Sphingosine-1-phosphate: Identification its intracellular targets and plasma membrane transport  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61501
Type K
Principal investigator Liliom, Károly
Title in Hungarian Szfingozin-1-foszfát: Intracelluláris célfehérjék és plazma-membrán transzport azonosítása
Title in English Sphingosine-1-phosphate: Identification its intracellular targets and plasma membrane transport
Keywords in Hungarian szfingozin-1-foszfát, jelátvitel, ligand-kötés, ABC-transzporter
Keywords in English sphingosine-1-phosphate, signal transduction, ligand binding, ABC transporter
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Enzymology, BRC, Hungarian Academy of Sciences
Participants Kovács, Erika
Nagy, Erika
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 18.993
FTE (full time equivalent) 7.95
state closed project
Summary in Hungarian
A szfingozin-1-foszfát (S1P) a természetben előforduló legegyszerűbb szerkezetű lizoszfingolipid, amely olyan alapvető sejtfolyamatok szabályozásában vesz részt, mint a sejtosztódás, túlélés/apoptózis, differenciáció, sejtalak és mozgékonyság, valamint a kalcium homeosztázis (1). Élettani szempontból a S1P - többek között - nélkülözhetetlen az angiogenezisben az érfal éréséhez, a szív embrionális fejlődésekor, szabályozza a limfociták kilépését a nyirokcsomókból, gátolja az apoptózist és a tumorsejtek invázióját (2). A S1P hatásmechanizmusa meglepően összetett: egyrészt sejtfelszíni receptorok természetes aktiváló ligandja, másrészt a sejten belül termelődve közvetlenül kalcium-felszabadulást, valamint az apoptózis gátlását okozza (1). A S1P elsődleges hírvivő funkciójában G-fehérjékkel kapcsolt plazmamembrán-receptorokat aktivál, mely receptorok a jól ismert jelátviteli útvonalak aktiválásával közvetítik az extracelluláris S1P hatását. Ugyanakkor szinte semmit nem tudunk arról, hogy a S1P másodlagos hírvivőként pontosan mely fehérjékkel lép kölcsönhatásba. Bonyolítja a helyzetet, hogy a S1P által elsődleges és másodlagos hírvivőként aktivált jelátviteli útvonalak jelentős mértékben átfednek. További jellegzetessége a S1P komplex élettani hatásának, hogy a külső ingerre másodlagos hírvivőként a sejtben keletkező S1P kijuthat a sejtből és az ugyanazon vagy szomszédos sejteken kifejeződő S1P-receptorokat aktiválva elsődleges hírvivőként is funkcionálhat, de nem tisztázott, hogy a S1P milyen aktív mechanizmussal jut át a sejtmembránon.
Summary
The lipid mediator Sphingosine-1-phosphate (S1P) regulates fundamental cellular processes including survival, proliferation, differentiation, and migration. In a physiological context, S1P is essential for vascular maturation in angiogenesis, inhibits tumor cell invasion, required for normal development of the heart ventricles, prevents apoptosis, and essential for lymphocyte egress from the lymphoid organs. The mechanisms mediating S1P action remain obscure since there are two hypotheses currently in the field. S1P can function as an extracellular mediator because it is the bona fide ligand of G protein-coupled receptors. Intracellularly, S1P can also act as a second messenger by directly activating Ca2+-release from the endoplasmic reticulum, and inhibiting the apoptotic signaling pathways leading to cell survival. Although, these hypotheses are not mutually exclusive and are supported by many important lines of evidence, the second messenger function of S1P and the possible coupling between first and second messenger roles is not well understood. Henceforth, the objective of the proposal is to identify and characterize the intracellular target of S1P mediating Ca2+-release and to elucidate the molecular machinery responsible for exporting S1P out of the cell.