molecular recognition, specificity, protein crystallography, molecule modeling
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
85 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
15 %
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
HUN-REN-ELTE Research Group for Protein Modelling (Eötvös Loránd University)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
5.702
FTE (full time equivalent)
1.24
state
closed project
Summary in Hungarian
Az immunrendszer szabályozásában és az immunválasz kiváltásában szerepet játszó fehérjék peptidekkel alkotott komplexeinek szerkezetvizsgálatát tervezem elvégezni röntgendiffrakcióval, valamint a kölcsönhatás energetikai jellemzésére és a komplex oldatbeli dinamikus viselkedésének felderítésére molekulamodellezést fogok végezni. A vizsgált molekulák körébe tartoznak a veleszületett immunitás fontos eleme, a komplement enzimkaszkád rendszer fehérjéi. A kaszkád első lépését végző szerin-proteázok kölcsönhatását fogom vizsgálni természetes szubsztrátjuk szekvenciájának megfelelő peptidekkel és analóg molekulákkal, hogy a specificitás szerkezeti hátterét felderítsem. Tervezem az enzimcsalád egy újabb tagjának szerkezetmeghatározását is. A vizsgálatok másik csoportja az Fc-gamma IIb típusú sejtfelszíni immunreceptor peptidekkel való kölcsönhatásainak felderítését célozza. A vizsgált peptidek szekvenciája megfelel a receptor természetes liganduma az IgG egy-egy rövid szakaszának a szekvenciájával, és ezek a peptidek IgG-hez hasonló aktivitást mutatnak. A munka ezen részéhez a későbbiekben további kötődő peptidek tervezése kapcsolódhat, amelyek gyulladási és autoimmun folyamatok befolyásolására használhatók.
Summary
Peptide complexes of proteins participating in triggering and modulating the immune response will be studied by crystallographic methods. Molecular modeling calculations will be carried out in order to characterize the dynamics of the complexes and the energetics of binding. Some of the proteins studied are involved in the complement system, an important element of innate immunity. I will characterize serine proteases responsible for the first step of the complement cascade. Their complexes with short peptides with substrate sequences and complexes with analogous molecules will be studied. The aim of the study is to brighten the structural basis of specificity. The structure of a further member of this enzyme family is to be determined as well. The other group of complexes is composed of Fc-gamma IIb type immune receptor and peptides with their sequences corresponding to that of IgG the natural ligand of the receptor. These peptides show activites similar to that of IgG. Based on the structures of these complexes design of further peptides will be carried out in order to affect autoimmune and inflammatory processes.
Final report
Results in Hungarian
A komplementrendszer kezdeti proteázainak szerkezetét és tanulmányoztuk röntgen-krisztallográfával, specificitásuk és működésük során kialakuló kölcsönhatásaik atomi szintű jellemzése céljából. A fehérje kölcsönhatásokat a fehérjék egy szélesebb körén is jellemzzük kalmodulin, prolil-oligopeptidáz és acilpeptid-hidroláz szerkezetek segítségével. A MASP-1, MASP-2 és C1r komplement fehérjék esetén a komplexálatlan, komplexált és proenzim formák szerkezetének összehasonlítása volt a célunk. Meghatároztuk a MASP-1 aktív fragmentumának szerkezetét, amelyre jellemző széles szubsztrátkötő árok összefüggésben lehet a rokon komplement fehérjéknél szélesebb specificitásával. A C1r aktív katalitikus fragmentumának szerkezete alapján felülvizsgáltuk a C1r aktivációs mechanizmusát. A MASP-2 autoaktivációs komplexében és specifikus fehérje-inhibitorral alkotott komplexének szerkezetében a szerin proteázok kanonikus enzim/termék ill. enzim/szubsztrát kölcsönhatásain kívül kiterjedt kötőrégiók találhatók. A vizsgált enzimek szűk specificitása szempontjából fontos a kötőrégió kiterjedtsége, valamint a különböző komplexek képződésekor indukált konformáció változások-az enzim szerkezetének adaptálódása.
Results in English
We studied structures of the early proteases of the complementusing crystallographic methods in order to characterize their specificity and interactions at atomic level. We used calmodulin, prolyl oligopeptidase and acylpeptide hydrolase strucutres for characterizing several aspects protein interactions. We studied the uncomplexed, complexed and proenzyme forms of MASP-1, MASP-2 and C1r. We solved the structure of the active fragment of MASP-1. The wide substrate binding groove characteristic to the structure is likely to be the structural basis of its specificity being wider than that of its related complement proteases. We revisited the autoactivation mechansim of C1r autoactivation, based on the structure of its active catalytic fragment. The structures of the autoactivation complex of MASP-2 and its complex with a specific serine-protease inhibitor revealed extended contact regions beyond the canonical enzyme/product and enzyme/inhibitor interactions. The extensions of the binding region and conformational adaptation of these enzymes are likely to be major bases of their narrow specificity.
Harmat V, Beinrohr L, Dobó J, Lőrincz Z, Gál P, Náray-Szabó G, Závodszky P: C1-inhibitor structure reveals a novel mechanism of heparin potentiation, 24th European Crystallographic Meeting, 22 to 27 August 2007, Marrakech, Morocco, pp.129, MS04 P08, 2007
Dobó J, Harmat V, Sebestyén E, Beinrohr L, Závodszky P, Gál P: Purification, crystallization and preliminary X-ray analysis of human mannose-binding lectin-associated serine protease-1 (MASP-1) catalytic region, Acta Crystallographica Section F64: 781–784, 2008
Dobó J, Harmat V, Beinrohr L, Sebestyén E, Závodszky P, Gál P.: MASP-1, a promiscuous complement protease: structure of its catalytic region reveals the basis of its broad specificity., Journal of Immunology 183: 1207-1214., 2009
Gál P, Dobó J, Závodszky P, Harmat V: MASP-1 fehérje katalitikus domén expressziója, tisztítása, kristályosítása, kristályos formája és ennek alkalmazása, P0800339, 2008
Kardos J, Harmat V, Palló A, Barabás O, Szilágyi K, Gráf L, Náray-Szabó G, Goto Y, Závodszky P, Gál P: Revisiting the mechanism of the autoactivation of the complement protease C1r in the C1 complex: Structure of the active catalytic region of C1r, Molecular Immunology 45: 1752-1760, 2008
Harmat V, Kocsis V, Kiss-Szemán A, Závodszky P, Pál G, Gál P: Autoactivation of MASP-2: role of exosite interactions, FEBS Journal, 277:44-44 Suppl. 1 (2010), 2010
Kánai K, Arányi P, Böcskei Zs, Ferenczy Gy, Harmat V, Simon K, Náray-Szabó G, Hermecz I: Prolyl Oligopeptidase Inhibition by N-acyl-Propyrrolidine-Type Molecules, Journal of Medicinal Chemistry 51: 7514-7522, 2008
Kovács 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. 24:3829-3839 (2010), 2010
Harmat V, Domokos K, Menyhard DK, Pallo A, Szeltner Z, Szamosi I, Beke-Somfai T, Naray-Szabo G, Polgar L: Structure and catalysis of acylaminoacyl peptidase: closed and open subunits of a dimer oligopeptidase., Journal of Biological Chemistry 286: 1987-1998 (2011), 2011
