Regulation of autophagosome maturation  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
123410
Type ERC_HU_15
Principal investigator Juhász, Gábor
Title in Hungarian Az autofagoszóma érés szabályozása
Title in English Regulation of autophagosome maturation
Keywords in Hungarian autofagoszóma, fúzió, lizoszóma, SNARE, pányvázás
Keywords in English autophagosome, fusion, lysosome, SNARE, tethering
Discipline
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Ortelius classification: Molecular biology
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel European Reserach Council (ERC)
Department or equivalent Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Horváth, V. Gábor
Simon-Vecsei, Zsófia
Starting date 2017-05-01
Closing date 2018-10-31
Funding (in million HUF) 44.996
FTE (full time equivalent) 0.30
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 autofágia biztosítja a sejten belüli anyagok és organellumok lebontását és újrahasznosítását. Hibái számos betegség kialakulásához járulnak hozzá, mint például a rák, neurogeneráció és öregedés. Az autofagoszóma-lizoszóma fúzió mechanizmusa még nem világos. Másokkal együtt azonosítottuk a folyamat több kulcsfontosságú elemét: az autofagoszómális SNARE Syntaxin 17-et és partnereit (SNAP29, Vamp7/8), a HOPS pányvázó komplexet, és a Rab7 kis GTP-ázt. Most az autofagoszóma érés egy új, nem-konvenciális szabályozó molekuláját jellemeznénk, és biokémiai módszerekkel vizsgálnánk a fúziót.
Első célunk egy szokatlan SNARE fehérje vizsgálata, ami lipidáció révén köt membránokhoz. Azt találtuk hogy ez is szükséges az autofágoszóma fúzióhoz, és hogy ez egy alternative SNARE komplexet képez a Syntaxin 17-tel és a SNAP29-cel. Ezen komplex szolubilis állapotból membrane-kötötté válása lehet felelős a SNARE-ek autofagoszómára toborzásáért.
Második célunk az autofagoszóma-lizoszóma fúzióban szereplő faktorok előállítása rekombináns formában. Ezek segítségével a jövőben kémcsőben tanulmányozhatnánk ezt a mesterségesen előállított vezikulafúziós reakciót.
Harmadik célunk annak felderítése, hogy a HOPS pányvázó komplex hogyan segíti a SNARE komplex kialakulását autofagoszóma-lizoszóma fúzió során. Egyik alegysége, a Vps33 egy ún. SM fehérje, ami közvetlen köti a SNARE-eket, és az autofág SNARE-ekhez való kapcsolódását szeretnénk megértni.
Munkánk hosszú távú célja az autofagoszóma-lizoszóma fúzió megértése in vitro rekonstitúció segítségével.

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.
ERC pályázatomban az autofagoszóma és endoszóma keletkezés és érés több faktorát terveztük jellemezni. A bírálók és az interjú bizottság fő kritikája az volt, hogy nem épültek eléggé egymásra a célok (nem volt elég koherens a pályázat), és haszontalannak ítélték a génkiütött egerekkel kapcsolatos kísérleteket.
Jelen projektben csak az autofagoszóma-lizoszóma fúzió megértésére fókuszálnánk. Az elmúlt évek és jelenlegi kutatásaink során azonosítottunk számos fehérjét, amelyek szükségesek ehhez a folyamathoz. Ebben a pályázatban egy új, atipikus SNARE fehérje jellemzésébe fognánk, és biokémiai kísérletekkel nyernénk előzetes adatokat, hogy megértsük a funkcióját. A projektben végzett kísérletek révén humán sejttenyészeti és biokémiai vonalon is nyernénk előzetes adatokat, és megerősíthetnénk Drosophila adatainkat. Várhatóan az új eredmények révén izgalmas új kérdéseket is fel tudunk majd vetni egy megalapozottabb és jóval koherensebb, autofagoszóma-lizoszóma fúzióra fókuszáló ERC pályázat benyújtásához.

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 2016-os orvosi-élettani Nobel-díjat egy autofágia-kutató kapta, aki élesztőben felfedezte az autofagoszóma keletkezéshez szükséges Atg géneket. Ezen gének homológjainak funkcionális vizsgálata derített fényt arra, hogy az autofágia roppant fontos szerepet játszik az eukarióta sejtek homeosztázisának fenntartásában, a felesleges és károsodott sejtalkotók és az intracelluláris patogének lebontásában. A folyamatot sokféle módon lehet befolyásolni (pl. gyógyszerek, étkezési szokások, életmód), és specifikus gátló- és serkentőszerek fejlesztése segíthet majd kiaknázni az autofágiában rejlő terápiás potenciált. Az autofágoszóma keletkezéshez képest az autofagoszóma-lizoszóma fúzió folyamata még kevésbé ismert, noha ez is szükséges a lebontandó anyagok lizoszómába juttatásához. Kutatásaink révén az alapjelenség megértése mellett új terápiás célpontokat is azonosíthatunk.

