Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
65 %
Molecular genetics, reverse genetics and RNAi (Council of Medical and Biological Sciences)
35 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Panel
Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent
Department of Anatomy, Cell and Developmental Biology (Eötvös Loránd University)
Starting date
2008-07-01
Closing date
2011-07-31
Funding (in million HUF)
15.000
FTE (full time equivalent)
2.15
state
closed project
Summary in Hungarian
Az autofágia kedvezőtlen környezetben vagy patológiás esetekben biztosítja a sejtek túlélését, saját anyagaik lizoszómális lebontása révén. Egyes esetekben a sejtek pusztulásához is hozzájárulhat. A teljes genomot lefedő RNS interferencia projektek lehetővé teszik a fehérjekódoló gének egyesével történő, indukálható csendesítését ecetmuslicában. Szeretném azonosítani az autofágiában szereplő kinázokat és foszfatázokat, az egyes géneket szomatikus sejtklónokban csendesítve a lárvális zsírtestben. Így a sejt-autonóm hatásokat a környező, vad típusú sejtekhez hasonlíthatom. Az autofágiához szükséges gének csendesítése azt fogja eredményezni, hogy a sejtklónokban éhezés hatására csökkent mértékű autofágia indukálódik, míg a folyamatot gátló gének funkcióvesztése ektopikus autofágiát fog okozni. Az előzetes eredményekből kiderül, hogy ismert autofágia gének csendesítése a várt fenotípust adja, így munkám során várhatóan új szereplők is felbukkannak majd. Mostanáig csak élesztő genetikai tesztek eredményei ismertek, így ez lenne az első nagyszabású in vivo autofágia gén-tesztelés egy többsejtűben. Mivel ezen gének és jelátviteli rendszerek evolúciósan konzerváltak muslicában és emlősökben, az újonnan izolált szereplők azonnal felhasználhatóak emlős kísérletekre, gyógyszertervezést is beleértve. Az autofágia szerepét bizonyították a stressz túlélésben, öregedésben, neurodegenerációs betegségekben, és rákképződésben, tehát hosszú távon kutatásaim felhasználhatóak terápiás célokra.
Summary
Autophagy is a cellular defense pathway, ensuring survival in adverse environmental or pathological conditions by recycling self-material in lysosomes. In extreme cases, autophagy can also contribute to cell death. Ongoing whole-genome RNA interference projects allow inducible repression of single protein-coding genes in Drosophila. I plan to search for kinases and phosphatases involved in autophagy through screening the fly kinome and phosphatome. By generating somatic clones, I can knock down gene expression in a fraction of larval fat body cells, and compare cell-autonomous effects to surrounding wild-type tissue. I can isolate genes that are required for autophagy based on impaired starvation response, as well as autophagy suppressors whose loss of function will lead to ectopic induction. Preliminary experiments show that these RNAi lines targeting genes known to affect autophagy give the expected phenotypes, so my screen is likely to identify numerous new candidate genes as well. So far, only yeast genetic screens have been published, thus mine would be the first in vivo large-scale search for autophagy genes in a metazoan. As autophagy genes and signaling pathways are well-conserved between Drosophila and mammals, newly identified players can be used for mammalian studies, including drug design. Given the known roles of autophagy in stress survival, aging, neurodegeneration diseases, and cancer, the long-term benefit of my research is a potential therapeutic use.
Final report
Results in Hungarian
Az autofágia során a sejt saját citoplazmája kerül lizoszómális lebontásra és újrahasznosításra. Az éhezés a folyamat nagymérvű indukciójához vezet. Mivel az autofágia megváltozása különféle emberi betegségeket okoz, a folyamat megértése terápiás szempontból is igen fontos. Munkánkban jól táplált és éhező muslica lárvák génexpressziós mintázatát hasonlítottuk össze, kontroll és autofág mutáns állatokban. A genomszintű transzkripciós változások és egy kis léptékű RNSi vizsgálatsorozat alapján két gént választottunk ki részletesebb jellemzésre. A lipid foszfatáz EDTP autofágiában betöltött szerepét jelenleg is vizsgáljuk. A Rack1 (az aktivált protein kináz C kötőpartnere) expressziója megnőtt az éhezés során, és a gén hiánya az indukált autofágia gátlását okozta. Az endogén Rack1 fehérje jelenlétét a korai autofág struktúrákban kimutattuk fény- és elektronmikroszkópos szinten is, ami arra utal, hogy ezek kialakulásában játszik szerepet. Érdekes módon a Rack1 fehérje a glikogén szemcséken is jelen volt, a glikogén szintáz kinázzal együtt. Ezzel összhangban a Rack1 hiánya sejt-autonóm módon a glikogén raktárak erőteljes csökkenéséhez vezetett az emberi májhoz és zsírszövethez hasonlóan működő Drosophila lárvális zsírtestben. Megfigyeléseink alapján a Rack1 állványfehérje alapvető szerepet játszik az autofágia korai lépéseiben és a glikogén szintézis során.
Results in English
Autophagy delivers cytoplasmic material for lysosomal degradation in eukaryotic cells. Starvation induces high levels of autophagy to promote survival in the lack of nutrients. As alterations in autophagy strongly impact human health and disease, complete understanding of this process is necessary for potential future therapies. In this work, we compared the transcriptional profiles of fed and starved control and autophagy-deficient mutant Drosophila larvae to find novel regulators of autophagy. Based on these transcriptional changes and a small-scale RNAi screen, we chose two genes for detailed studies. We are still investigating how the lipid phosphatase EDTP functions in autophagy. Rack1 (Receptor of activated protein kinase C 1) expression increased during nutrient deprivation, and loss of Rack1 function strongly decreased the autophagic response to starvation. Endogenous Rack1 partially colocalized with Atg8a reporters and early autophagic structures on the ultrastructural level, suggesting its involvement in autophagosome formation. Interestingly, endogenous Rack1 also colocalized with glycogen particles in the larval fat body, and with Shaggy, the Drosophila homolog of Glycogen synthase kinase 3B (GSK-3B). In line with these observations, glycogen stores were decreased in Rack1 mutant cells. These results, for the first time, demonstrate the fundamental role of the scaffold protein Rack1 in autophagosome generation, and also in the formation of glycogen particles.
Chang YY, Juhász G, Goraksha-Hicks P, Arsham AM, Mallin DR, Muller LK, Neufeld TP.: Nutrient-dependent regulation of autophagy through the target of rapamycin pathway, Biochem Soc Trans, 37(Pt 1):232-6., 2009
Juhasz G: Microarray analysis of starvation responses in Drosophila larvae identifies multiple novel regulators of autophagy, Gordon Research Conference: Autophagy in Stress, Development and Disease, Lucca (Italy), April 25-30, 2010
Juhasz G: Regulation of lifespan through the Insulin/PI3K/TOR/autophagy pathway, 25th Conference of European Comparative Endocrinologists, Pecs (Hungary), August 31-September 4, 2010
Erdi B, Nagy P, Pircs K, Varga A, Zvara A, Szendrei D, Takats S, Karpati M , Puskas L, Juhasz G: Microarray analysis of starvation responses in Drosophila larvae, Keystone Symposia: Omics Meets Cell Biology, Alpbach (Austria), May 8-13, 2011
Erdi B, Nagy P, Zvara A, Varga A, Pircs K, Menesi D, Puskas LG, Juhasz G: Microarray analysis of starvation responses in Drosophila identifies the fundamental role of Rack1 in autophagy and glycogen synthesis, Autophagy (közlésre elküldve), 2011
