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)
Starting date
2006-02-01
Closing date
2009-01-31
Funding (in million HUF)
15.318
FTE (full time equivalent)
2.27
state
closed project
Summary in Hungarian
A tervezett kutatás célja az ún. hisztidin-gazdag glikoproteinek (HRG) fémkötő-helyeinek szerkezeti modellezése kismolekulatömegű peptidek fémkomplexeivel. A HRG egy jelentős koncentrációban előforduló plazma fehérje, melynek fiziológiás funkciói még nem teljesen tisztázottak. A fehérje biológiai folyamatokra (pl. véralvadás, vérrögképződés/vérrögoldódás, angiogenezis, daganatok áttételeződése és fejlődése) gyakorolt hatásában kiemelt szerep jut a molekula tandem módon ismétlődő hisztidin-gazdag fragmensekből álló szakaszának (HRR), ill. az ehhez történő fémion-koordinációnak. A fehérje funkcióinak részletesebb megismeréséhez elengedhetetlen a makromolekula fémkötő sajátságainak feltárása, ami a HRR szakasz peptidszekvenciáinak, illetve azok fémkomplexeinek tanulmányozásával megvalósítható. A projekt célja a HRR régió ismétlődő egységein alapuló 5-10 (esetleg 15) tagú oligopeptid fragmensek előállítása, és azok átmenetifém-komplexeinek (cink(II), réz(II), nikkel(II)) tanulmányozása. A ligandumok előállítása szilárdfázisú peptidszintézissel, a különböző peptid-fémion rendszerek oldategyensúlyi- és oldatszerkezeti vizsgálata pH-potenciometriás, NMR, ESR, UV-VIS, CD ill. HPLC-MS módszerekkel történik. A modellrendszerek vizsgálatával nyert eredmények hozzájárulhatnak a HRG fehérjék tulajdonságainak és hatásmechanizmusának feltérképezéséhez, és a fémionok a fehérje funkcióinak kialakításában betöltött szerepének tisztázásához.
Summary
The project deals with the structural modeling of the metal binding sites of histidine rich glycoproteins (HRG) with metal complexes of low molecular weight peptides. HRG is an abundant plasma protein with partially unexplored physiological functions. A central domain of HRG with tandem-repeated histidine rich segments (HRR) and its strong metal binding ability is likely to play a crucial role in controlling numerous biological processes, e.g. coagulation, fibrinolysis, thrombosis, cancer metastasis and tumor growth. The characterization of the metal binding properties of the native macromolecule, which is inevitable to have a deeper insight into the mechanism of the above mentioned processes, can be achieved by the systematic investigation of the oligopeptide fragments of HRR and their metal ion complexes. The aim of the project is the synthesis of 5 to 15-mer oligopeptide sequences based on the tandem repeated units of the HRR domain and studying their transition metal ion (e.g. copper(II), zinc(II), nickel(II)) complexes. Solid phase peptide synthesis will be used for the preparation of the ligands. The solution equilibrium and structural properties of the various peptide-metal ion systems will be studied by pH-potentiometry, NMR, EPR, UV-VIS, CD and HPLC-MS methods. The results of the model studies may contribute to the characterization of the biological properties and function of HRG and to clarify the role of metal ions in the protein functions.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási projekt célja a plazma fehérje hisztidin-gazdag glikoprotein (HRG) hisztidin-gazdag régiója (HRR) fémkötő sajátságainak jobb megismerése volt. A HRR fémionokkal való kölcsönhatása szerepet játszik a HRG számos biológiai funkciójának kifejtésében. A cél érdekében számos, a HRR tandem módon ismétlődő (G)HHPH(G) szekvenciáját tartalmazó terminális pozíciókban védett oligopeptidet, illetve azok módosított verzióit állítottuk elő és vizsgáltuk kölcsönhatásukat cink(II)- és réz(II)ionokkal. Az egymáshoz kapcsolt HHPHG egységek számával együtt nő a megköthető fémionok száma is. A két egységből felépített dekapeptidben az első fémion a monomer pentapeptidhez képest eltérő módon, nagy valószínűséggel főként a (H)HPHGH szakaszon koordinálódik. Ezt alátámasztják a módosított szekvenciájú hisztidin-prolin tartalmú peptidek cink(II)- és réz(II)komplexeinek részletes vizsgálatával nyert szerkezeti és stabilitási adatok is. Az első fémion koordinációja a dekapeptidben olyan peptid konformáció változást eredményez, mely elősegíti a második fémion felvételét, és ez extra stabilizációt eredményez. Az eredmény jelentőségét a natív HRG lépcsőzetes cink(II) megkötésében megfigyelt kooperatív hatás adja. Az Ac-HHPHG-NH2 ligandum réz(II)ionok jelenlétében, lúgos pH-tartományban, a H-P közti peptidkötés hidrolitikus hasadásával fragmenseire bomlik, ami fontos lehet annak tükrében, hogy a HRG antiangiogén/antitumor hatásának kifejtéséhez a HRR-nek ki kell szakadnia a proteinből.
