 |
Consortional main: Investigating the mechanisms of thin filament assembly during myofibrillogenesis
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
109330 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Mihály, József |
| Title in Hungarian |
Konzorcium, fő p.: A vékony filamentumok összeszerelődésének vizsgálata a miofibrillogenezis során |
| Title in English |
Consortional main: Investigating the mechanisms of thin filament assembly during myofibrillogenesis |
| Keywords in Hungarian |
izom, aktin, forminok, DAAM, SALS |
| Keywords in English |
muscle, actin, formins, DAAM, SALS, |
| Discipline |
| General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Molecular biophysics | | Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Molecular genetics |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Bajusz, Izabella
Kalmár, Lajos
Molnár, Imre
Pirity, Melinda
Sipos, László
Szikora, Szilárd
|
| Starting date |
2013-11-01 |
| Closing date |
2018-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
36.573 |
| FTE (full time equivalent) |
11.85 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az izomfejlődés során a de novo képződő aktin és miozin filamentumok összeszerveződése révén épülnek fel az izomműködés szerkezeti és funkcionális egységét képező kontraktilis elemek, a szarkomerek. Az tehát nyilvánvaló, hogy a szarkomerek képződése új aktin filamentumok összeszerelődését igényli, azonban a vékony filamentumok eredete kevéssé ismert. Ugyanakkor tudjuk, hogy az aktin dinamika szabályozásában meghatározó a filamentumok nukleációjának és növekedésének szabályozása. Az aktin filamentumokat nukleáló és elongáló faktorokat izomsejtekben azonban még nem sikerült egyértelműen azonosítani, így a vékony filamentumok képződésének mechanizmusa is tisztázatlan maradt. Nemrégiben kimutattuk, hogy a DAAM alcsaládba tartozó forminok, a nem-izom sejtek ismert aktin összeszerelő faktorai, a szarkomerek képződésében is fontos szerepet játszanak. Mások eredményei alapján pedig ismertté vált, hogy a SALS fehérje elősegíti a szarkomerikus aktin filamentumok növekedését. Pályázatunk fő célkitűzése a szarkomerikus vékony filamentumok képződéséért felelős molekuláris mechanizmusok átfogóbb megértése, a DAAM családba tartozó forminok és a SALS fehérje részletes vizsgálatával. Ennek érdekében genetikai, sejtbiológiai, biofizikai és biokémiai módszerek alkalmazásával akarjuk vizsgálni a DAAM és a SALS fehérjék funkcionális sajátságait, valamint egymással és a vékony filamentum már ismert szabályozó fehérjéivel kialakított kölcsönhatásaikat. Azt reméljük, hogy ez a komplex kísérleti megközelítés lehetőséget ad a miofibrillogenezis, azon belül is a vékony filamentumok képződését és szerveződését szabályozó molekuláris mechanizmusok feltárására.
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.
Pályázatunk legfontosabb célja a vékony filamentumok összeszerelődési mechanizmusának vizsgálata a szarkomer képződés során. A DAAM forminnal kapcsolatos előzetes eredményeink, valamint a SALS fehérjéről ismert adatok alapján bizonyos, hogy ez a két fehérje kulcsfontosságú szerepet játszik az aktin filamentumok kialakulásában, a pontos működési módjuk azonban egyelőre ismeretlen. Tervezett kutatásaink célja, hogy részletesen felderítsük ennek a két fontos aktin szabályozó fehérjének a szerepét a miofibrillogenezis során. Azt reméljük, hogy vizsgálataink a terület néhány alapvető kérdését segítenek majd jobban megérteni. Elsőként említendő, hogy előzetes vizsgálataink alapján jó esélye van annak, hogy a DAAM típusú forminok megfelelnek a régóta keresett, izomsejtekben működő aktin összeszerelő faktoroknak. Célunk ennek az elképzelésnek a meggyőző alátámasztása és a szarkomerikus DAAM funkciók részletes leírása. A második kérdés ahhoz a megfigyeléshez köthető, hogy izomsejtekben mind a DAAM mind pedig a SALS az aktin filamentumok kevésbé dinamikus, hegyes végén lokalizálódik, ezért meg akarjuk vizsgálni hogyan befolyásolják ezek a fehérjék az aktin összeszerelődést a hegyes végen. Egy ilyen mechanizmus felderítése az aktin dinamika szabályozásának egy eddig még nem ismert, teljesen újszerű aspektusát jelentené, ami rendkívül fontos előrelépés lenne az adott területen. Végezetül, azon megfigyelésünk alapján, hogy a dDAAM mutánsok, az aktin filamentumok mellett, a miozin filamentumok szerveződését is befolyásolják, ilyen irányú további vizsgálataink segítenek majd megérteni az aktin és miozin filamentumrendszerek integrálódásának mechanizmusát a miofibrillogenezis során.
