The membrane microenvironment of ABC transporters involved in multidrug resistance  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75994
Type PD
Principal investigator Goda, Katalin
Title in Hungarian A multidrog rezisztencia kialakulásában szerepet játszó ABC transzporterek membrán mikrokörnyezete
Title in English The membrane microenvironment of ABC transporters involved in multidrug resistance
Keywords in Hungarian P-glikoprotein, ABCG2, MRP1, detergens rezisztens membrán mikrodomének, koleszterin
Keywords in English P-glycoprotein, ABCG2, MRP1, detergent resistant membrane microdomains, cholesterol
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)80 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular biophysics
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Department of Biophysics and Cell Biology (University of Debrecen)
Starting date 2009-01-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 15.000
FTE (full time equivalent) 2.80
state closed project
Summary in Hungarian
A P-glikoprotein (Pgp, ABCB1), a multidrog rezisztencia fehérje 1 (MRP1, ABCC1) és az ABCG2 (BCRP) aktív transzporter fehérjék, amelyek képesek a daganatok kemoterápiájában alkalmazott gyógyszerek többségét eltávolítani a sejtekből, így hozzájárulva a gyógyszer rezisztencia kialakulásához. Mindegyik fehérje elsősorban lipofil, amfifil szubsztrátokat ismer fel, melyek először a membránba oldódnak be, majd onnan érik el a szubsztrát-kötőhelyet. Ezen transzmembrán fehérjék és szubsztrátjaik szoros kapcsolata a sejtmembránnal egyben azt is eredményezheti, hogy a transzporter molekulák membrán mikrokörnyezete erősen befolyásolja katalitikus működésüket.
A három transzporter különböző membrán mikrokörnyezetben van jelen, melynek a szerepe és következményei még nem ismertek. Az eltérő lipid környezet allosztérikusan befolyásolhatja a fehérjék aktivitását (A), meghatározhatja a szubsztrátok és modulátorok beoldódását a membránba (B), hatással lehet a transzporterek membrán trafficking folyamataira (C) és/vagy befolyásolhatja a transzporterek molekuláris partnereit (D).
Kutatásunk célja, hogy megvizsgáljuk a lipid környezet és az aktív transzport kinetikai paraméterei közötti összefüggést (1). Mivel a különböző membrán mikrodomének fontos jellemzője koleszterin tartalmuk, vizsgáljuk a membrán koleszterinnel való telítésének és depléciójának hatását ezen fehérjék membrán trafficking folyamataira (2). Valamint azonosítani szeretnénk olyan fehérjéket, melyek a transzporterekkel azonos membrán mikrodoménekben találhatók, mivel így müködésüket szabályozó újabb fehérjéket is megismerhetünk.
Jelen pályázat a korábbi finanszírozást nem nyert pályázatom javított változata, mely három pozitív értékelés mellett 57 pályázat közül a 22. helyre került.
Summary
P-glycoprotein (Pgp, ABCB1), multidrug resistance associated protein 1 (MRP1, ABCC1) and breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2) are active efflux pumps that are able to extrude a large variety of lipophylic chemotherapeutic drugs from the cells, causing the phenomenon of multidrug resistance. The intimate association of the transporters and their substrates with the membrane implies that the microenvironment of the pumps will probably have strong modulatory effects on their catalytic function.
The membrane distribution of the above ABC transporters appears to be hetereogeneous, i.e. the pumps are present in different membrane microdomains. The biological function and/or consequences of this uneven distribution are not known; (A) the lipid milieu could allosterically regulate enzymatic functions, or (B) determine the partitioning of the substrates and modulators according to the lipid/water partioning coefficient of the surrounding membrane domain,which could also (C) influence the trafficking of the transporters, and/or determine (D) the transporters’ molecular partners.
We plan to study the correlation between the membrane lipid microenvironment of the above transporters as well as the kinetic parameters and activation energy of active transport and passive drug partitioning into the membrane (1). Since cholesterol content is an important characteristic of the different membrane microdomains, we will examine the effect of cholesterol depletion and/or saturation on the membrane trafficking of these transporters (2). We also plan to identify proteins sharing the same membrane microdomains with the examined transporters, an approach that may lead to the identification of proteins involved in the regulation of their transport function (3).
This is an improved version of my previous OTKA grant proposal; it was graded to the 22nd place out of 57 applicants, with 3 positive reviews expressing only minor concerns fully dealt with in the present version.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A P-glikoprotein (Pgp), a multidrog rezisztencia fehérje 1 (MRP1) és az ABCG2 ABC transzporter fehérjék membrán környezete és transzport aktivitása között öszzefüggést vizsgáltuk. Kísérleteink alapján a sejtmembrán raft régióiban található Pgp-k ATP-hez való affinitása alacsony, így a szubsztrát transzportban nem vesznek részt, míg a raftokon kívül elhelyezkedő Pgp-k aktívan transzportálnak. Tehát a Pgp molekulák membrán környezete meghatározza funkcionális állapotukat. Ko-immunprecipitációs kísérleteink alapján a hsp71 és a miozin-9 a Pgp-vel és az ABCG2-vel is szorosan asszociált. Jelenleg géncsendesítési kísérletekben azt vizsgáljuk, hogy van-e ezen fehérjéknek a transzporterek működésének vagy sejtfelszíni expressziójának szabályozásában szerepe. A retinoidok, mint fiziológiás szempontból is jelentős lipofil molekulák, ABC transzporterekre kifejtett hatását vizsgálva azt tapasztaltuk, hogy ezen transzporterek széles szubsztrát spektrumuk ellenére érzékenyek a sztereokémiai különbségekre. A Pgp katalitikus ciklusát vizsgálva megállapítottuk, hogy az ATP kötődése mindkét ATP-kötőhelyhez elégséges ahhoz, hogy a Pgp molekulák átforduljanak a szubsztrátkötő állapotból az alacsony szubsztrát affinitású állapotba. Bizonyítottuk, hogy a kis koncentrációban alkalmazott modulátorok és az UIC2 anti-Pgp antitest együttes adása SCID egerekbe transzplantált Pgp-t expresszáló multidrog rezisztens tumorok méretének klinikailag is releváns mértékű csökkenéséhez vezetett.
Results in English
We have studied the correlation between transport characteristics and the membrane microenvironment of P-glycoprotein (Pgp), multidrug resistance protein 1 (MRP1) and ABCG2. We have demonstrated that the 20-40 % of Pgps are raft associated and found to be transport incompetent because of their low affinity to ATP and preferentially engaged in trafficking processes, while the non-raft Pgps are involved in substrate transport. Thus the membrane localization of Pgp molecules may determine their functional state. Based on our immunoprecipitation experiments hsp71 and myosin-9 are tightly associated with both Pgp and ABCG2. Since these proteins may potentially affect the expression or function of the examined transporters we are examining this issue by silencing them. Examining the effect of several physiologically relevant retinoids on the transport and ATPase activity of Pgp, ABCG2 and MRP1 we have found that stereo-chemical differences also affect the interactions between the retinoids and the transporters. We also demonstrated that the combined treatment with sub-inhibitory concentrations of Pgp modulators and UIC2 mAb can potentiate the anti-tumor effect of doxorubicin in Pgp+ tumors leading to clinically relevant reduction in tumor size. Studying the catalytic cycle of Pgp we have demonstrated that binding of ATP to both nucleotide binding domains is sufficient to switch Pgps from the high drug affinity conformation to the low drug affinity conformation.
Decision
Yes





