microbiol Biotechnol 98 5185–5194, 2014
Petrényi K., Nagy Á., Kónya Z., Erdődi F., Dombrádi V.: Regulation of protein phosphatase Z by the Hal3 protein in Candida albicans., Biokémia 38/3, 80, 2014
Nagy Á.: A CaHal3 és CaCab3 fehérjék funkcionális vizsgálata, Debreceni Egyetem, 2014
Petrényi K., Nagy Á., Kónya Z., Erdődi F., Dombrádi V.: Regulation of protein phosphatase Z by the Hal3 protein in Candida albicans., Biokémia 38/3, 80, 2014
Jakab Á, Emri T, Sipos L, Kiss Á, Kovács R, Dombrádi V, Kemény-Beke Á, Balla J, Majoros L, Pócsi I: Betamethasone augments the antifungal effect of menadione-towards a novel anti-Candida albicans combination therapy, J BASIC MICROB 54: 1-9, 2015
Szabó Enikő: Candida albicans protein foszfatáz Z1 integrációs vektorkonstrukció készítése, Debreceni Egyetem, 2017
Nagy G, Hennig GW, Petrényi K, Kovács L, Pócsi I, Dombrádi V, Bánfalvi G: Time-lapse video microscopy and image analysis of adherence and growth patterns of Candida albicans strains, APPL MICROBIOL BIOT 98: 5185-5194, 2014




 

Events of the project

  
2016-09-06 12:44:30
Résztvevők változása
2015-09-02 08:18:01
Résztvevők változása
2014-10-30 14:28:27
Résztvevők változása



Back »