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 több évtizede folytatott intenzív kutatások ellenére, napjainkban is számos kérdés maradt megválaszolatlanul a miofibrillogenezis szabályozó mechanizmusai kapcsán. A jelen pályázatban javasolt kutatási terv kivitelezése, amelynek központjában két fontos szarkomerikus szabályozó fehérjéje vizsgálata áll, lehetővé fogja tenni, hogy az eddigieknél sokkal mélyebben megértsük az aktin filamentumok és a miofibrillumok összeszerelődési mechanizmusát. Úgy gondoljuk, hogy várható eredményeink nagy szerepet játszhatnak a tudományterület egyik fontos problémájának a megoldásában, nevezetesen annak a mechanizmusnak a megértésében, ami izomsejtekben lehetővé teszi az aktin filamentumok növekedését a hegyes vég irányából. Ennek a fontos alapkutatási jelentőségű problémának a megoldása nagy tudományos visszhangot kiváltó, igen lényeges előrelépés lenne az izomkutatás területén. Az alapkutatási jelentőségen túl, a tervezett kutatásoknak nyilvánvaló biomedikai jelentőségük is van. Jól ismert, hogy az izomszövet patológiás elváltozásai gyakran olyan molekuláris változásokhoz köthetők, amelyek az izomfejlődés korai lépéseit, így pl. a miofibrilláris filamentum rendszerek összeszerelődését érintik. Figyelembe véve, hogy az ilyen típusú kardiomiopátiák és az egyéb izomsorvadást eredményező betegségek mellett a kardiovaszkuláris megbetegedésekhez köthető szívizomsorvadások világszerte a legfontosabb egészségügyi problémák közé tartoznak, a miofibrillumok képződésének jobb megismerése orvosbiológiai szempontból is kiemelkedő jelentőséggel bír.
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.
A mozgás alapvető szerepet tölt be az élő rendszerek minden szerveződési szintjén, a molekulák sejten belüli transzportjától a sejtek alakjának megváltozatásán keresztül az élő szervezetek mozgásáig. A mozgás a legtöbb esetben összehúzódásra képes, kontraktilis fehérjehálózatok összehangolt működésén keresztül valósul meg, amelynek legismertebb példája az izomműködés. Emlősökben a vázizmok felelősek az akaratlagos mozgásért, de az akaratlagosan nem irányítható izmok is kiemelt jelentőséggel bírnak, úgy mint a szív ritmikus összehúzódásáért felelős szívizom, vagy a belső zsigeri szervek, valamint az erek falában található simaizmok, amelyek a perisztaltikus mozgásokért felelősek. A harántcsíkolt izmok legkisebb összehúzódásra képes egységei a szarkomerek, amelynek filamentózus fehérje komplexekből épülnek fel. Az utóbbi évtizedek kutatásai feltárták a szarkomerek szerkezeti sajátságait, arról azonban jelenleg is nagyon keveset tudunk, hogy hogyan szerelődnek össze a szarkomerek. Tervezett kutatásaink legfőbb célja a szarkomer képződés folyamatának jobb megismerése. Ennek érdekében néhány olyan fehérje vizsgálatát tervezzük genetikai, sejtbiológiai, biokémiai és biofizikai módszerekkel, amelyekről nemrégiben állapítottuk meg, hogy részt vesznek az izomfejlődés szabályozásában. Azt reméljük, hogy eredményeink nagy mértékben segítik majd az izomfejlődés folyamatával kapcsolatos tudományos kérdések megoldását. Tekintve, hogy az izomsorvadással járó betegségek (pl. a muszkuláris disztrófiák és a szívizom sorvadás) világszerte a vezető egészségügyi problémák közé tartoznak, az izmok fejlődésének jobb megértése orvosbiológiai szempontból is kiemelkedő jelentőséggel bír.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
