Regulation and physiological role of NADPH oxidase
Panel
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent
Dept. of Physiology (Semmelweis University)
Participants
Geiszt, Miklós Káldi, Krisztina Molnár, Gergely Moskwa, Patryk Rada, Balázs
Starting date
2002-01-01
Closing date
2005-12-31
Funding (in million HUF)
15.040
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A kutatási program célja a neutrofil granulociták O2.--termeléséért felelős NADPH oxidáz enzim szabályozásának valamint a baktériumölésben játszott szerepének vizsgálata volt. Megállapítottuk, hogy az oxidáz-komplexben részt vevő Rac monomer G-fehérje GTP-kötött állapota elengedhetetlen a folyamatos enzimaktivitás fenntartásához. A GTPáz aktiváló fehérjék (GAPok) hatásosan és folyamatosan gátolják a O2- termelést. Két különböző, granulocitákban előforduló GAP esetén mutattunk ki eddig ismeretlen szabályozó mechanizmust. A p190GAP-nál egyes foszfolipidek a szubsztrát specificitást változtatják meg: a Rho-GAP aktivitást gátolják, míg a Rac-GAP aktivitást fokozzák. A p50GAP nativ állapotában viszont molekulán belüli interakciók egyaránt gátolják a Rho- és Rac-GAP aktivitást; a G-fehérje prenil csoportja szükséges a p50 megnyílásához. Intakt sejten a NADPH oxidáz elektrogén működése a plazma membrán depolarizációján keresztül gátolja a Ca2+ belépést. Kvantitatív méréseinkkel kimutattuk a baktériumölési képesség korrelációját egyrészt a O2.- termelés intenzitásával, másrészt a depolarizációval és a K+ leadás mértékével. Tehát a NADPH oxidáz kettős szerepet játszik a baktériumölésben: mind az elektrogén működése következtében létrejövő ionvándorlások, mind az enzimreakció végterméke, a szuperoxid kémiai hatása érvényesül. A kutatások adatokat szolgáltattak két emberi megbetegedés (CGD, Gaucher kór) kialakulásához, és 8 hallgató doktori értekezésének elkészítését támogatták.
Results in English
NADPH oxidase is responsible for superoxide (O2.-) production by neutrophilic granulocytes. The aim of the project was to investigate the regulation of the enzyme and its role in killing of microorganisms. We demonstrated that sustained enzyme activity depends on the GTP-bound state of Rac, an essential subunit of the assembled enzyme. We revealed that GTPase activating proteins (GAPs) effectively and continuously down-regulate O2.- production. We showed novel regulatory mechanisms for two GAPs prevalent in granulocytes. In case of p190GAP, substrate specificity is altered by specific phospholipids: Rho-GAP activity is decreased whereas Rac-GAP activity is enhanced. In p50GAP, intramolecular interactions inhibit both Rac-GAP and Rho-GAP activity, but the prenyl group of the small GTPase is able to open up the GAP molecule. In intact cells, NADPH oxidase function is electrogenic and we showed that the resulting depolarization of the plasma membrane blocks Ca2+ entry. In a fine quantitative analysis we found correlation between killing of S. aureus and O2.- production resp. K+ efflux. We conclude that NADPH oxidase plays dual role in bacterial killing: both the initiated ion movements and the chemical product (O2.-) are vital for efficient elimination of some microorganisms. Our experiments provided new data on the pathomechanism of two human diseases (CGD and Gaucher) and supported the completion of the thesis of 8 PhD students.
Moskwa P, Dagher MC, Paclet MH, Morel F, Ligeti E.: Participation of Rac GTPase Activating Proteins in the Deactivation of the Phagocytic NADPH Oxidase, Biochemistry, 41. 10710-10716., 2002
Káldi K, Szeberényi J, Rada BK, Kovács P, Geiszt M, Mócsai A, Ligeti E: Contribution of phospholipase D and a brefeldin sensitive ARF to chemoattractant induced superoxide production and secretion of human neutrophils, Journal of Leukocyte Biology, 71., 695-700., 2002
Rada BK, Geiszt M, van Bruggen R, Német K, Roos D, Ligeti E.: Calcium signalling is altered in myeloid cells with a deficiency in NADPH oxidase activity, Clinical and Experimental Immunology, 132. 53-60., 2003
Káldi K, Kalocsai Á, Rada BK, Mező G, Molnár GZ, Báthori G, Ligeti E: Degranulation and superoxide production depend on cholesterol in PLB-985 cells, Biochemical Biophysical Reserch Communications, 310. 1241-1246., 2003
Moskwa P, Palicz A, Paclet MH, Dagher MC, Erdős M, Maródi L, Ligeti E.: Glucocerebroside inhibits NADPH oxidase activation in cell-free system, BBA Molecular Basis of Diseases, 1688. 197-203., 2004
Ligeti E, Dagher MC, Hernandez S, Koleske AJ, Settleman J.: Phospholipids can switch the GTPase substrate preference of a GTPase activating protein, Journal of Biological Chemistry, 279. 5055-5058., 2004
Rada BK, Geiszt M, Káldi K, Tímár Cs, Ligeti E: Dual Role of Phagocytic NADPH Oxidase in Bacterial Killing, Blood, 104. 2947-2953., 2004
Moskwa P, Paclet MH, Dagher MC, Ligeti E.: Autoinhibition of p50 Rho GTPase-activating protein (GAP) is released by prenylated small GTPases, Journal of Biological Chemistry, 280., 6716-6720., 2005
Sirokmany G, Szidonya L, Kaldi K, Gaborik Z, Ligeti E, Geiszt M.: Sec14 homology domain targets p50RhoGAP to endosomes and provides a link between Rab- and Rho GTPases, J Biol Chem. 2005 Dec 27; [Epub ahead of print], 2006
Rada Balázs: A NADPH oxidáz szerepe neutrofil granulociták kalcium anyagcseréjében és baktériumölésében, Ph.D. értekezés, Semmelweis Egyetem, 2004
DeCoursey TE, Ligeti E.: Regulation and termination of NADPH oxidase activity, Cell Mol Life Sci. 62:2173-93, 2005
Rada BK, Geiszt M, Hably C, Ligeti E .: Consequences of the electrogenic function of the phagocytic NADPH oxidase, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 360:2293-300., 2005
Ligeti E., Settleman J.: Regulation of RhoGAP specificity by phospholipids and prenylation, Methods in Enzymology, 2006
Moskwa P.: Possible regulatory mechanisms of the neutrophil NADPH oxidase: the role of GTPase activating proteins and lipids, Ph.D. értekezés, Semmelweis Egyetem, 2005, 2005
