Myosin motor proteins: structur-function relationship and functional studies in neurons  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61784
Type K
Principal investigator Nyitray, László
Title in Hungarian Miozin motorfehérjék: szerkezet-funkció összefüggések és funkcionális vizsgálatok idegsejteken
Title in English Myosin motor proteins: structur-function relationship and functional studies in neurons
Keywords in Hungarian miozin, motor fehérje, szerkezet-funkció, reguláció, kinetika, coiled-coil, kötőpartnerek, neuron, neuron differenciáció
Keywords in English myosin, motor proteins, structure-function, regulation, kinetics, coiled-coil, binding partners, neurons, neuronal differentiation
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)90 %
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Department of Biochemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Hegyi, György
Hetényi, Csaba
Hódi, Zsuzsanna
Kovács, Mihály
Málnási Csizmadia, András
Perczel, András
Schlett, Katalin
Tárnok, Krisztián
Tóth, Judit
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-01-31
Funding (in million HUF) 20.000
FTE (full time equivalent) 9.55
state closed project
Summary in Hungarian
A miozin motorfehérjék felelősek az izomkontrakcióért, de fontos szerepet játszanak az intracelluláris transzportban, a sejtmotilitásban, valamint számos más sejtfunkcióban is. Munkacsoportunk ezidáig elsősorban a konvencionális (mioII) és az egyik legfontosabb transzport miozin (mioV) szabályozásának, dimerizációjának és kargókötésének szerkezeti alapjait tanulmányozta. Jelen pályázat során ezt a munkát folytatjuk, másrészt elkezdjük a mioV szerepét vizsgálni idegsejtekben. A tervezett kísérletek három kérdéskört érintenek: (1) a regulált miozinok „kikapcsolt” állapotáról és a szabályozás mechanizmusáról kívánunk új ismereteket szerezni különböző módon szabályozott miozinok és „kiméráik” kinetikájának összehasonlítása, egy-egy gátló- és aktiválószer alkalmazása, valamint fehérjekémiai és szerkezeti módszerek révén; (2) a fehérjék világában gyakori coiled-coil motívum a „kétfejű” miozinok dimerizációjáért felelős, de szerepe lehet a motorfehérje elaszticitásában és szabályozásában is – ezekre a felvetésekre keressük a választ szerkezeti, termodianamikai és egyedi molekulákon végzett mechanikai mérésekkel; (3) a mioV szerepét az idegsejtek differenciálódásában és neurotranszmitter receptorok transzportjában sejtbiológiai módszerekkel vizsgáljuk (pl. élő sejtekben követjük a transzfektált motor-kargó komplexeket konfokális mikroszkóppal). Eredményeink hozzá fognak járulni a miozinok szerkezet-funkció összefüggéseinek és idegsejten belüli szerepének alaposabb megismeréséhez.