During muscle development, de novo formed myosin and actin filaments assemble into the greatly organized sarcomeric structure critical for muscle function. Although sarcomerogenesis clearly involves the formation of novel actin filaments, it has so far been poorly understood how these filaments form. Two key steps of filament formation are nucleation and elongation. However, in muscle cells the essential actin nucleation and elongation factors, regulating actin filament formation, have not been clearly identified, and thus the mechanism that ensures sarcomeric thin filament assembly remained mysterious. Recently, we found that DAAM family formins, well known actin nucleation and elongation factors in nonmuscle cells, also play an essential role in sarcomerogenesis, whereas others identified the SALS protein as a key regulator of thin filament elongation. The major objective of this proposal is to investigate the molecular and cellular mechanisms of thin filament assembly during sarcomerogenesis by the detailed analysis of the functions of DAAM family formins and SALS. We aim to use the combination of genetic, cellular and in vitro assays to reveal the functional properties of these proteins, and to explore their molecular interactions with each other and with the known regulators of thin filament formation. We expect that the complex approach proposed will help us to gain deeper insights into the mechanism of myofibrillogenesis, especially into the mechanism of thin filament formation and the integration of the actin and myosin filament systems.
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 major objective of this proposal is to investigate the molecular and cellular mechanisms of thin filament assembly during sarcomerogenesis. Our preliminary data on the formin dDAAM and published data on SALS suggest that both of these proteins play a pivotal role in thin filament regulation, however, their mode of action remained unknown. The aim of our proposal is to characterize the role of these two major regulators of thin filament formation during myofibrillogenesis in further details. We expect that these studies will help to understand a number of key questions on the field. Firstly, our preliminary data suggest that DAAM family formins can be the long sought-after muscle actin nucleators. The proposed research is designed to address this hypothesis and to provide further support for a crucial role in sarcomerogenesis. Second, the dDAAM and SALS proteins both appear to be enriched in the vicinity of the pointed ends of the actin filaments, therefore we want to test how they are involved in the regulation of pointed end assembly. The expected results are likely to shed light on the mysterious mechanism by which muscle actin filaments elongate from their pointed ends, which would be a great leap forward on the field with very high scientific impact. Finally, given that in dDAAM mutant muscles the hexagonal myofibrillar lattice organization is severely impaired, research into this direction can be very valuable to elucidate the mechanism by which the thin and thick filaments integrate during sarcomere formation.
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.
Despite of the advances made recently, critical aspects of myofibrillogenesis remained largely unknown. The proposed project, focusing on two major players of myofibril formation, will allow us to gain deeper insights into the mechanism of thin filament formation and myofibril assembly. We believe that this research will provide information with the promise to solve a long-standing paradox of the field, i.e. the mechanism of actin filament elongation from the pointed end, that only seems occur in muscle cells. This would be a great step forward with a very high scientific impact. In addition to the scientific significance, the proposed research also has a biomedical relevance. It is well known that in many cases the molecular bases of muscle diseases, affecting millions of people, relate to the early steps of muscle development, including the assembly of the key filamental components. Given that beyond these types of cardiomyopathies and muscular dystrophies, the cardiovascular disease related heart muscle degenerations also belong to major health problems worldwide, the understanding of how muscles normally form is of immense biomedical importance.
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.
