Bioinspired metallopeptides for the functional mimicking of metalloenzymes  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
63606
Type K
Principal investigator Gajda, Tamás
Title in Hungarian Bio-ihletésű fémkötő peptidek alkalmazása a metalloenzimek funkcionális modellezésénél
Title in English Bioinspired metallopeptides for the functional mimicking of metalloenzymes
Keywords in Hungarian hisztidin, peptidek, fémkomplexek, funkcionális modellek, enzimek
Keywords in English histidine, peptides, metal complexes, functional models, enzymes
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Molecular and Analytical Chemistry (University of Szeged)
Participants Fekete, Zoltán
Gyurcsik, Béla
Jankovics, Hajnalka
Paksi, Zoltán
Simon, Ida Noémi
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-01-31
Funding (in million HUF) 10.000
FTE (full time equivalent) 12.11
state closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázat célja metalloenzimek funkcionális modellezése, hidrolitikus ill. oxidatív funkcióval bíró cink(II) ill. réz(II) tartalmú peptidkomplexek kifejlesztése révén. E két egymással látszólag ellentétben lévő funkció közötti kapcsolatot a cinktartalmú hidrolázok, valamint a 2-es és 3-as típusú réztartalmú enzimek aktív centrumának hasonló, {3Nim,H2O} koordinációs szférája teremti meg. A munkaterv gerincét alkotó rövidebb, 4-10 aminosavból felépülő peptidek mellett, a metallohidrolázok funkcionális analógjai esetén nagyobb oligopeptidek ill. módosított fehérjék előállítását és fémkomplexeik vizsgálatát is tervezzük. Céljaink eléréséhez olyan peptidek szükségesek, melyek a semleges pH-tartományban csak oldallánci donorcsoportjaik révén koordinálódnak a fémion(ok)hoz. Azok tervezésénél felhasználjuk egyes fehérjék rövidebb (4-10) ill. hosszabb (~ 40 aminosav) fémkötő szekvenciáit. A várható eredmények egyrészt elősegíthetik a gyakorlati felhasználásra is alkalmas mesterséges enzimek kifejlesztését, másrészt hozzájárulnak a felhasznált fehérjeszekvenciák fémkötő sajátságainak jobb megismeréséhez.
Summary
The aim of this project is functional mimicking of metalloenzymes, by developping cop-per(II)- and zinc(II)-peptide complexes able to promote oxidative and hydrolytic reactions. The relationship between these two, apparently contrasting functions is based on the similar {3Nim,H2O} coordinated active centres of the zinc containinf hydrolases and copper(II) containing oxidases. The main part of this project is the investigation of short peptides consisting 4-10 amino acids, but in case of the hydrolytic models the coordination chemical and kinetic characterization of larger oligopeptides and modified proteins are also envisaged. Our goals require peptides which coordinate to the metal ions only by side-chain donor groups (mainly imidazole rings) in the neutral pH range. The design of such peptides will be based on the sequence of metal binding region of certain proteins. The expected results may help to develop artificial enzymes for practical use, as well as to the better understanding of metal binding properties of the proteins used for peptide design.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során számos metalloprotein/enzim fémkötő szekvenciájával azonos oligopeptidet állítottunk elő és vizsgáltuk azok fémkötő és enzimutánzó sajátságait. Az eredmények hozzájárultak a vizsgált fehérjék (humán endostatin, humán hisztidin-gazdag glikoprotein (HRG), két Gram-negatív patogén baktérium Cu,Zn-SOD-ja) tulajdonságainak, működésének, fémion-felvételi folyamatainak jobb megértéséhez. Az általunk korábban és a jelen projektben vizsgált fémkötő oligopeptidek sajátságainak ismeretében több peptidalapú, biomimetikus enzim modellt is terveztünk, melyek utánozni képesek a metalloproteinek aktív centrumában kialakuló fémion környezetet. E modellek közül több is hatékonynak mutatkozott mind hidrolitikus, mind oxidatív folyamatok katalízisére. Fentiek mellett több, nem-peptid típusú többmagvú fémkomplexek kialakítására alkalmas ligandumot vizsgáltunk, melyek hatékonyan és (bázis)szelektíven képesek foszforsavmonoészterek és az RNS hidrolízisét elősegíteni.
