 |
Membrane mimetics and peptide interactions, effect of the lipid environment
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124900 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Bodor, Andrea |
| Title in Hungarian |
Membránmimetikumok és peptidek kölcsönhatása, a lipidkörnyezet hatása |
| Title in English |
Membrane mimetics and peptide interactions, effect of the lipid environment |
| Keywords in Hungarian |
micella, bicella, transzmembrán, felületaktív, NMR, SAXS, MD, S100A4, ERD14 |
| Keywords in English |
micelles, bicelles, transmembrane, surface active, NMR, SAXS, MD, S100A4, ERD14 |
| Discipline |
| Structural Determination Methods (Council of Physical Sciences) | 60 % | | Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 30 % | | Colloid Chemistry (Council of Physical Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Chemistry 1 |
| Department or equivalent |
Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Bányai, István
Bóta, Attila Géza
Karancsiné Menyhárd, Dóra
Tantos, Ágnes
Tóth, Gábor
|
| Starting date |
2017-10-01 |
| Closing date |
2023-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
37.996 |
| FTE (full time equivalent) |
5.70 |
| 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 fehérje feltekeredés, a makromolekulák, peptidek membránokba való beépülésének hatásai, a membránban okozott változások a szerkezeti biológia és biofizika alapkérdéseihez tartoznak. A fehérjék alakjának, tömörségének, a membránok (micellák, bicellák) görbületének fiziko-kémiai jellemzése nagy jelentőségű, hiszen igen gyakran a laboratóriumi in vitro modellrendszerek szolgálnak a komplexebb, nagyobb horderejű vizsgálatok alapjául. A kölcsönhatás vizsgálatok pontos tervezése miatt igen fontos annak ismerete, hogy adott membránfelépítés milyen alakbeli változásokra képes önmagában, illetve adott topológiájú (felszínhez kötött, vagy transzmembrán) fehérje jelenlétében. A rendszer jellemzéséhez egyaránt szükséges a membrán, a fehérje/peptid és az oldószer víz oldaláról is vizsgálódni. Ezt a feladatot tűztük ki célul az általunk alkotott szinte egyedülálló NMR(nagyterű és kisterű)-SAXS-MD módszerek együttes alkalmazásával. A modellrendszereken elért eredmények alkalmazhatóságának ellenőrzésére két biológiailag releváns peptid membránnal való kölcsönhatását kívánjuk tesztelni: a metasztázisban szerepet játszó S100A4 C-terminális régióját és a dehidrin családhoz tartozó ERD14 K-szegmenseit.
Eredményeink a szerkezeti biológiában hiánypótlónak minősülhetnek, és általánosan is alkalmazhatóvá válhatnak. Adott biológiai rendszerek esetében konkrét következtetések is levonhatóak lesznek, illetve farmakológiában peptid/hatóanyag-membrán kölcsönhatás vizsgálatok tervezésénél hasznos háttérnek bizonyulhatnak.
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 membrán-fehérje/peptid kölcsönhatás során fellépő alak, tömörség és konformáció változás olyan globális paraméterek, amelyek számos biológiai funkcióra vannak hatással. Ezen paraméterek meghatározása kulcsfontosságú, ezért jelen kutatásaink célkitűzései a következők:
1) A diffúziós NMR méréseket alapul véve bioanalitikai összefüggéseket határozzunk meg a diffúziós együttható és molekulaméret között, illetve jellemezzük a fehérjék tömörségét.
2) NMR-SAXS mérések ötvözetével kísérletet teszünk alaktényező meghatározására fehérjék, bicellák és különböző topológiájú (felületi, vagy transzmembrán) peptidek bicellával alkotott komplexeinek esetében.
3) NMR - SAXS méréseket kiegészítve a bicella membránmimetikumok és fehérje-bicella komplexek relaxometriás vizsgálataival az oldószer víz szerepét kívánjuk tisztázni. A víz szerkezetet befolyásoló hatásáról és a makromolekulák oldószer által befolyásolt tömörségéről kapunk információt.
4) Következtetéseinket biológiailag releváns peptidek membránnal való kölcsönhatásán keresztül kívánjuk tesztelni: a metasztázisban szerepet játszó S100A4 C-terminális régióját és a dehidrinek közül az ERD14 K-szegmenseit jellemezzük. Ez esetekben a globális paraméterek meghatározásán kívül, lokálisan is megadjuk a lipid és a peptid oldaláról a kölcsönható környezeteket.
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!
