 |
Role of sumoylation in germ cell development of Drosophila
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124446 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Bence, Melinda |
| Title in Hungarian |
A szumoiláció szerepe a Drosophila ivarsejt fejlődésében |
| Title in English |
Role of sumoylation in germ cell development of Drosophila |
| Keywords in Hungarian |
szumoiláció, ivarsejt, őssejt, niche, Drosophila |
| Keywords in English |
sumoylation, germ cell, stem cell, niche, Drosophila |
| Discipline |
| Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Molecular genetics, reverse genetics and RNAi (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Molecular genetics |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Erdélyi, Miklós
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2020-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
15.405 |
| FTE (full time equivalent) |
2.40 |
| 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 szumoiláció egy poszt-transzlációs fehérje-módositás, melynek során egy kis méretű SUMO fehérje kapcsolódik a célfehérjékhez, ezáltal módositva azok funkcióját. A szumoiláció széles körben konzervált az eukariota élőlényekben és számos sejtbiológiai folyamatot szabályoz. Egy Drosophilában végzett, nagyléptékű RNS interferencián alapuló kisérletsorozat során a szumoilációs útvonal több olyan tagját is azonositottuk, amelyek befolyásolják az ivarsejt-fejlődést. Ezeknek a géneknek a nőstény ivarvonalban való csendesitése teljes mértékben elcsökevényesedett petefészkeket eredményezett a felnőtt állatokban. Feltételezésünk szerint a szumoilációs folyamatoknak már az oogenezis kezdeti szakaszában, az ivarvonal-őssejtek feljődésében van szerepe. Pályázatunk fő célja, hogy feltárjuk azokat az alapvető mechanizmusokat, melyek révén a szumoiláció az ivarvonal-őssejtek fejlődését szabályozza. Mivel az ivarvonal-őssejtek differenciációjában az őket körülvevő mikrokörnyezetnek meghatározó szerepe van, ezért vizsgálatainkat kiterjesztjük a niche testi sejtjeire illetve az általuk közvetitett szignálutakra is. További célunk a Drosophila SUMO-ligáz, Su(var)2-10 fehérje petefészek-specifikus izoformáinak azonosítása és jellemzése. Mindemellett, fehérje-fehérje interakción alapuló vizsgálatokat fogunk végezni a petefészekben expresszálódó új szumoilációs célfehérjék azonositására.
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.
Számos állatfajban bizonyitást nyert, hogy a szumoiláció alapvető szerepet játszik mind az őssejt, mind pedig az ivarsejt-fejlődésben. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről az ivarsejtek fejlődése során. Szintén kevés információ áll rendelkezésünkre a Drosophila SUMO-ligáz, Suvar2-10 génről és az általa kódolt izoformákról. Pár tanulmány kimutatta, hogy a Su(var)2-10 fehérje szerepet játszik a kromoszómaszerkezet kialakitásában és a here ivarvonal-őssejtjeinek fenntartásában. A Su(var)2-10 fehérje igen komplex szerkezettel és számos izoformával rendelkezik, ami arra enged következtetni, hogy még további, esetleg a szumoilációtól független funkciókkal bír. Annak érdekében, hogy új ismereteket szerezzünk a szumoiláció Drosophila nőstény ősivarsejt fejlődésében betöltött szerepéről, a következő kérdéseket kívánjuk megválaszoli: Mi a szumoiláció alapvető funkciója az ivarvonal fejlődése során? Vajon az őssejtek fenntartásában vagy a differenciálódásukban játszik szerepet? Vajon sejt-autonóm folyamatokon keresztül szabályozza az ivarsejtek fejlődését vagy a niche testi sejtjei által közvetitett jelutak révén? Mely Su(var)2-10 izoformák expressszálódnak a Drosophila petefészkében és mi a pontos expressziós mintázatuk és specifikus funkciójuk? Mely célfehérjék szabályozódnak SUMO-konjugáció által a Drosophila petefészkében?
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 szumoiláció alapvető szerepet játszik számos állatfaj ivarsejt-fejlődésében. Emlősökben a szumoiláció befolyásolja a fertilitást és működésének zavara tumoros elváltozásokhoz vezethet a herében, prosztatában és a petefészekben egyaránt. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről az ivarsejtek fejlődése során. Az emlős ivarsejtek vizsgálata és manipulációja in vivo és in vitro is nehezen kivitelezhető, ezért a könnyen vizsgálható modellszervezetek használata fontos szereppel bír a területen. A Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legszélesebb körben alkalmazott modell rendszer. További előnye, hogy az emlősökkel ellentétben, a muslicákban a szumoilációs útvonal mindegyik tagját egyetlen gén kódolja, ami csökkenti a redundancia lehetőségét és megkönnyiti a genetikai vizsgálatokat. Munkánk célja, hogy feltárjuk azokat a folyamatokat, amelyekkel a szumoiláció az oogenezis-ben alapvető szerepet játszó fehérjéket szabályozza. További célunk, hogy új, szumoilációs célfehérjéket azonositsunk a Drosophila petefészkében. Mivel a szumoiláció meglehetősen konzervált az eukarióták körében, az általunk elért eredmények általános érvényűek lehetnek. Szintén nagyon hasonló, konzervált mechanizmusok felelősek az ivarvonal őssejtek és a tumoros sejtek differenciálatlan állapotának fenntartásáért. Így eredményeink a tumor biológia területén is hasznosulhatnak.
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.