Results in English
During our work we prepared a number of oligopeptides with sequences identical to the meta binding sites of some selected metalloproteines/enzymes, and we studied their interactions with metal ions, as well as the enzyme mimicking ability of their metal complexes. Our results contributed to the understanding the properties, the catalytic mechanisms and metal uptake processes of the mimicked proteins (human endostatin, human histidine-rich glycoprotein (HRG), two Gram-negative patogen bacterial Cu,Zn-SOD). Based on the metal binding properties of the peptides studied by us (earlier or in this project) we designed some peptide based, biomimetic enzyme models, which are able to mimic the metal ion environment in the active sites of metalloenzymes. Some of these models have notable activity in promoting both hydrolytic and oxidative reactions. Besides, we designed several non-peptide based, dinucleating ligands, too. The Cu(II) and Zn(II) complexes of these ligands are able to promote (base)selective hydrolysis of both phosphomonoesters and RNAs.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=63606
Decision
Yes





 

List of publications

  
Gajda T., Gyurcsik B: Mesterséges enzimek, Természet Világa, 138, 41-44, 2007
N.I. Jakab, B. Gyurcsik, T. Körtvélyesi, I. Vosekalna, J. Jensen, E. Larsen: Design of histidine containing peptides for better understanding of their coordination mode toward copper(II) by CD spectroscopy, J. Inorg. Biochem. 101, 1376-1381, 2007
Zoltán Paksi, Attila Jancsó, Francesca Pacello, Nóra Nagy, Andrea Battistoni, Tamás Gajda: Copper and zinc binding properties of the N-terminal histidine-rich sequence of Haemophilus ducreyi Cu,Zn superoxide dismutase, J. Inorg. Biochem. 102, 1700-1710, 2008, 2008
N.I. Jakab, A. Jancsó, T. Gajda, B. Gyurcsik, A. Rockenbauer:: Copper(II), nickel(II) and zinc(II) complexes of N-acetyl-His-Pro-His-His-NH2: equilibria, solution structure and enzyme mimicking, J. Inorg. Biochem. 102, 1438-1448, 2008, 2008
I.N. Jakab, O. Lőrincz, A. Jancsó, Tamás Gajda, B. Gyurcsik: Approaching the minimal metal ion binding peptide for structural and functional metalloenzyme mimicking, DALTON TRANSACTIONS Issue: 48 Pages: 6987-6995, 2008
Q. Wang, E. Leino, A. Jancsó, I. Szilágyi, T. Gajda, E. Hietamaki, H. Lönnberg: Zn2+ complexes of di- and tri-nucleating azacrown ligands as base moiety selective cleaving agents of RNA 3`,5`-phosphodiester bonds: binding to guanine base, ChemBioChem 9, 1739-1748 (2008), 2008
B. Gyurcsik: Chimeric Metallonucleases-Design, Realization and Applications, In: Inorganic Biochemistry: Research Progress, Eds. J.G. Hughes and A.J. Robinson, 2008, Ch. 1, pp. 11-26, Nova Science Publishers, NY, ISBN: 978-1-60456-708-3, 2009
A. Jancsó, I. Török, K. Hegetschweiler, T. Gajda: Efficient and selective hydrolysis of 4-nitrophenyl phosphate by a dinuclear copper(II) complex, ARKIVOC Part 3, 217-224, 2009
A. Kolozsi, I. Vosekalna, T. Martinek, E. Larsen, B. Gyurcsik: Copper(II) and zinc(II)ion binding properties of a MAP type branched ligand with histidines as surface functionalities, Dalton Trans., 5647–5654, 2009
A. Jancsó, A. Kolozsi, B. Gyurcsik, N.V. Nagy, T. Gajda: Probing Cu2+ and Zn2+ binding affinity of histidine-rich glycoprotein, J. Inorg. Biochem., 103, 1634–1643, 2009