Results in English
The aim of the project was to better explore the metal binding properties of the histidine-rich region (HRR) of the plasma protein histidine-rich glycoprotein (HRG). The metal ion interaction of the HRR plays a role in many of the biological functions of HRG. We have synthesized several terminally protected oligopeptides, based on the tandem repeated (G)HHPH(G) sequence of the HRR, and their modified versions, and studied their interaction with zinc(II)- and copper(II). The number of metal ions able to bind to the sequences correlates with the number of connected HHPHG units. In contrast with the monomer pentapeptide, the first metal ion is likely to bind mainly at the (H)HPHGH part of the decapeptide having two HHPHG units. This is also supported by structural and stability data obtained from detailed studies on the zinc(II)- and copper(II) complexes of altered histidine-proline containing peptide sequences. The coordination of the first metal ion causes a conformational change of the decapeptide that assists the binding of the second metal ion and it results in an extra stabilization. This has an importance in view of the cooperativity observed in the stepwise zinc(II)-binding to the native HRG. The ligand Ac-HHPHG-NH2 splits into its fragments by the hydrolysis of the H-P peptide bond in the presence of copper(II) in alkaline medium, which might have a significance considering that the HRR has to be released from HRG to exert its recognized antiangiogenic/antitumor effect.
Jancsó A; Kolozsi A; Gyurcsik B; Nagy NV; Gajda T: Probing the Cu2+ and Zn2+ binding affinity of histidine-rich glycoprotein, J. Inorg. Biochem. (közlésre elküldve), 2009
Jakab NI; Jancsó A; Gajda T; Gyurcsik B; Rockenbauer A: 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
Jakab NI; Lőrincz O; Jancsó A; Gajda T; Gyurcsik B: Approaching the minimal metal ion binding peptide for structural and functional metalloenzyme mimicking, Dalton Trans. 6987-6995, 2008
Paksi Z; Jancsó A; Pacello F; Nagy N; Battistoni A; Gajda T: 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
Jancsó A; Kele Z; Gajda T: Copper(II) mediated fragmentation of oligopeptides derived from the repeat region of histidine-rich glycoprotein, J. Inorg. Biochem. (előkészületben), 2009
Jancsó A; Gajda T: Metal binding properties of a pentapeptide derived from the repeat sequences of human histidine-rich glycoprotein, Absztrakt #P86. 2nd European Conference on Chemistry for Life Sciences, September 4-8, Wroclaw, Poland, p. 200., 2007
Jakab IN; Jancsó A; Gajda T; Gyurcsik B: Metalloenzyme mimicking His-Pro-rich peptide complexes, Absztrakt #PS-05. 6. International Copper Meeting: Copper and Related Metals in Biology, October 11-15, Alghero, Sardinia, Italy, p. 39., 2008
Gajda T; Jancsó A; Kolozsi A; Battistoni A; Paksi Z: N-terminal, Histidine-containing Metal Binding Sites in Proteins: Lessons from Model Studies, Absztrakt #SL12. 9th European Biological Inorganic Chemistry Conference, 2-6 September, Wroclaw, Poland, p. 64., 2008
Jancsó A; Paksi Z; Jakab NI; Gyurcsik B; Rockenbauer A; Gajda T: Catecholase-like activity and solution chemical properties of the copper(II) complex of a multihistidine tetrapeptide, a functional model for copper containing oxidases, Absztrakt #P6. 2nd International IMBG Meeting on Metals in Biocatalysis : from metalloenzymes to bio-inspired systems, September 24-27, Autrans, France, p. 40., 2006
