Investigation the nuclear connections and the role in mRNA export of the actin binding protein, Moesin  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
127968
Type PD
Principal investigator Kristó, Ildikó
Title in Hungarian Az aktinkötő Moesin fehérje sejtmagi kapcsolatainak és mRNS exportban betöltött szerepének vizsgálata
Title in English Investigation the nuclear connections and the role in mRNA export of the actin binding protein, Moesin
Keywords in Hungarian Moesin, sejtmag, mRNS export, aktin
Keywords in English Moesin, nucleus, mRNA export, actin
Discipline
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)80 %
Ortelius classification: Molecular biology
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Vilmos, Péter
Starting date 2018-09-01
Closing date 2022-02-28
Funding (in million HUF) 15.807
FTE (full time equivalent) 3.50
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 sejtek megfelelő működéséhez, valamint a környezeti hatásokra és a stresszre adott válaszok kialakításához a gének szigorúan szabályozott, precíz kifejeződésére van szükség. Ebben kulcsfontosságú szerepe van az mRNS szállításnak is, melynek során a DNS-ről átíródott RNS molekulák specifikus fehérjékkel kölcsönhatásban a sejtmagból a fehérjeszintézis helyszínére, a citoplazmába szállítódnak. A folyamat nem megfelelő működése közvetetten a fehérje háztartás egyensúlyának megváltozásához vezet, amely pedig számos patológiás folyamat kialakulásért felelős. Bizonyos szállító faktorok alul, illetve túlműködését írták le több neurodegeneratív és rákos megbetegedésben is. A laboratóriumunk által vizsgált, evolúciósan erősen konzervált citoszkeletális, aktinkötő Moesin fehérjéről korábbi munkánk során kimutattunk, hogy szükséges az mRNS export megfelelő működéséhez, ennek pontos mechanizmusa azonban nem ismert. Pályázatunk fő célja, hogy Drosophila modellorganizmusban azonosítsuk a Moesin fehérje sejtmagi kötőpartnereit, majd ezen keresztül a szállításban szereplő fehérje komplex felépítésének részletes vizsgálatával meghatározzuk a Moesin fehérje mRNS exportban betöltött pontos molekuláris funkcióját. Eredményeink reményeink szerint hozzájárulnak az ERM fehérjék biológiai és patológiás folyamatokban betöltött szerepének jobb megértéséhez is. Az előkísérletekben részt vett és az eredményekből B.Sc. diploma dolgozatát is készítette Kovács Zoltán biológia szakos hallgató, aki a projekt folytatásaként ebben a témakörben készítené el M.Sc. diplomamunkáját.

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.
Korábbi munkánk során bebizonyítottuk, hogy az általunk vizsgált, evolúciósan erősen konzervált citoszkeletális, aktinkötő Moesin fehérje fontos szereppel rendelkezik az mRNS exportban. Mivel a Moesin mRNS szállításban betöltött működésének pontos mechanizmusa még nem ismert, ezért a pályázatban ismertetett munka segítségével, Drosophila modellszervezet felhasználásával a következő kérdésekre szeretnénk válaszolni: 1) Melyek a Moesin fehérje sejtmagi kötőpartnerei? 2) Hogyan épül fel a Moesin tartalmú sejtmagi fehérje komplex, melyek a közvetett és a közvetlen fizikai fehérje-fehérje kölcsönhatások? 3) A Moesin az mRNS export melyik lépésében játszik szerepet? 4) A Moesin mRNS exportban betöltött funkciója specifikus-e az mRNS molekulák egy meghatározott alcsoportjára?

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 gének kifejeződésében kulcsfontosságú szerepet játszik az mRNS export, melynek során az átírt RNS molekulák a sejtmagból a citoplazmába szállítódnak, ahol fehérjévé fordítódnak át. Az ebben szerepet játszó fehérjék nem megfelelő működésével gátlódhat vagy túlműködhet az mRNS szállítás, amely a fehérje háztartás egyensúlyának megváltozásán keresztül hozzájárulhat a neurodegeneratív és a rákos elváltozások kialakulásához. Az általunk vizsgált evolúciósan erősen konzervált, az ERM fehérjecsaládba tartozó citoszkeletális, aktinkötő Moesin fehérjéről korábbi munkánk során kimutattuk, hogy fontos szerepet játszik az mRNS molekulák exportjában. A pályázatban ismertetett munka révén, a sejtmagi kötőpartnerek részletes vizsgálatával szeretnénk feltárni a pontos molekuláris mechanizmust, amelynek segítségével a Moesin fehérje részt vesz az mRNS molekulák, vagy azok egy specializált alcsoportjának szállításában. A Drosophila Moesin új, a sejtmagi mRNS exportban ellátott funkciójának pontos megismerése segítheti az ERM fehérjék patológiás folyamatokban betöltött szerepének mélyebb megértését is. Mivel az utóbbi években egyre több citoszkeletális fehérjéről, többek között a Moesin egyik legfontosabb kötőpartneréről, az aktinról is kimutatták, hogy megtalálható a sejtmagban, így kutatási eredményeink hozzájárulhatnak a citoplazmatikus sejtváz elemek sejtmagi jelentőségének megismeréséhez is. Az általunk használt modellorganizmus, a Drosophila melanogaster vagy ecetmuslica kiváló eszközt biztosít a kutatás elvégzéséhez, mivel a Moesin az ERM fehérjecsalád egyetlen képviselőjeként van jelen, így a funkcionális redundancia okozta nehézségeket elkerülhetjük.