András Kolozsi, Attila Jancsó, Nóra V. Nagy, Tamás Gajda: N-terminal fragment of the anti-angiogenic human endostatin binds copper(II) with very high affinity, J. Inorg. Biochem. 103, 940-947, 2009
A. Jancsó, K. Selmeczi, P. Gizzi, N.V. Nagy, T. Gajda, B.Henry: The role of terminal amino group and histidine at the fourth position in the metal ion binding of oligopeptides revisited Copper(II) and nickel(II) complexes of glycyl-glycyl-glycyl-histamine and its N-Boc protected derivative, J. Inorg. Biochem. 105 (2011) 92–101., 2011
T. A. Lönnberg, M. Helkearo, A. Jancsó, T. Gajda: Mimics of Small Ribozymes Utilizing a Supramolecular Scaffold, Dalton Trans. (közlésreelfogadva), 2011
D. Árus, A. Jancsó, D. Szunyogh, N.V. Nagy, T. Gajda: On the possible multifunctional roles of copper(II)-bound N-terminal His-rich domains of Cu,ZnSODs of some Gram-negative bacteria, J. Inorg. Biochem. (közlésre benyújtva), 2011
H. Barát-Jankovics, N.I. Jakab, K. Sklarska-Kiss, A. Kiss, Z. Kele, B. Gyurcsik: Synthesis, purification and metal binding studies of the HNH protein motif from Colicin E7, J. Inorg. Biochem. (közlésre benyújtva), 2011
B. Gyurcsik, A. Kolozsi, I. Vosekalna, E. Larsen: Bio-inspired metal binding molecules for environmental applications., Second International IMBG Meeting on Metals in Biocatalysis: from metalloenzymes to bio-inspired systems, Autrans, France (2006), 2006
A. Jancsó, Z. Paksi, N.I. Jakab, B. Gyurcsik, A Rockenbauer, T. Gajda: Catecholase-like activity and solution chemical properties of the copper(II)complex of a multihistidine tetrapeptide, a functional model for copper containing oxidases., Second International IMBG Meeting on Metals in Biocatalysis: from metalloenzymes to bio-inspired systems, Autrans, France, (2006), 2006
A. Jancsó, Z. Paksi, D. Árus, N.V. Nagy, A. Rockenbauer and T. Gajda: Speciation and solution structural studies on the CuII and ZnII complexes of Ac-His-Lys-His-Lys-His-NH2, a metal binding sequence of various proteins, 8th European Biological Chemistry Conference, EUROBIC 8, Aveiro, Portugal, (2006), 2006
N.I. Jakab, B. Gyurcsik: Design, preparation and investigation of metal binding peptides - models for the active site of the purple acid phosphatases, Second International IMBG Meeting on Metals in Biocatalysis: from metalloenzymes to bio-inspired systems, Autrans, France (2006), 2006
Jakab I.N., Gyurcsik B., Gajda T., Raskó T., Kiss A: Fémion-kötő peptidek tervezése, előállítása és vizsgálata - a Bíborsav foszfatáz enzim aktív centrumának modellezése, XLI. Komplexkémiai Kollokvium, 2006. május 31-június 2, Mátrafüred, 2006
Kolozsi A., Gyurcsik B., Gajda T.: Egy elágazó láncú hisztidin-tartalmú ligandum előállítása, proton, cink(II) és réz(II) komplexeinek vizsgálata, XLI. Komplexkémiai Kollokvium, 2006. május 31-június 2, Mátrafüred, 2006
Paksi Zoltán, Jancsó Attila, Árus Dávid, Nagy V. Nóra, Rockenbauer Antal, Gajda Tamás: EAz Ac-His-Lys-His-Lys-His-NH2 peptid réz(II) és cink(II) komplexeinek egyensúlyi és oldatszerkezeti vizsgálata, XLI. Komplexkémiai Kollokvium, 2006. május 31-június 2, Mátrafüred, 2006
I.N. Jakab, Zs. Jenei, B. Gyurcsik, T. Gajda, T. Körtvélyesi, A. Mikulová, L. Rulíšek, T. Raskó, A. Kiss: Design, synthesis and metal ion binding properties of a peptide mimicking the active centre of purple acid phosphatases, Achievements In Coordination, Bioinorganic And Applied Inorganic Chemistry, 2007, 8, 80-90., 2007