Alapkutatásainkban a membrán-fehérje kölcsönhatásokat egyaránt kívánjuk jellemezni a membrán, a fehérje/peptid és a víz oldaláról. Ez a szinergia jelenleg nemzetközileg is egyedülálló módszerfejlesztés tekintetében, másik egyedisége, hogy a különféle méréseket (elsősorban NMR, SAXS) ugyanazon mintán, ugyanolyan körülmények mellett futtatjuk. Az így meghatározott adatok igen megbízhatóak, hiánypótlóak a szerkezeti biológiában, és általános biológiai, kémiai, farmakológiai hasznosíthatóságot tesznek lehetővé.
További várható eredményeink is egyedülállónak bizonyulnak a területen:
1) Kísérleti úton meghatározott molekulatömeg-diffúziós együttható, illetve molekulatömeg-látszólagos hidrodinamikai sugár összefüggéseink bioanalitikai célokra hasznosíthatóak lesznek.
2) Több kísérleti és elméleti módszer ötvözetét nemzetközi szinten is egyedülállóan alkalmazzuk peptidek, bicellák és peptid-bicella rendszerek alakjának, tömörségének és hidratációs tulajdonságainak meghatározására. Peptid modelleken elért eredményeink finomhangolására valós rendszereket is tesztelünk, melyekben egyelőre csak annyi ismert, hogy az adott szegmens membránnal kerül kölcsönhatásba. Ezáltal kutatásaink következtetései általánosan, széles körben, illetve konkrétan is alkalmazhatókká válnak a szerkezeti biológiában.
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.
Széleskörű hazai egyetemi-kutatóintézeti együttműködésünkben a fehérjék és membránfehérje fragmensek/peptidek alakjának, tömörségének, dinamikájának vizsgálatát; illetve a víz oldószer szerkezetre gyakorolt hatásának meghatározását célozzuk korszerű kísérleti és elméleti módszerek ötvözetével: NMR spektroszkópia, SAXS és MD szimuláció. Ez a társítás szinte egyedülálló, elsősorban a nagy térerejű NMR és SAXS berendezések szomszéd épületekben való elhelyezése lehetővé teszi ugyanazon minta ugyanazon kísérleti körülmények mellett történő meghatározását. Így igen jó minőségű, megbízható adathalmaz meghatározása válik lehetővé. A modell rendszereken elért eredményeink valós rendszereken kerülnek hasznosításra, és így kölcsönösen lehetőség nyílik a biológiai kísérletek tervezésének finomhangolására, pontosabb értelmezésére, ami a konkrét membrán vizsgálatoknál, általánosan a szerkezeti biológiában és farmakológiában is hasznosítható lesz.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Protein folding, the effects of protein incorporation in membranes, the changes occuring in the membrane as a consequence of these insertions are key questions in structural biology and biophysics. Physico-chemical characterization of shape, compactness, and membrane (micelle/bicelle) curvature in these systems is of great importance, as quite often the in vitro laboratory experimental model setup constitutes the basis for the more complex analysis.
In order to design proper interactions the variations in membrane shape and the effect of topologically different (surface bound or transmembrane) proteins on the membrane model has to be clarified. To sort this out a combination of state-of-the-art methods and proper model systems are needed. Our joint NMR(high-and low-field) – SAXS – MD approach has the unique knowledge to solve the problem. Furthermore, the expertise gained on the studies of model systems will be applied for two functionally important biological systems, as we plan the elucidation of membrane interaction for the C-terminal region of the metastasis associated S100A4, and for the K-segments of the dehydrin ERD14 protein.
The synergy of these methods is an excellent opportunity to check and validate the results, the fine tuning of the experimental setup and experiments will be needed in order to achieve general conclusions in structural biology and to be able to shed light on the chosen particular interactions. Moreover, our conclusions can be applicable in pharmacology for drug design studies related to membrane interactions.
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.
Protein conformation, shape and compactness are global parameters that affect the biological function. Thus, determination of these parameters is essential, and to do this a combination of several methods needs to be applied. Our aims in the present proposal are:
1) Based on diffusion NMR measurements we will determine bioanalytical correlations between the diffusion coefficient and the molecular mass, moreover we intend to characterize protein compactness.
2) Combining NMR and SAXS measurements we aim to determine reliable shape factors for proteins, bicelles, and membrane-peptide complexes in which the peptide partner has different topology: it is either surface bound or transmembrane.
3) Additional NMR relaxometry measurements on bicelles and bicelle-peptide complexes will gain information on the role of the water solvent and how this influences the compact packing of the membrane model.
4) We plan to test our conclusions on two functionally important systems. We will characterize both globally and locally the interaction between the membrane and the C-terminus region of S100A4 and the K-segments of the dehydrin ERD14 protein, respectively.