Summary
Myosin motor proteins are responsible for muscle contraction, and they play essential role also in intracellular transport, cell motility and several other cellular functions. So far our research group has been studying the structural basis of regulation, dimerization and cargo binding of conventional myosin (myoII) and one of the most important transport myosin (myoV). In the proposed project we plan to continue working on the above problems, besides we begin to study functions of myoV in neurons. The planned experiments deal with three topics: (1) we want to acquire new information about the „off” state and regulatory mechanisms of myosins by comparing the kinetics of myosins (and their chimeras) with different regulation, by using an inhibitor and an activator molecule, in addition to biochemical and structural methods; (2) the coiled-coil is the most abundant structural motif in the protein world and it is responsible for the dimerization of „two-headed” myosins, however, it may also be involved in the elasticity and regulation of myosins – we are seeking answers of these questions by structural, thermodynamic and single molecule mechanics measurements; (3) role of myoV in differentiation of neurons and transport of neurotransmitters will be studied by cellular methods (e.g. life cell imaging of transfected motor-cargo complexes). Our results will contribute to a better understanding of structure-function relationship of myosins and the role they play in neurons.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kutatómunkánk elsődlegesen a miozin motorfehérjék szerkezet-funkció vizsgálatára irányult. Meghatároztuk a konvencionális miozin (miozin-II) fej szerkezetét az enzimatikus ciklus egy ez idáig nem ismert állapotában. A szerkezet rávilágított a kémiai energiát munkává alakító „négyütemű” motor működésének több kulcsfontosságú elemére. Azonosítottunk a motor doménen belül egy kölcsönhatást, amely hozzájárulhat a különböző miozinok optimális működéséhez. Kiderítettük, hogy a fej-farok kapcsolódás instabil szerkezetű a közvetlenül szabályozott miozin-II motoroknál. A miozin-VI farok régiójáról megmutattuk, hogy egyszálú α-hélix (CSAH) szerkezetű. Új szerkezetjósló programokkal megállapítottuk, hogy a CSAH egy eddig fel nem ismert, sok fehérjében megtalálható szerkezeti elem, amely mechanikai szerepet tölthet be. A miozin-V intacelluláris transzport folyamatokban betöltött szerepét élő idegsejteken kezdtük el vizsgálni. A miozin-V farok könnyű lánc (DYNLL) kötőhelyét azonosítottuk a nehéz láncon belül. Kimutattuk, hogy a DYNLL egy konzervatív ún. csomóponti fehérje, amely a kölcsönható fehérjék szerkezet nélküli régiójában elhelyezkedő lineáris motívumokhoz kötődik és így szabályozza őket. Jellemeztük a DYNLL-partner komplexek kialakulásának termodinamikáját és kinetikáját. Irányított evolúció segítségével az eddig ismerteknél erősebb kötőszekvenciát állítottunk elő, s bioinformatikai módszerrel további potenciális partnerfehérjéket azonosítottunk a humán proteomban.
Results in English
We have primarily pursued structure-function studies of myosin motor proteins. We have determined the 3-dimensional structure of conventional myosin (myosin II) in one state of its enzymatic cycle. The structure highlighted some of the key elements during the chemo-mechanical energy transduction of the “4-stroke” motor. We have identified an interaction within the motor domain of which could contribute to the optimal functioning of different myosins. Comparative studies revealed that the structure of the coiled-coil tail at the head-tail junction is unstable in directly regulated myosin IIs. We have shown that the tail region of myosin VI forms a single α-helix (CSAH). Using newly developed prediction programs we have found that CSAH is a novel structural motif present in a many proteins and that it could play mechanical roles. We have started to investigate the role of myosin V in intracellular transport of neuronal cells by live-cell imaging. We have localized the binding site of the tail light chain (DYNLL) of myosin V. DYNLL was identified as a conserved hub protein that binds to linear motifs localized in disordered regions of their binding partners and hence regulate them. We have determined the thermodynamic and kinetic properties of DYNLL-partner complexes. Using directed evolution we have selected a stronger DYNLL binding peptide than previously known ones, and we have predicted potentially novel binding partners in the human proteome.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61784