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A jelátvitelben jelentős szerepet játszó lizofoszfolipidek, a szfingozin-1-foszfát (S1P), a szfingozin (Sph), a szfingozilfoszforilkolin (SPC) és a lizofoszfatidsav (LPA) sejten belüli célfehérjéinek azonosítása során kimutattuk, hogy a sejtek fő kalcium-érzékelő fehérjéje, a kalmodulin (CaM) szelektíven köti az aggregált SPC-t, melynek hatására a CaM funkciója gátlódik, mind apoCaM, mind Ca2+CaM esetén (Biochem J 2008). A CaM-SPC kölcsönhatás mechanizmusát és a komplex kristályszerkezetét meghatároztuk (J Biol Chem 2010, FASEB J 2010). Kimutattuk, hogy a Sph hasonló kölcsönhatásra lép a CaM-nal, és vizsgáltuk a CaM-SPC kötődés hatását a rianodin-receptor (RyR1)-általi intracelluláris kalcium mobilizációra. Kimutattuk, hogy a beta-2-mikroglobulin (b2M), amely vesedialízises betegekben amiloid lerakódásokat képez, szelektíven kölcsönhat az aggregált LPA-val, melynek hatására az egyébként stabil fehérje amiloidogén konformációt vesz fel (Biochemistry 2009). A CaM-SPC és a b2M-LPA kölcsönhatások a lipid-fehérje kötődés újfajta modelljeinek tekinthetők. Kimutattuk, hogy sejttípustól függően mind az ABCA1, mind az ABCC1 transzporterek képesek átjuttatni az S1P-t a plazmamembránon, legalábbis részlegesen, de ezeket az eredményeket kísérleteink befejezése előtt a nemzetközi szakirodalomban más kutatócsoportok közölték. A pályázati időszak végén ezért elkezdtük a Sph, S1P, SPC és LPA szállítófehérjéinek azonosítását egyes lipoproteinek szelektív kötési képességeinek vizsgálatával.
Results in English
This work aimed at identifying the intracellular target proteins of important lysophospholipid mediators (sphingosine-1-phosphate, S1P, sphingosine, Sph, sphingosylphosphorylcholine, SPC, and lysophosphatidic acid, LPA) in signal transduction. We showed that calmodulin (CaM), the ubiquitous calcium sensor of cells, binds selectively to the aggregated SPC, resulting in the inhibition of CaM function in its apo as well as Ca2+-saturated forms (Biochem J 2008). We determined the crystal structure and the mechanism of formation of the complex (J Biol Chem 2010, FASEB J 2010). We showed that Sph similarly binds CaM and studied the role of CaM-SPC interaction in the intracellular Ca2+-mobilization through ryanodine receptor RyR1. We also identified the mechanism of interaction of beta-2-microglobulin (b2M) with aggregated LPA, inducing the amyloidogen conformation of the otherwise very stabile protein, leading to amyloid fibril deposits in patients on long-term dialysis (Biochemistry 2009). The CaM-SPC and b2M-LPA interactions represent a novel lipid-protein binding model. We showed that ABCA1 and ABCC1 proteins, depending on the cell-type, are able to partially transport S1P through plasma membrane. Unfortunately, these results had been published by other groups before we could finish our experiments. We have lately started the identification of carrier proteins of Sph, S1P, SPC, and LPA by investigating their selective binding to different lipoproteins.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61501
Decision
Yes





 

List of publications

  
Erika Kovacs, Le Xu, Daniel A. Pasek, Karoly Liliom, Gerhard Meissner: Regulation of ryanodine receptors by sphingosylphosphorylcholine: involvement of both calmodulin-dependent and -independent mechanisms, The FEBS Journal, submitted, 2010
Kovacs E, Harmat V, Tóth J, Vértessy BG, Módos K, Kardos J, Liliom K: Structure and mechanism of calmodulin binding to a signaling sphingolipid reveal new aspects of lipid-protein interactions, FASEB J. 2010 Jun 14. [Epub ahead of print], 2010