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 sejtek megfelelő működéséhez, a külső hatásokra és a stresszre adott válaszok kialakításához a gének összetett, szigorúan szabályozott kifejeződésére van szükség. Ennek során a sejtmagban a génekről átíródott RNS molekulák a citoplazmában fehérjévé fordítódnak át (transzlálódnak). A két folyamatot az RNS szállítás köti össze, melynek során az átírt RNS molekulák számos fehérjével összekapcsolódva a sejtmagból a fehérjeszintézis színhelyére, a citoplazmába szállítódnak. Ha a folyamat nem megfelelően működik, akkor az RNS-ek felhalmozódhatnak a sejtmagban, egyúttal gátolva az azokról történő fehérje termelődést. Ennek következtében a sejtben patológiás folyamatok alakulhatnak ki, amelyek neurodegeneratív és rákos megbetegedésekhez vezethetnek. A laboratóriumunkban vizsgált, az ERM fehérjecsaládba tartozó Moesin fehérjéről korábbi munkánk során bebizonyítottuk, hogy részt vesz az RNS molekulák szállításban, ennek pontos mechanizmusa azonban nem ismert. A kutatás során ecetmuslica modellszervezetben szeretnénk a Moesin fehérje sejtmagi kölcsönható partnereit azonosítani, ezáltal pedig részletesebben megismerni az mRNS-ek vagy azok egy speciális alcsoportjának szállításában betöltött funkcióját. Eredményeink reményeink szerint az mRNS szállításban betöltött funkcióik mellett hozzájárulnak az ERM fehérjék biológiai és patológiás folyamatokban betöltött szerepének jobb megértéséhez is.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The normal life and proper reactions to environmental effects and stress requires the tightly regulated, precise gene expression in every cell. The transport of mRNAs also plays a key role in this process. During export, the transcribed mRNA moves from the nucleus to the site of translation in the cytoplasm with the help of specific proteins. Defects in the transport process leads to improper protein balance in the cell and as a result, to pathological events. The decreased as well as hyperactive functioning of certain RNA transporters have been implicated in neurodegenerative and malignant diseases. We have shown previously that the sole representative of the evolutionarily conserved, actin-binding, cytoskeletal ERM protein family in Drosophila, Moesin, plays important role in nuclear mRNA export but the exact mechanism of its activity remained unknown. The proposed work aims to identify binding partners of Drosophila Moesin in the nucleus, and with the detailed analysis of the composition of the mRNP protein complex containing Moesin we would like to determine the molecular function of Moesin in mRNA export. We think that our work can help the better understanding of the biological and disease processes requiring ERM functions. An undergraduate student, Zoltán Kovács participated in the preliminary experiments and summarized his results in his Bachelor diploma thesis. He continues his work in the lab and intends to prepare his Masters Diploma work from the new results we will obtain with nuclear Moesin.

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.
We have shown previously that the evolutionarily highly conserved, cytoskeletal, actin-binding protein, Moesin plays important role in nuclear mRNA export. Since the exact mechanism through wich Moesin participates in mRNA transport is not known, the proposed work aims to answer the following questions: 1) What are the binding partners of Moesin in the nucleus? 2) What is the exact composition of the protein complex which contains Moesin, and what are the direct and indirect molecular interactions within the complex? 3) In which step of mRNA export Moesin participates? 4) Is the mRNA exporting activity of Moesin specific to a given type of mRNA?