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 2016-os orvosi-élettani Nobel-díjjal elismert autofágia folyamata során a sejtek felesleges és károsodott saját anyagaikat, valamint a fertőző patogéneket (baktériumokat, vírusokat) bontják le. Kutatásaink során az Európai Kutatási Tanácshoz benyújtott, támogatandónak ítélt ám pénzhiány miatt elutasított pályázatunkat szeretnénk előzetes eredményekkel megerősíteni. Emberi sejttenyészeti és biokémiai kísérletekkel egészítenénk ki a gyümölcslégyben nyert előzetes adatainkat, hogy a személyes interjú és az elutasítás során megfogalmazott kritikák mentén következő alkalommal egy jobban megalapozott és jóval koherensebb kutatási pályázatot nyújthassunk be az Európai Kutatási Tanácshoz.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Autophagy ensures the degradation and recycling of intracellular material, including organelles. Its defects are implicated in numerous diseases, such as cancer, neurodegeneration, and aging. The mechanism of autophagosome-lysosome fusion is incompletely understood. Others and we recently identified some of the key factors involved in this process: the autophagosomal SNARE Syntaxin 17 and its partners SNAP29, Vamp7/8, the tethering complex HOPS, and the small GTPase Rab7. We now propose to uncover a new unconventional regulator of autophagosome maturation, and further understand this process using biochemistry.
Our first aim is to study an unusual SNARE that becomes membrane-bound via lipidation. We find that it is also required for autophagosome fusion, and that it forms an alternative SNARE complex with Syntaxin 17 and SNAP29. The switching of this complex from soluble to membrane-bound form could ensure the loading of SNAREs onto the autophagosome to promote fusion.
Our second aim is to produce factors required for autophagosome-lysosome fusion in recombinant form, so that we can prepare for reconstitution of this heterotypic vesicle fusion reaction in subsequent studies.
Our third aim is to characterize how the tethering complex HOPS promotes SNARE assembly during autophagosome-lysosome fusion. One of its subunits, Vps33 is an SM protein that directly binds to SNAREs, and we aim to understand its interactions with the autophagic SNAREs.
The long-term aim of these projects is to understand autophagosome-lysosome fusion by in vitro reconstitution of this process.

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.
In my ERC application, we proposed to characterize several factors involved in the biogenesis and maturation of autophagosomes and endosomes. The main criticism of the reviewers and the interview committee was that my specific aims did not build on each other (the application was not coherent enough), and the experiments using knockout mice were considered useless.
In this project, we will focus only on understanding autophagosome-lysosome fusion. During the past years and in our current research, we have identified several proteins necessary for this process. In this application, we propose to characterize a new atypical SNARE protein, and we would carry out preliminary biochemical experiments aiming to understand its function. We can obtain preliminary data using cultured human cells and biochemistry, and strengthen our Drosophila data. These new data will likely lead to new exciting questions, which we can include in a well-grounded and much more coherent ERC application focusing on autophagosome-lysosome fusion.

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 2016 Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded to an autophagy researcher, who discovered yeast Atg genes that are required for autophagosome formation. Functional analysis of the homologs of these genes revealed that autophagy plays a very important role in the homeostasis of eukaryotic cells, and the removal of excess or damaged components and intracellular pathogens. This process can be influenced in many ways (eg. By drugs, dietary habits, lifestyle), and developing specific inhibitory and stimulatory agents can help to exploit the therapeutic potential of autophagy. The mechanisms of autophagosome-lysosome fusion are much less known than autophagosome generation, even though it is also necessary for the delivery of contents to be degraded to lysosomes. Thanks to our research, besides the basic understanding of this process, we can identify new therapeutic targets as well.