Decision
Yes





 

List of publications

  
Yang, Y., Gourinath, S., Kovács, M., Nyitray, L., Reutzel, R., Himmel, D.M., O'Neall-Hennessey, E., Reshetnikova, L., Szent-Györgyi, A.G., Brown, J.H., and Cohen, C.: Rigor-like structures of muscle myosins reveal key mechanical elements in the transduction pathways of this allosteric motor, Structure, 15(5):553-64, 2007
Málnási-Csizmadia, A., Tóth, J., Pearson, D.S., Hetényi, Cs., Nyitray, L., Geeves, M.A., Bagshaw, C.R., and Kovács, M.: Selective perturbation of the myosin recovery stroke by point mutations at the base of the lever arm affects ATP hydrolysis and phosphate release, J.Biol.Chem., 282(24):17658-64, 2007
Nyitray László: Miozin, egy allosztérikus motorfehérje: szerkezet-funkció vizsgálatok, MTA, 2009
Kawamichi, H., Hino, M., Nakamura, A., Tanaka, H., Farkas, L., Nyitray, L., Kohama, K.: Calcium inhibition of Physarum myosin as examined by the recombinant heavy mero-myosin, Adv. Exp. Med. Chem., 592:265-72, 2007
Brown, J.H., Yang, Y., Reshetnikova, L., Gourinath, S., Süveges, D., Kardos, J., Hóbor, F., Reutzel, R., Nyitray, L., and Cohen, C.: An unstable head-rod junction may promote folding into the compact off-state conformation of regulated myosins, J. Mol. Biol., 375(5):1434-43, 2008
Süveges, D., Gáspári, Z., Tóth, G., and Nyitray, L.: Charged single α-helix: a versatile protein structural motif, Proteins, 74:905–916, 2009
Szappanos, B., Süveges, D., Nyitray, L., Perczel, A., and Gáspári, Z: Folded-unfolded cross-predictions and protein evolution: The case study of coiled-coils, FEBS Lett., 584(8):1623-7, 2010
Gáspári, Z. and Nyitray, L.: Coiled coils as models of protein structure evolution., BioMol Concepts, in press, 2011
L Michel Espinoza-Fonseca, Dániel Süveges, Zoltán Gáspári, Gábor Tóth, László Nyitray.: Role of Cationic Residues in Fine Tuning the Flexibility of Charged Single α-helices., Biophys J. 96(3) 322a, 2009
Süveges Dániel: KÉTSZÁLÚ ÉS EGYSZÁLÚ ALFA-HELIKÁLIS SZERKEZETI ELEMEK VIZSGÁLATA, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL KÜLÖNBÖZŐ MIOZIN FAROK DOMÉNEKRE, Eötvös Loránd Tudományegyetem Biológia Doktori Iskola, 2011
Hódi, Zs. Németh, A., Radnai, L., Hetényi, Cs., Schlett, K., Bodor, A., Perczel, A. and Nyitray, L.: Alternatively spliced exon B of myosin Va is essential for binding of the tail light chain shared by dynein., Biochemistry, 45 (41): 12582-12595, 2006
Z. Hódi, P. Rapali, L. Radnai, T. Molnár, A. Szenes, J. Kardos, L. Buday, W.F. Stafford, and L.Nyitray: The LC8 family of dynein light chains: multifunctional chaperon-like proteins, FEBS J., 274: 106, 2007
L. Radnai, P. Rapali, Z.Hódi, D. Süveges, T. Molnár, B. Kiss, B. Bécsi, F. Erdődi, J. Kardos, M. Kovács and L. Nyitray: Affinity, avidity and kinetics of target sequence binding to LC8 dynein light chain (DYNLL) isoforms, J.Biol.Chem., 285: 38649-38657, 2010
Molnár T, Rapali P., Radnai L., Süveges D., Nyitray L.: Az LC8 dinein könnyű lánc foszforiláció általi szabályozásának három mechanizmusa, Biokémia 33(3) 14, 2009
Rapali, P., Radnai, L., Süveges, D., Harmat, V., Tölgyesi, F., Wahlgren, W.Y., Katona, G., Nyitray, L., Pál, G.: Directed evolution reveals the binding motif preference of the LC8/DYNLL hub protein and predicts large numbers of novel binders interactors in the human proteome., PLoS One, in press, 2011
P. Rapali, A. Szenes, L. Radnai, A. Bakos, G. Pál, L. Nyitray: DYNLL/LC8: A Light Chain Subunit of the Dynein Motor Complex and Beyond, FEBS J., submitted, 2011
Czöndör K, Ellwanger K, Fuchs YF, Lutz S, Gulyás M, Mansuy IM, Hausser A, Pfizenmaier K, Schlett K.: Protein kinase D controls the integrity of Golgi apparatus and the maintenance of dendritic arborization in hippocampal neurons., Mol Biol Cell 20(7):2108-20, 2009



Back »