Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Natural Sciences Committee Chairs
Department or equivalent
Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
3.076
FTE (full time equivalent)
1.17
state
closed project
Summary in Hungarian
A molekuláris felismerés nem csupán a gyógyszerhatás alapja, de az élő szervezetekben zajló szabályozási mechanizmusok kulcsfontosságú eleme is. A fehérjék molekulafelismerő sajátságainak vizsgálata alapvető jelentőségű a gyógyszerkutatásban és a biokémiai folyamatok molekuláris szintű megismerésében. Korábban sikeresen tanulmányoztuk emberi szérumfehérjék és egy állati eredetű fehérje ligandumfelismerését. A cirkuláris dikroizmus, elektronabszorpciós és fluoreszcencia spektroszkópiás eljárások jelentős eredményeket tudnak felmutatni a fehérje-ligandum kölcsönhatások vizsgálatában. Ezen módszerek használatával tevékenységemet kiterjesztem új, eddig nem tanulmányozott, farmakológia/biokémiai szempontból fontos fehérjékre. Vizsgálni kívánom a gyulladással járó és daganatos kórfolyamatokban lényeges szerepet játszó foszfolipáz A2 enzim ligandumfelismerési tulajdonságait. Meghatározom gyógyszermolekulák és természetes vegyületek enzimkötődési paramétereit, jellemzem a ligandumfelimerést irányító molekulaszerkezeti elemeket. A calycin fehérjecsaládba tartozó avidin molekulafelismerő vizsgálata ezidáig szinte kizárólag csak természetes ligandumjára, a biotinra irányult. Eképzelésem szerint az avidin kötőhelye más kismolekulák megkötésére is alkalmas. Ilyen ligandumokat fogok keresni a gyógyszerek és bioaktív természetes vegyületek körében és részletesen elemzem az avidin-ligandum komplexek létrejöttét irányító nem-kovalens kémiai kölcsönhatásokat. Az avidin-biotin kötődés már eddig is széleskörű farmakológiai és biotechnológiai alkalmazást nyert, így eredményeink elméleti alapot nyújthatnak még kiterjedtebb élettudományi felhasználásokhoz.
Summary
The molecular recognition processes play fundamental roles both in the mechanism of drug actions and in biochemical regulation pathways in living organisms. Studying molecular recognition of proteins is thus one of the key element of drug research and understanding how nature works at molecular level. Applying circular dichroism, electronic absorption and fluorescence spectroscopic methods, ligand recognition properties of human and animal proteins have successfully been investigated. By using these techniques my work will be extended to new proteins having pharmacological/biochemical importances. The pathological role for phospholipase A2 in inflammation and malignant diseases is well known. Its drug and natural compound recognition abilities will be studied to assess the binding parameters and to characterize the ligand recognition process. The calycin family member chicken avidin has a widely studied, exceptionally high level of affinity with the biotin. It is proposed that the biotin binding site of avidin is able to bind additional ligands. My purpose is to find and study the binding of such molecules, especially drugs and natural substances. The results might contribute to broaden the applications of avidin in the life sciences.
Final report
Results in Hungarian
A pályázati munka során kimutattam két emberi akut-fázis plazmafehérje, az α1-savanyú glikoprotein és a szerin proteáz gátló α1-antitripszin fehérjeaggregációt gátló, ún. chaperon aktivitását. Bizonyítottam hogy az α1-savanyú glikoprotein antiaggregációs funkciója befolyásolható olyan terápiás gyógyszerekkel amelyek a fehérje kötőzsebének nagy affinitású ligandumai. Ezen fehérjék chaperon aktivitásának felismerése új megvilágításba helyezi élettani és kóros folyamatokban játszott szerepüket és felveti annak lehetőségét hogy a lipokalin és szerin proteázgátló fehérjecsaládok további tagjai is rendelkezhetnek ilyen funkcióval.
Új kiroptikai spektroszkópiás módszert dolgoztam ki a kismolekula-avidin kötődés kimutatására a 250 nm alatti hullámhossztartományban amellyel avidin ligandumként eddig nem ismert különféle gyógyszer- és természetes vegyület kötődését sikerült kimutatni. Magasabb hullámhossztartományokra kiterjesztett mérések a kismolekula-avidin komplexek részletes jellemzése mellett rámutattak az avidin ligandumkötőhelyén található aromás aminosavoldalláncoknak a kötődésben és ezen keresztül a mért spektrális változásokban (exciton csatolás) betöltött szerepére. A kísérletes adatokat kiegészítő molekulamodellezési eredmények szerint a kötőüreg alján található poláris aminosavakkal létrejövő hidrogénhídkötések meghatározóak a ligandumok stabilizálásában.
Results in English
In vitro chaperone-like activity of two plasma acute-phase component glycoproteins, the human α1-acid glycoprotein (AAG) and the serpin family member α1-antitrypsin has been shown for the first time. Both proteins efficiently inhibited heat- and chemical-induced aggregation of various test proteins. The anti-aggregation ability of AAG was abolished/reduced upon drug binding suggesting that protein-protein interactions established between the lipocalin β-barrel fold of AAG and hydrophobic surfaces of the stressed proteins might be involved in the chaperone-like activity.
The results suggest a novel biological function for these proteins and highlight the lipocalin and the serpin superfamily as a possible source of additional intra- and extracellular chaperones.
A novel chiroptical spectroscopic approach for detection of promiscuous ligand binding of avidin below 250 nm has been presented. Aromatic residues of the biotin binding pocket render the near-UV circular dichroism spectrum of avidin to be sensitive for ligand binding and are also responsible for induced chiroptical signals via the exciton coupling mechanism. Molecular docking calculations indicated the important role of a polar side-chain cluster at the bottom of the binding cavity in determination of the binding mode of various ligands by formation of hydrogen bondings.
Zsila F; Kámán J; Bogányi B; Józsvai D: Binding of alkaloids into the S1 specificity pocket of α-chymotrypsin: Evidence from induced circular dichroism spectra, Org. Biomol. Chem. submitted manuscript, 2011
Zsila F: Aromatic side-chain cluster of biotin binding site of avidin allows circular dichroism spectroscopic investigation of its ligand binding properties, J. Mol. Recogn. submitted manuscript, 2011
Bikádi Z; Hári P; Hazai E; Lockwood SF; Zsila F: Non-covalent binding of lycopene and lycophyll, pp. 65-81 in: Preedy VR; Watson RR. (eds.) Lycopene: Nutritional, Medicinal and Therapeutic Properties. Science Publishers, 2008
Events of the project
2016-02-22 15:51:07
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szerves Kémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Anyag- és Környezetkémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont).
2014-11-19 09:45:49
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Molekuláris Farmakológiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Szerves Kémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont).
2012-01-03 10:35:21
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Biomolekuláris Kémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Molekuláris Farmakológiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont).