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.
The 2016 Nobel Prize for Physiology or Medicine was awarded to autophagy research. During this process, cells break down their unnecessary and damaged material as well as infecting pathogens (bacteria, viruses). During our research, we plan to strengthen our proposal that was submitted to the European Research Council, which was recommended for funding but was rejected due to insufficient funds available. We plan to supplement our fruit fly data with human cell culture and biochemical experiments along the lines of criticism provided at my interview and in the rejection letter, so that we can submit a well-grounded and much more coherent project proposal to the European Research Council next time.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az eredmények leírása: A projekt során sikeresen kivitelztük: 1-12. pontok az első részjelentés szerint 13. Felfedeztük az Ykt6 szerepét a krinofágiában (szekréciós granulum-lizoszóma fúzió) 14. Egyedi rekombináns fehérjéket tisztítottunk és összeállítottuk a makroautofág és krinofág SNARE komplexeket: Syx17-SNAP29-Vamp7, Syx13-SNAP29-Vamp7, és a meglehtősen stabil Syx13-SNAP29-Ykt6 15. Mivel a humán Ykt6 jellemzése nem sokkal a Drosophila cikkünk után publikálásra került, így nem volt értelme a humán fehérjét vizsgálnunk 16. Beadtuk az ERC Advanced Grant pályázatunkat
Results in English
Description of the results : During this project, we have successfully: 1-12. listed for the first Period closing report 13. We have discovered a role for Ykt6 in crinophagy (secretory granule-lysosome fusion) 14. We purified individual recombinant proteins and assembled macroautophagic and crinopahgic SNARE complexes: Syx17-SNAP29-Vamp7, Syx13-SNAP29-Vamp7, and the also quite stable Syx13-SNAP29-Ykt6 complex 15. Since human Ykt6 has been characterized and published shortly after our Drosophila paper by the Mizushima group, it did not make sense to study human Ykt6 16. We have submitted and ERC Advanced Grant proposal
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=123410
Decision
Yes





 

List of publications

  
Takats S, Glatz G, Szenci G, Boda A, Horvath GV, Hegedus K, Kovacs AL, Juhasz G: Non-canonical role of the SNARE protein Ykt6 in autophagosome-lysosome fusion., PLOS GENET 14: (4) Paper e1007359. 23 p. , 2018
Galluzzi L, Baehrecke EH, Ballabio A, Boya P, Bravo-San Pedro JM, Cecconi F, Choi AM, Chu CT, Codogno P, Colombo MI, Cuervo AM, Debnath J, Deretic V, Dikic I, Eskelinen EL, Fimia GM, Fulda S, Gewirtz DA, Green DR, Hansen M, Harper JW, Jaattela M, Johansen T, Juhasz G, Kimmelman AC, Kraft C, Ktistakis NT, Kumar S, Levine B, Lopez-Otin C, Madeo F, Martens S, Martinez J, Melendez A, Mizushima N, Munz C, Murphy LO, Penninger JM, Piacentini M, Reggiori F, Rubinsztein DC, Ryan KM, Santambrogio L, Scorrano L, Simon AK, Simon HU, Simonsen A, Tavernarakis N, Tooze SA, Yoshimori T, Yuan J, Yue Z, Zhong Q, Kroemer G: Molecular definitions of autophagy and related processes., EMBO J 36: (13) 1811-1836, 2017
Lorincz P, Mauvezin C, Juhasz G: Exploring Autophagy in Drosophila, CELLS 6: (3) , 2017
Melani M, Valko A, Romero NM, Aguilera MO, Acevedo JM, Bhujabal Z, Perez-Perri J, de la Riva-Carrasco RV, Katz MJ, Sorianello E, D'Alessio C, Juhasz G, Johansen T, Colombo MI, Wappner P: Zonda is a novel early component of the autophagy pathway in Drosophila, MOL BIOL CELL 28: (22) 3070-3081, 2017
Deretic V, Prossnitz E, Burge M, Campen MJ, Cannon J, Liu KJ, Sklar LA, Allers L, Garcia SA, Baehrecke EH, Behrends C, Cecconi F, Codogno P, Chen GC, Elazar Z, Eskelinen EL, Fourie B, Gozuacik D, Hong W, Hotamisligi G, Jäättelä M, Jo EK, Johansen T, Juhász G, Kimchi A, Ktistakis N, Kroemer G, MIzushima N, Münz C, Reggiori F, Rubinsztein D, Ryan K, Schroder K, Simonsen A, Tooze S, Vaccaro MI, Yoshimori T, Yu L, Zhang H, Klionsky DJ.: Autophagy, Inflammation, and Metabolism (AIM) Center of Biomedical Research Excellence: supporting the next generation of autophagy researchers and fostering international collaborations., Autophagy, 2018




 

Events of the project

  
2019-06-18 18:22:00
Résztvevők változása



Back »