Motility plays a pivotal role in all living systems, from the intracellular transport of single molecules to the movement of an entire organism. Movement in most cases relies on the formation of contractile actin-myosin complexes that are most abundant in muscle cells. In mammalian systems, skeletal muscles are essential for voluntary movements but involuntary movements performed by cardiac muscle for the beating heart or by smooth muscles in peristalsis are just as important. Striated muscles are made up of sarcomeres, repeating units that are the smallest contractile elements of the muscle. The sarcomeres are composed of filamentous protein complexes. Whereas, research over the past decades led to a good understanding of the structural organization of the sarcomeres, we know much less about the formation of the sarcomeric filament systems. The aim of our research is to gain a better understanding of sarcomerogenesis, the process during which the muscle proteins assemble into the contractile units. In order to do so, we will study several newly identified regulators of muscle development by genetic, cell biological, biochemical and biophysical approaches. We expect that our findings will shed light on the unresolved questions of muscle development. Given that the muscle degeneration related diseases belong to major health problems worldwide, the understanding of how muscles normally form is of immense biomedical importance.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Dollar G, Gombos R, Barnett AA, Sanchez Hernandez D, Maung SM, Mihaly J, Jenny A: Unique and Overlapping Functions of Formins Frl and DAAM During Ommatidial Rotation and Neuronal Development in Drosophila., GENETICS 202:(3) pp. 1135-1151., 2016 | | Gombos R, Migh E, Antal O, Mukherjee A, Jenny A, Mihaly J: The Formin DAAM Functions as Molecular Effector of the Planar Cell Polarity Pathway during Axonal Development in Drosophila, JOURNAL OF NEUROSCIENCE 35:(28) pp. 10154-10167., 2015 | | Földi I, Szikora S, Mihaly J: Formin’ bridges between microtubules and actin filaments in axonal growth cones, NEURAL REGENERATION RESEARCH 12:(12) pp. 1971-1973., 2017 | | Migh E, Gotz T, Foldi I, Szikora S, Gombos R, Darula Z, Medzihradszky KF, Maleth J, Hegyi P, Sigrist S, Mihaly J: Microtubule organization in presynaptic boutons relies on the formin DAAM., DEVELOPMENT 145:(6) Paper dev158519. 13 p., 2018 | | Villegas SN, Gombos R, Garcia-Lopez L, Gutierrez-Perez I, Garcia-Castillo J, Vallejo DM, Da Ros VG, Ballesta-Illan E, Mihaly J, Dominguez M: PI3K/Akt Cooperates with Oncogenic Notch by Inducing Nitric Oxide-Dependent Inflammation, CELL REPORTS 22:(10) pp. 2541-2549., 2018 | | Szatmari D, Xue B, Kannan B, Burtnick LD, Bugyi B, Nyitrai M, Robinson RC: ATP competes with PIP2 for binding to gelsolin., PLOS ONE 13:(8) Paper e0201826. 17 p., 2018 | | Kis-Bicskei N, Bécsi B, Erdődi F, Robinson RC, Bugyi B, Huber T, Nyitrai M, Talián GCs: Tropomyosins regulate the severing activity of gelsolin in isoform-dependent and independent manners, BIOPHYSICAL JOURNAL 114:(4) pp. 777-787., 2018 | | Horvath-Szalai Z, Kustan P, Szirmay B, Lakatos A, Christensen PH, Huber T, Bugyi B, Muhl D, Ludany A, Miseta A, Kovacs GL, Koszegi T: Predictive value of serum gelsolin and Gc globulin in sepsis - a pilot study., CLINICAL CHEMISTRY AND LABORATORY MEDICINE 56:(8) pp. 1373-1382., 2018 | | Molnár I, Migh E, Szikora S, Kalmár T, Végh AG, Deák F, Barkó S, Bugyi B, Orfanos