Kovacs E, Tóth J, Vértessy BG, Liliom K: Dissociation of calmodulin-target peptide complexes by the lipid mediator sphingosylphosphorylcholine: implications in calcium signaling, J Biol Chem. 285(3):1799-808, 2010
Lankalapalli RS, Baksa A, Liliom K, Bittman R: Synthesis and properties of a photoactivatable analogue of psychosine (beta-Galactosylsphingosine), ChemMedChem. 5(5):682-6, 2010
Henriett Pál-Gábor, Linda Gombos, András Micsonai, Erika Kovács, Éva Petrik, János Kovács, László Gráf, Judit Fidy, Hirunobu Naiki, Yuji Goto, Károly Liliom, and József Kardos: Mechanism of lysophospatidic acid-induced amyloid fibril formation of β2-microglobulin in vitro under physiological conditions, Biochemistry 48(24):5689-99, 2009
Kiss Bence, Kovács Erika, Liliom Károly, Nyitray László: Az S100A4 metasztázis fehérje protein-lipid kölcsönhatásainak szerkezet-funkció vizsgálata, A Magyar Biokémiai Egyesület Vándorgyűlése, Budapest, 2009
Kovacs E, Liliom K: Sphingosylphosphorylcholine as a novel calmodulin inhibitor, Biochem J. 410(2):427-37, 2008
Erika Kovacs, Karoly Liliom: Regulation of ryanodine receptors by signaling sphingolipids: calmodulin is the missing link?, 7th International Meeting of the Sphingolipid Club, invited speaker, Leiden, The Netherlands, November 14-16, 2008
Liliom Károly: Lizofoszfolipidek szerepe élettani és patológiás folyamatokban, Straub Napok, Szeged, meghívott elöadó, 2008 december 3-6, 2008
Liliom Károly: Lizofoszfolipidek a jelátvitelben, Magyar Biokémiai Egyesület Vándorgyülése, Szeged, meghívott előadó, 2008 augusztus 31 - szeptember 3, 2008
Attila Baksa, Károly Liliom: The role of ABCA1 in the export of sphingosine-1-phosphate, ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, Innsbruck, Austria, March 1-8, 2008
Erika Kovacs, Jozsef Kardos, Karoly Liliom: Calmodulin is a potential intracellular receptor for the lipid mediator sphingosylphosphorylcholine, Calcium Binding Proteins v2(2) p87, 2007
Henriett Pál-Gábor, Linda Gombos, András Micsonai, Erika Kovács, János Kovács, László Gráf, Yuji Goto, Károly Liliom, and József Kardos: The role of lysophosphatidic acid in amyloid formation of beta2-microglobulin under physiological conditions, A Magyar Biokémiai Egyesület Vándorgyűlése, Debrecen, aug. 26–29., 2007
Baksa Attila, Kasza Ildikó, Hegyi Zoltán, Szabó Katalin, Liliom Károly: Az ABCA1 aktív transzporter szerepe a szfingozin-1-foszfát exportjában, A Magyar Biokémiai Egyesület Vándorgyűlése, Debrecen, aug. 26–29., 2007
Henriett Pál-Gábor, Linda Gombos, András Micsonai, Erika Kovács, János Kovács, László Gráf, Yuji Goto, Károly Liliom, and József Kardos: The role of lysophosphatidic acid in amyloid formation of beta2-microglobulin under physiological conditions, Regional Biophysics Conference, Balatonfüred, 2007. augusztus 21 - 25., 2007
Kovács Erika és Liliom Károly: Sphingolipids interact with calmodulin: new roles in signal transduction?, FEBS Journal vol.273 page118 Special Issue S1 PP-158, 2006
Kovács Erika és Liliom Károly: Sphingosylphosphorylcholine selectively interacts with calmodulin, FEBS Special Meeting: October 21-25, 2006, Noordwijkerhout, The Netherlands, New concepts in lipidology: from lipidomics to disease, 2006
Beck Z, Balogh A, Kis A, Izsépi E, Cervenak L, László G, Bíró A, Liliom K, Mocsár G, Vámosi G, Füst G, Matko J: New cholesterol-specific antibodies remodel HIV-1 target cells' surface and inhibit their in vitro virus production, J Lipid Res. 2010 Feb;51(2):286-96, 2010
Kovacs E, Tompa P, Liliom K, Kalmar L: Dual coding in alternative reading frames correlates with intrinsic protein disorder, Proc Natl Acad Sci U S A. 107(12):5429-34, 2010



Back »