General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
60 %
Ortelius classification: Molecular biology
Structural biology (crystallography and EM) (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Bányai, László Kerekes, Krisztina Kondás, Katalin Szláma, György Takáts, Kornél Trexler, Mária Wodzinsky, Katalin
Starting date
2009-01-01
Closing date
2013-06-30
Funding (in million HUF)
11.998
FTE (full time equivalent)
11.26
state
closed project
Summary in Hungarian
A Wnt család fehérjéi kulcsszerepet játszanak az embrionális fejlődés, sejt differenciáció, őssejt proliferáció folyamataiban, de alapvető biológiai szerepük ellenére nagyon keveset tudunk a fehérjék szerkezetéről és szerkezet-funkció összefüggéseiről. A Wnt fehérjék kétféle fehérje doménhez, a Frizzled és ROR receptorokban és a Wnt antagonista sFRP-kben megtalálható FRZ doménhez, valamint a WIF-1 (Wnt Inhibitor Factor-1) fehérjében azonosított WIF doménhez kötődnek. Homológia detektálási módszerekkel kimutattuk, hogy a RYK receptor tirozin kináz extracelluláris régiója tartalmaz egy WIF domént. Jóslatunkat, mely szerint a RYK receptor tirozin kináz WIF doménje révén WNT fehérjéket köt, azóta kísérletekkel alátámasztották. A WNT fehérjék és kötőpartnereik közötti kölcsönhatás szerkezeti és funkcionális jellemzése céljából expresszáltuk a WIF-1 fehérje WIF doménjét és a ROR1 receptor tirozin kináz FRZ doménjét. Meghatároztuk az FRZ domén diszulfidhidas szerkezetét és - a Gottfried Ötting által vezetett NMR spektroszkópiai munkacsoporttal együttműködve - a WIF domén térszerkezetét. Tervezett kutatásunk során jellemezzük néhány WNT fehérje és WNT kötő fehérje (receptor/antagonista) közötti kölcsönhatást. Mind a WNT fehérjékben, mind a partner fehérjékben lokalizáljuk a kötésben részt vevő régiókat, mutagenezis és NMR spektroszkópiai vizsgálatokkal feltérképezzük a kölcsönhatásban részt vevő aminosav oldalláncokat. A WNT fehérjék és receptoraik/antagonistáik közötti kötés molekuláris szintű szerkezeti feltételeinek tisztázása elvezethet olyen kis méretű vegyületek kifejlesztéséhez, melyek segítségével pl. befolyásolható az őssejtek differenciálódása.
Summary
Wnt proteins are secreted glycoproteins that are involved in important developmental and homeostatic processes throughout the animal kingdom. Despite the biological importance of Wnt proteins, very little is known about their structure and the structural basis of their interaction with receptors and antagonists. Two types of protein domains participate in Wnt binding: FRZ domains and WIF domains. FRZ domains are present in the extracellular regions of Frizzled- and ROR-type Wnt receptors and are also found in the Wnt antagonist secreted frizzled-related proteins (sFRPs). WIF domains, first identified in the Wnt-inhibitory-factor-1 (WIF-1) proteins, are also found in the extracellular part of Ryk receptor tyrosine kinases. In the proposed research project we will characterize the structural basis of the interaction of various Wnt proteins with different types of Wnt binding proteins and receptors. We will localize the binding region within the Wnt proteins by characterization the interaction of Wnt fragments with their partner proteins. We will also explore the molecular basis of the interaction by mutagenesis studies and NMR spectroscopy.
Final report
Results in Hungarian
Arginine-scanning mutagenezis és CD spektroszkópia segítségével meghatároztuk a Wnt inhibitory factor-1 WIF-doménjének Wnt-kötőhelyét. Kimutattuk, hogy a Wnt-kötőhely egyik szubrégiója (melynek kialakításában a Ile25, Phe27 és Phe42 aminosavak vesznek részt) a Wnt fehérjék palmitoil csoportját köti, a kötőhely másik szubrégiója (melynek kialakításában a Tyr13, Trp15 és Leu32 aminosavak vesznek részt) a Wnt-k aminosav-oldalláncainak kötésében játszik fontos szerepet. Az a megfigyelésünk, hogy a Tyr13, Trp15 és Leu32 mutációja a WIF-domén Wnt5a affinitásának növekedéséhez, ugyanakkor a Wnt3a affinitásának csökkenéséhez vezet, azt jelzi, hogy ez a szubrégió fontos szerepet játszik a domén Wnt specifitásának meghatározásában. A Wnt specifitást meghatározó aminosavak azonosításával olyan WIF mutánsokat állíthatunk elő, melyekkel lehetőség nyílik a daganatos betegségekben kulcsszerepet játszó Wnt fehérjék szelektív gátlására.
Results in English
We have localized the Wnt-binding site of the WIF-domain of Wnt inhibitory factor-1 by structure-guided arginine-scanning mutagenesis in combination with surface plasmon resonance assays. We have shown that the subregion of the Wnt-binding site defined by Ile25, Phe27 and Phe42 may bind the palmitoyl group of Wnt-s, the other subregion defined by residues Tyr13, Trp15 and Leu32, however, is critical for interactions with amino acid side-chains of Wnts. Our observation that substitution of these residues of WIF resulted in an increased affinity for Wnt5a, but decreased affinity for Wnt3a suggests that these residues may define the specificity spectrum of WIF for Wnts. These results hold promise for the more specific targeting of Wnt family members with WIF variants in various forms of cancer.