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.
Proper gene expression requires the correct export of transcribed mRNA from the nucleus to the cytoplasm, where it is translated into protein. Any problem with the RNA transporting proteins can lead to increased or decreased mRNA export which, through the defects of protein balance, contributes to neurodegenerative and malignant transformations. We have shown previously that the sole representative of the evolutionarily conserved, actin-binding, cytoskeletal ERM protein family in Drosophila, Moesin, plays important role in nuclear mRNA export. Through the identification of nuclear interacting partners of Moesin, the proposed work aims to uncover the exact molecular mechanism performed by the Drosophila ERM protein in the nuclear transport of mRNAs or a subset of mRNAs. The detailed analysis of the novel, RNA transporting activity of Drosophila Moesin helps also to understand the exact role of ERMs in pathological processes. Because in the past couple years numerous cytoskeletal proteins, among them actin, the most important binding partner of Moesin, have been shown to be present in the nucleus, our results will provide deeper insight into the significance of the nuclear localization of cytoskeletal proteins. The model organism, Drosophila melanogaster or fruit fly, used in our laboratory, offers an excellent system to perform the experiments outlined here, since Moesin is the only representative of the ERM protein family in the fly, thereby enables to overcome functional redundancy.

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 normal life and proper reactions to environmental effects and stress requires the tightly regulated, precise expression of genes in every cell. During gene expression the RNA molecules transcribed in the nucleus from the gene are turned (translated) into proteins in the cytoplasm. The two processes are linked by the transport of the RNAs during which the RNA molecules move from the nucleus to the site of translation in the cytoplasm with the help of specific proteins. Defects in the transport process leads to the nuclear accumulation of RNAs and in the same time to the decrease of protein translation. As a consequence, pathological processes emerge in the cell which, in the end, result in neurodegenerative and carcinogenic diseases. We have shown previously that the single representative of the evolutionarily conserved, actin-binding, cytoskeletal ERM protein family in Drosophila, Moesin, plays important role in nuclear mRNA export but the exact mechanism of its activity remained unknown. The proposed work aims to identify binding partners of Drosophila Moesin in the nucleus, and we would like to determine the exact molecular activity Moesin performs in the export of mRNAs or a group of mRNAs. We think that our work can help the better understanding of the biological and disease processes requiring ERM functions.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Korábbi kutatásaink során kimutattuk, hogy a citoszkeletális, aktinkötő Moesin fehérje megtalálható a sejtmagban is, ahol szerepet játszik az mRNS exportban. A pályázat során célul tűztük ki a Moesin tartalmú sejtmagi fehérje komplex/komplexek azonosítását és leírását, hogy ezáltal részletesen megismerjük azt a molekuláris mechanizmust, melyen keresztül a Moesin fehérje ellátja funkcióját a sejtmagban. Ennek megválaszoláshoz először tenyésztett Drosophila sejtekből izolált sejtmagi fehérje frakción tömegspektrometriai analízist végeztünk, melynek segítségével azonosítottuk a Moesin potenciális sejtmagi kötőpartnereit. A találatok között szerepeltek a Mediator komplex tagjai, valamint további, mRNS exportban, transzkripcióban és riboszóma összeszerelődésben szerepet játszó fehérjék is. Ezek közül a legerősebb kölcsönhatásokat in vitro és in vivo fehérje-fehérje kötési kísérletekben sikeresen megerősítettük, mely alapján elmondhatjuk, hogy a Moesin az RNS metabolizmus több lépésében is szerepet játszik. A munkánk során azt is kimutattuk, hogy a Moesin a Mediator komplex egy új tagja, melyhez a Med15 alegységen keresztül közvetlenül kapcsolódik. Irodalmi adatok igazolták a Med15 alegység szerepét a hősokk hatására bekövetkező génexpresszió szabályozásában. Mivel ez összhangban áll korábbi eredményeinkkel, úgy gondoljuk, hogy a Moesin fehérje a Mediator komplexszel kölcsönhatásban az mRNS export mellett szerepet játszhat a stresszhatásra bekövetkező transzkripciós válaszban is.
Results in English
In our previous research we demonstrated that the cytoskeletal, actin-binding Moesin protein is present also in the nucleus, where it participates in the process of mRNA export. In this study our aim was to identify the nuclear protein complex or complexes which contain Moesin, in order to charecterize the detailed molecular mechanism by which Moesin functions in the nucleus. To achieve our aim, first we isolated nuclear protein fraction from Drosophila cultured cells, and preformed a mass spectrometry analysis, where we identified the potential nuclear interaction partners of Moesin. Among the hits we found almost all the members of the Mediator complex, and also several proteins involved in mRNA export, transcription regulation and ribosome biogenesis. The strongest hits were selected and succesfully validated in further in vitro and in vivo protein-protein binding assays, indicating that Moesin is involved in multiple levels of RNA metabolism. Based on our results we can also conclude that Moesin is a new member of the Mediator complex through the direct binding of the Med15 subunit. From the literature data we know that the Med15 subunit functions in the gene expression regulation upon heat shock, which nicely correlates with our previous findings with Moesin. Therefore, we hypothesize that Moesin together with the Mediator complex beside mRNA export plays a role also in the regulation of transcriptional response upon stress conditions.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=127968
Decision
Yes