Közismert, hogy a sejteket ért szignálok hatására a fehérjék gyakran poszttranszlációs módositásokon mennek keresztül. A szumoiláció az egyik fő poszt-transzlációs fehérje-módositás, melynek során egy kis méretű SUMO fehérje kapcsolódik a célfehérjékhez, ezáltal módositva azok funkcióját. A szumoiláció számos sejtbiológiai folyamatot szabályoz, mint például a sejt-túlélés, sejtosztódás és transzkripciós szabályozás. Egy Drosophilában végzett, nagyléptékű RNS interferencián alapuló kisérletsorozat során a szumoilációs útvonal több olyan tagját is azonositottuk, amelyek befolyásolják az ivarsejt-fejlődést. Számos állatfajban bizonyitást nyert, hogy a szumoiláció alapvető szerepet játszik mind az őssejt, mind pedig az ivarsejt-fejlődésben. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről. Egyszerű szerkezete és könnyű vizsgálhatósága révén, a Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legszélesebb körben alkalmazott modell rendszer az ivarsejtek differenciációjának in vivo tanulmányozására. Pályázatunk fő célja, hogy feltárjuk azokat az alapvető mechanizmusokat, melyek révén a szumoiláció az ivarvonal-őssejtek fejlődését szabályozza. További célunk, hogy új szumoilációs célfehérjéket azonositsunk a Drosophila petefészkében. Mivel a szumoiláció meglehetősen konzervált az eukarióták körében, az általunk elért eredmények általános érvényűek lehetnek. Szintén nagyon hasonló, konzervált mechanizmusok felelősek az ivarvonal őssejtek és a tumoros sejtek differenciálatlan állapotának fenntartásáért. Így eredményeink a tumor biológia területén is hasznosulhatnak.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Sumoylation is a post-translational modification which attaches a SUMO moiety to the target proteins, thereby modulating their functions. Sumoylation is widely conserved in eukaryotes and regulates diverse cellular processes. In the course of a large scale RNAi screen, we have identified several members of the sumoylation pathway which influence the gonadal development in Drosophila melanogaster. Loss of function of these genes in the female germ line resulted in a highly penetrant rudimentary adult ovary. We propose that sumoylation exerts its function during the initial stage of oogenesis and regulates key events of germ line stem cell development. Our aim is to understand the underlying mechanisms by which sumoylation regulates the germ line differentiation. As the microenvironment of the germ line stem cells is essential for their proper development, we will examine the role of sumoylation in the somatic niche cells and in the soma to germline signalling as well. Furthermore we will perform molecular analyses to characterize the SUMO-ligase, Su(var)2-10 isoforms specifically expressed in the ovary. Finally, we will perform protein-protein interaction studies to explore novel sumoylation targets in the Drosophila.
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.
Several studies demonstrate that sumoylation plays fundamental role in stem cell and germ cell development in several species. However, the underlying mechanisms by which the SUMO-modification exerts its function and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. There is also limited knowledge about the Drosophila SUMO-ligase, Suvar2-10 protein. Its role was shown in chromosome organization and in germ cell maintenance in testes. However, its complicated domain structure and multiple splice variants raise the possibility that this protein exerts additional functions which may independent of sumoylation. To target these issues and to gain new insights into how sumoylation regulates the germ cell development, we will answer the following specific questions: What is the exact function of sumoylation in the germ line development? Does sumoylation regulates the stem cell maintenance or does it participates in the differentiation of germ cells? Does sumoylation regulates the germ cell development cell-autonomously or is it also involved in the soma to germ line signalling? Which Su(var)2-10 isoforms are expressed in the Drosophila ovary? What is the exact spatiotemporal expression pattern and specific function of these Su(var)2-10 isoforms?
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 sumoylation plays fundamental role in germ cell development in several species. In mammals, the sumoylation affects fertility function and its dysregulation can cause testicular and prostate cancer as well as epithelial ovarian cancer. However, exact functions of sumoylation and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. Manipulation and analysis of mammalian germ cells both in vivo and in vitro proved to be extremely difficult. However, due to its simplicity, the Drosophila ovarian niche is a convenient model system to study germ line stem cells in their native environment. In addition, unlike in mammals, each members of the Drosophila sumoylation pathway are encoded by individual genes, which exclude the redundancy and make the genetic investigations easier. Our aim is to reveal mechanisms by which sumoylation regulates proteins with essential roles in oogenesis. We also intend to identify novel sumoylation targets in the Drosophila ovary. As the sumoylation is widely conserved in eukaryotes, our study can provide valuable information about its general roles. Furthermore, highly similar mechanisms are responsible for the mainanance of undifferentiated state of germline and tumour cells, therefore our results may be utilized in the field of tumour biology 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.
It is well established that proteins are often modified post-translationally in response to signalling cues. Sumoylation is the major post-translational modification which coordinates the effects of various signals by interplaying with other modifications. The sumoylation attaches a SUMO moiety to the target proteins, thereby modulating their functions. It regulates diverse biological processes, such as cell survival, proliferation or transcriptional regulation. In the course of a large scale RNAi screen, we have identified several members of sumoylation pathway which influence the gonadal development in Drosophila melanogaster. Several studies demonstrate that sumoylation plays fundamental role in germ cell development in several species. However, the underlying mechanisms by which the SUMO-modification exerts its function and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. Due to its simplicity, the Drosophila ovary is a fashionable model system to study germ line stem cells in their native environment. Our aim is to reveal mechanisms by which sumoylation regulates proteins with essential roles in oogenesis. We also intend to identify novel sumoylation targets in the Drosophila ovary. As the sumoylation is widely conserved in eukaryotes, our study can provide valuable information about its general roles. Furthermore, highly similar mechanisms are responsible for the maintenance of undifferentiated state of germline and tumour cells, therefore our results may be utilized in the field of tumour biology as well.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