Z, Kovács J, Juhász G, Váró G, Nyitrai M, Sparrow JC and Mihály J.: DAAM is required for thin filament formation and sarcomerogenesis during muscle development in Drosophila., PLOS Genetics 10(2): e1004166, 2014 | | Vogler G, Liu J, Iafe TW, Migh E, Mihály J, Bodmer R.: Cdc42 and formin activity control non-muscle myosin dynamics during Drosophila heart morphogenesis., J Cell Biol. 206:909-22, 2014 | | Mónika Ágnes Tóth1, Andrea Kinga Majoros1, Andrea Teréz Vig1, Ede Migh2, Miklós Nyitrai1,3,4, József Mihály2,5, Beáta Bugyi1,3,: BIOCHEMICAL ACTIVITIES OF THE WISKOTT-ALDRICH SYNDROME HOMOLOGY REGION 2 DOMAINS OF SARCOMERE LENGTH SHORT, The Journal of Biological Chemistry, 2015 | | Mónika Ágnes Tóth1, Andrea Kinga Majoros1, Andrea Teréz Vig1, Ede Migh2, Miklós Nyitrai1,3,4, József Mihály2,5, Beáta Bugyi1,3,: BIOCHEMICAL ACTIVITIES OF THE WISKOTT-ALDRICH SYNDROME HOMOLOGY REGION 2 DOMAINS OF SARCOMERE LENGTH SHORT, The Journal of Biological Chemistry, 291(2):667-80, 2016 | | Horváth-Szalai Z, Kustán P, Mühl D, Ludány A, Bugyi B, Kőszegi T.: Antagonistic sepsis markers: Serum gelsolin and actin/gelsolin ratio., Clin Biochem. pii: S0009-9120(16)30502-1. doi: 10.1016/j.clinbiochem., 2016 | | Andrea Vig, Péter Gaszler, Mónika Ágnes Tóth, István Földi, József Mihály, Beáta Bugyi: The CT region of DAAM has a supporting role in FH2-mediated actin dynamics regulation., European Cytoskeletal Forum 20th-23th June 2016 Cambridge, UK, 2016 | | Mónika Ágnes Tóth, Péter Gaszler, Andrea Teréz Vig, Ede Migh, József Mihály, Beáta Bugyi: Biochemical activities of the Wiskott-Aldrich syndrome homology region 2 domains of Sarcomere Length Short protein., Cytoskeletal Forum 20-23 June 2016 Cambridge, UK, 2016 | | Péter Gaszler, Andrea Vig, Judit Viktória Fórizs, Mónika Ágnes Tóth, István Földi, József Mihály, Beáta Bugyi: The CT region of DAAM has a supporting role in FH2-mediated actin dynamics regulation, Annual Congress of the Hungarian Biochemical Society, 28-31 August, Szeged, Hungary, 2016 | | Andrea Teréz Vig, István Földi, Szilárd Szikora, Ede Migh, Rita Gombos, Mónika Ágnes Tóth, Tamás Huber, Réka Pintér, Gábor Csaba Talián, József Mihály, Beáta Bugyi: The activities of the C-terminal regions of the formin protein disheveled-associated activator of morphogenesis (DAAM) in actin dynamics, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 292:(33) pp. 13566-13583, 2017 | | Szikora S, Foldi I, Toth K, Migh E, Vig A, Bugyi B, Maleth J, Hegyi P, Kaltenecker P, Sanchez-Soriano N, Mihaly J: The formin DAAM is required for coordination of the actin and microtubule cytoskeleton in axonal growth cones, JOURNAL OF CELL SCIENCE 130:(15) pp. 2506-2519, 2017 | | Szatmari D, Bugyi B, Ujfalusi Z, Grama L, Dudas R, Nyitrai M: Cardiac leiomodin2 binds to the sides of actin filaments and regulates the ATPase activity of myosin, PLOS ONE 12:(10) Paper 186288. 21 p., 2017 | | Horvath-Szalai Z, Kustan P, Szirmay B, Lakatos A, Christensen PH, Huber T, Bugyi B, Muhl D, Ludany A, Miseta A, Kovacs GL, Koszegi T: Validation of an automated immune turbidimetric assay for serum gelsolin and its possible clinical utility in sepsis, JOURNAL OF CLINICAL LABORATORY ANALYSIS, 2017 | | Horváth-Szalai Zoltán, Kustán Péter, Mühl Diána, Ludány Andrea, Bugyi Beáta, Kőszegi Tamás: Antagonistic sepsis markers: serum gelsolin and actin/gelsolin ratio, CLINICAL BIOCHEMISTRY 50:(3) pp. 127-133., 2017 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