 

List of publications

  
Ildikó Kristó, Csaba Bajusz, Péter Borkúti, Zoltán Kovács, Péter Vilmos: Investigation the role in mRNA export of the actin binding protein, Moesin, Hungarian Molecular Life Sciences, Eger, 2019.03.29-31., 2019
Ildikó Kristó, Csaba Bajusz, Péter Borkúti, Zoltán Kovács, Péter Vilmos: Investigation the role in mRNA export of the actin binding protein, Moesin, Wilhelm Bernhard Workshop on the Cell Nucleus, Dijon, 2019.05.20-24., 2019
Ildikó Kristó, Csaba Bajusz, Péter Borkúti, Zoltán Kovács, Péter Vilmos: Investigation the role in mRNA export of the actin binding protein, Moesin, Straub days, Szeged, 2019.05.30-31., 2019
Cinege Gyöngyi, Lerner Zita, Magyar Lilla B., Soós Bálint, Tóth Renáta, Kristó Ildikó, Vilmos Péter, Juhász Gábor, Kovács Attila L., Hegedűs Zoltán, Sensen Christoph W., Kurucz Éva, Andó István: Cellular Immune Response Involving Multinucleated Giant Hemocytes with Two-Step Genome Amplification in the Drosophilid Zaprionus indianus, JOURNAL OF INNATE IMMUNITY 12: (3) pp. 257-272., 2020
Bajusz C, Borkuti P, Kristo I, Kovacs Z, Abonyi C, Vilmos P: Nuclear actin: ancient clue to evolution in eukaryotes?, HISTOCHEMISTRY AND CELL BIOLOGY 150: (3) pp. 235-244., 2018
Bajusz Csaba, Kristó Ildikó, Abonyi Csilla, Venit Tomáš, Vedelek Viktor, Lukácsovich Tamás, Farkas Attila, Borkúti Péter, Kovács Zoltán, Bajusz Izabella, Marton Annamária, Vizler Csaba, Lipinszki Zoltán, Sinka Rita, Percipalle Piergiorgio, Vilmos Péter: The nuclear activity of the actin‐binding Moesin protein is necessary for gene expression in Drosophila, FEBS JOURNAL 288: (16) pp. 4812-4832., 2021
Cinege Gyöngyi, Lerner Zita, Magyar Lilla B., Soós Bálint, Tóth Renáta, Kristó Ildikó, Vilmos Péter, Juhász Gábor, Kovács Attila L., Hegedűs Zoltán, Sensen Christoph W., Kurucz Éva, Andó István: Cellular Immune Response Involving Multinucleated Giant Hemocytes with Two-Step Genome Amplification in the Drosophilid Zaprionus indianus, JOURNAL OF INNATE IMMUNITY 12: (3) pp. 257-272., 2020
Ildikó Kristó, Csaba Bajusz, Péter Borkúti, Zoltán Kovács, Péter Vilmos: Moesin is involved in mRNA export as a new member of the Mediator complex, Hungarian Molecular Life Sciences, Eger, 2021.11.05.-07., 2021
Ildikó Kristó, Zoltán Kovács, Péter Borkúti, Zoltán Lipinszki, Aladár Pettkó-Szandtner, Péter Vilmos: Moesin is involved in mRNA export as a new member of the Mediator complex, 2nd CONFERENCE OF THE VISEGRÁD GROUP SOCIETY FOR DEVELOPMENTAL BIOLOGY, 2021
Bajusz Csaba, Kristó Ildikó, Abonyi Csilla, Venit Tomáš, Vedelek Viktor, Lukácsovich Tamás, Farkas Attila, Borkúti Péter, Kovács Zoltán, Bajusz Izabella, Marton Annamária, Vizler Csaba, Lipinszki Zoltán, Sinka Rita, Percipalle Piergiorgio, Vilmos Péter: The nuclear activity of the actin‐binding Moesin protein is necessary for gene expression in Drosophila, FEBS JOURNAL 288: (16) pp. 4812-4832., 2021
Ildikó Kristó, Péter Borkúti, Zoltán Kovács, Anikó Szabó, Szilárd Szikora, Péter Vilmos: Detection of actin in nuclear protein fraction isolated from adult Drosophila ovary, Methods in Molecular Biology (közlésre elfogadva), 2022



Back »