Gajda Tamás, Kolozsi András: Egy tökéletes metalloenzim modell?, Centenáriumi Vegyészkonferencia, Sopron, 2007. május 29-június 1., 2007
Gyurcsik B., Jakab I. N., Kolozsi A., Jancsó A., Gajda T: Nukleáz hatású peptidkomplexek tervezése és vizsgálata, Centenáriumi Vegyészkonferencia, Sopron, 2007. május 29-június 1., 2007
Paksi Z., Jancsó A., Gyurcsik B., A. Battistoni, Gajda T: Bakteriális Cu,Zn-SOD enzimek hisztidinben gazdag N-terminális részletének fémkötő sajátságai, 43. Komplexkémiai Kollokvium, 2007. május 23-május 25, Mátrafüred, 2007
A. Kolozsi, Z. Fekete, T. Gajda: Investigation of the metal-binding sequence of Ni-SOD enzymes, 2nd European Conference on Chemistry for Life Sciences, September 4-8, 2007, Wroclaw (Poland)., 2007
Kolozsi András, Fekete Zoltán, Gajda Tamás: A Ni-SOD enzimek fémkötő szekvenciájának vizsgálata, 43. Komplexkémiai Kollokvium, 2007. május 23-május 25, Mátrafüred, 2007
Z. Paksi, A. Jancsó, A. Battistoni, T. Gajda: Metal binding properties of the N-terminal histidine-rich sequence of a bacterial Cu,Zn-SOD enzyme, with a tentative chaperoning role, 2nd European Conference on Chemistry for Life Sciences, September 4-8, 2007, Wroclaw (Poland)., 2007
N.V. Nagy, T. Gajda, B. Henry, P. Gizzi, Z. Paksi, A. Rockenbauer: EPR spectroscopy for studying equilibrium and structural properties of copper(II) - small bioligand complexes in aqua solutions, Metal ions in Biology and Medcine, 10, 505-510, 2008 (ISBN: 978-2-7420-0714-1(S)),, 2008
B. Gyurcsik, A. Czene, E. Endreffy, and K. Nagata: Chimeric metallonucleases for gene therapy, Insights Into Coordination, Bioinorganic, And Applied Inorganic Chemistry, Monograph Series of the ICCBC Ed.: M. Melník, 2009, 9, 81-88, ISBN 978-80-227-3085-3, 2009
I.N. Jakab, A. Kolozsi, and B. Gyurcsik: Copper(II) and zinc(II) complexes of novel histidine-rich branched peptides, XXII. International Conference On Coord. And Bioinorg. Chemistry - Insights Into Coordination, Bioinorganic And Applied Inorganic Chemistry, June 7 – 12, 2009, Smolenice,, 2009
N.I. Jakab, B. Gyurcsik, H. Barát-Jankovics, Z. Kele, K. Slaska-Kiss, A. Kiss, K. Nagata: Zinc(II) binding to the HNH nuclease motif: What is the reason for its catalytic inactivity?, 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC14), July 25-30, 2009, Nagoya, Japan (2009)., 2009
B. Gyurcsik, N.I. Jakab, A. Czene, E. Endreffy, K. Nagata: Artificial Metallonucleases For Gene Therapy, 10th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC 10). Sept. 25-28, 2009, Debrecen, Hungary (2009)., 2009
T. Gajda, Dávid Árus, András Kolozsi, Attila Jancsó: Enzyme mimetic metallopeptides, 10th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry, 25 - 28 September, 2009 Debrecen, Hungary, 2009
Tamás Gajda, Dávid Árus, Dániel Szunyogh, Attila Jancsó: Metallopeptides to clear up the role of N-terminal His-rich sequences in bacterial Cu,Zn-SOD enzymes and their use as artificial enzymes, 3rd European Conference on Chemistry for Life Sciences, 2-5 September 2009, Frankfurt, Germany, 2009
D. Árus, T. Gajda: New high affinity zinc binding site of human ZnT3 zinc transporter protein, EUROBIC10 - 10th European Biological Inorganic Chemistry Conference. Thessaloniki, Greece, June 22-June 26, 2010. PO-075, 2010



Back »