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.
In our research we aim to characterize the membrane-protein systems from the side of each participant, namely: membrane, protein/peptide and water solvent. This synergy is unique also on methodology development on international level,the other specialty is that measurements (mainly NMR, SAXS) will be performed on the same sample, under the same experimental conditions. This leads to high quality data with importance in structural biology, and can be generally applied in the different fields of biology, chemistry and pharmacology. Further results that bear novelty are:
1) Our experimentally determined molecular mass – diffusion coefficient and molecular mass – apparent hydrodynamic radius correlations can have impact and importance in bioanalytical applications.
2) Based on the combination of three techniques we determine the shape, compactness and the hydration properties of the peptide, bicelle and bicelle-peptide systems. Our membrane model experiments will be fine-tuned, as yet not investigated, functionally important membrane-peptide interactions will be clarified for the C-terminal region of S100A4, and the K-segments of ERD14 proteins. Our results will contribute reliably in the description of general phenomena and also to the specific membrane studies.
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.
In our broad university - research institute based cooperation we intend to determine the shape, compactness of proteins/peptides and membrane models, and to characterize the effect of water solvent on the structure of these macromolecule systems. For this we apply a combination of several state-of-the-art experimental and theoretical methods: NMR spectroscopy, SAXS and MD simulations. Our cooperation is almost unique, as having the advantage of neighboring NMR and SAXS instruments it is possible to lead the investigation on the same sample, under the same experimental conditions, thus high quality data will be obtained. Our experimental findings will be validated and tested on real systems with increased biological relevance, thus, experimental conditions and setup can be fine-tuned in order to achieve realistic information. As a consequence, it will be possible not only to obtain a veritable data set that can be of general use in structural biology but these findings will be validated and incorporated in the analysis of particular biological systems and drug design as well.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Szabó, Csenge Lilla ; Szabó, Beáta ; Sebák, Fanni ; Bermel, Wolfgang ; Tantos, Agnes ✉ ; Bodor, Andrea: The Disordered EZH2 Loop: Atomic Level Characterization by 1HN- and 1Hα-Detected NMR Approaches, Interaction with the Long Noncoding HOTAIR RNA, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 23 : 11 Paper: 6150, 2022 | | Szabó, Csenge Lilla ; Sebák, Fanni ; Bodor, Andrea: Monitoring Protein Global and Local Parameters in Unfolding and Binding Studies: The Extended Applicability of the Diffusion Coefficient- Molecular Size Empirical Relatio, ANALYTICAL CHEMISTRY 94 : 22 pp. 7885-7891. , 7 p., 2022 | | Szabó, C.L.; Szabó, B.; Sebák, F.; Bermel, W.; Tantos, A.; Bodor, A.: The Disordered EZH2 Loop: Atomic Level Characterization by 1HN- and 1Hα-Detected NMR Approaches, Interaction with the Long Noncoding HOTAIR RNA, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 23 : 11 Paper: 6150, 2022 | | Szabó, C. L.; Sebák, F.; Bodor, A.: Monitoring Protein Global and Local Parameters in Unfolding and Binding Studies: The Extended Applicability of the Diffusion Coefficient- Molecular Size Empirical Relation, ANALYTICAL CHEMISTRY 94 : 22 pp. 7885-7891. , 7 p., 2022 | | Haller, Jens D. ; Bodor, Andrea ; Luy, Burkhard: Pure shift amide detection in conventional and TROSY-type experiments of 13C,15N-labeled proteins, JOURNAL OF BIOMOLECULAR NMR, 76, 213–221, 2022 | | Kovács, D., Bodor, A.: The influence of random-coil chemical shifts on the assessment of structural propensities in folded proteins and IDPs, RSC ADVANCES 13 : 15 pp. 10182-10203, 2023 | | Sebák, F.; Szolomájer, J.; Papp, N.; Tóth, G.K. ; Bodor, A.: Proline cis/trans Isomerization in Intrinsically Disordered Proteins and Peptides, FRONTIERS IN BIOSCIENCE-LANDMARK 28 : 6 Paper: 127, 2023 | | Sebák, F.; Ecsédi, P.; Nyitray, L.; Bodor, A.: Assignment of the disordered, proline-rich N-terminal domain of the tumour suppressor p53 protein using 1HN and 1Hα-detected NMR measurements, Biomolecular NMR Assignments, 17, pages 309–314, 2023 | | Kasza, Gy., Szarka, Gy., Bodor, A., Kali, G., Iván, B.: In situ terminal functionalization of polystirene obtained by quasiliving ATRP and subsequent derivatizations, REVERSIBLE DEACTIVATION RADICAL POLYMERIZATION: FROM MECHANISMS TO MATERIALS AND APPLICATIONS. Washington: American Chemical Society, pp. 281-295., 2018 | | Ecsédi, P., Billington, N., Pálfy, Gy., Gógl, G., Kiss, B., Bulyáki, É., Bodor, A., Sellers, J.R., Nyitray, L.: Multiple S100 protein isoforms and C-terminal phosphorylation contribute to the paralog-selective regulation of non-muscle myosin 2 filaments, J. Biol. Chem. , 293(38), 14850–14867, 2018 | | Dudás, E.F., Bodor, A.: Quantitative, Diffusion NMR Based Analytical Tool To Distinguish Folded, Disordered, and Denatured Biomolecules, Analytical Chemistry, 2019 | | Boros, E., Sebák, F., Héja, D., Szakács, D., Zboray, K., Schlosser, G., Micsonai, A., Kardos, J., Bodor, A., Pál, G.: Directed Evolution of Canonical Loops and Their Swapping between Unrelated Serine Proteinase Inhibitors Disprove the Interscaffolding Additivity Model, JMB, Journal of Molecular Biology, 2019 | | Haller, J., Bodor, A., Luy, B.: Real-time pure shift measurements for uniformly isotope-labeled molecules using X-selective BIRD homonuclear decoupling, JMR, Journal of Magnetic Resonance, 2019 | | M. Ricci, K. Horváti, T. Juhász, I. Szigyártó, Gy.Török, F. Sebák , A. Bodor, L.Homolya, J. Henczkó, B. Pályi, T. Mlinkó, J. Mihály, B. Nizami, Z. Yang, F. Lin, X. Lu , L. Románszki, A. Bóta, Z. Varga, Sz. Bősze, F. Zsila, T. Beke-Somfai T: Anionic food color tartrazine enhances antibacterial efficacy of histatin-derived peptide DHVAR4 by fine-tuning its membrane activity, QUARTERLY REVIEWS OF BIOPHYSICS 53 Paper: e5 , 11 p. (2020), 2020 | | F. Dudás, E. ; Wacha, A. ; Bóta, A. ; Bodor, A.: Peptide-bicelle interaction: Following variations in size and morphology by a combined NMR-SAXS approach, BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOMEMBRANES 1862 : 2 Paper: 183095, 2020 | | Bodor, A. ; Haller, J. D. ; Bouguechtouli, C. ; Theillet, F.-X. ; Nyitray, L. ; Luy, B.: The power of pure shift HαCα correlations: a way to characterize biomolecules under physiological conditions, ANALYTICAL CHEMISTRY 92 : 18 pp. 12423-12428., 2020 | | Dudás, E. F. ; Pálfy, Gy.; Menyhárd, D. K. ; Sebák, F. ; Ecsédi, P. ; Nyitray, L. ; Bodor, A.: Tumor-Suppressor p53TAD(1-60)Forms a Fuzzy Complex with Metastasis-Associated S100A4: Structural Insights and Dynamics by an NMR/MD Approach, ChemBioChem, 2020 | | Bodor, A: Intrinsic structural disorder of proteins: from prediction to experimental identification, Ryadnov, Maxim; Hudecz, Ferenc (szerk.) Amino Acids, Peptides and Proteins : Volume 44 London, Egyesült Királyság, Royal Society of Chemistry (RCS) pp. 6-114, 2021 | | Sebák, F., Ecsédi, P.; Bermel, W.; Luy, B.; Nyitray, L.; Bodor,A.: Selective 1Hα NMR methods to reveal functionally relevant proline cis/trans isomers in IDPs: characterization of minor forms, effects of phosphorylation and occurrence in, Angewandte Chemie, 60, 2-11, 2021 | | Sebák, F.; Borbála Horváth, L.B.; Dániel Kovács,D.; Szolomájer,J.; Tóth, G.K.; Babiczky,Á.; Bősze, Sz.;Bodor,A: Novel, lysine-rich delivery peptides of plant origin ERD and human S100: the effect of carboxyfluorescein conjugation, influence of aromatic and proline residues, cellula, ACS Omega, 10.1021/acsomega.1c04637, 2021 | | Sebák, F., Ecsédi, P.; Bermel, W.; Luy, B.; Nyitray, L.; Bodor,A.: Selective 1Hα NMR methods to reveal functionally relevant proline cis/trans isomers in IDPs: characterization of minor forms, effects of phosphorylation and occurrence in, ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 61 : 1 Paper: e202108361, 2022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