 

List of publications

  
Goda K, Bacsó Zs, Szabó G: Multidrug resistance through the spectacle of P-glycoprotein, Current Cancer Drug Targets 9:281-297., 2009
Mikecz P, Márián T, Miklovicz T, Galuska L, Krasznai Z, Tóth A, Goda K, Trón L, Hernádi Z, Krasznai ZT: Daunorubicin and doxorubicin inhibit the [(11)C]choline accumulation in cancer cells, Appl Radiat Isotopes 67:1806-1811., 2009
Z.T Krasznai, Á.Tóth, P. Mikecz, Z. Fodor, G. Szabó, L. Galuska, Z. Hernádi, K Goda.: Pgp inhibition by UIC2 antibody can be followed in vitro by using tumor-diagnostic radiotracers, 99mTc-MIBI and 18FDG, Eur. J. Pharm. Sci. 41:665-669, 2010
Telbisz A, Hegdüs C, Ozvegy-Laczka C, Goda K, Várady G, Takáts Z, Szabó E, Sorrentino BP, Váradi A, Sarkadi B.: Antibody binding shift assay for rapid screening of drug interactions with the human ABCG2 multidrug transporter, Eur J Pharm Sci 45(1-2):101-9., 2012
Goda K, Szalóki G: A sensitive tool to measure CFTR channel activity, Cytometry A. 2013 Apr 4. doi: 10.1002/cyto.a.22290. [Epub ahead of print], 2013
Goda K, Bacsó Zs, Tóth Zs, Bársony O, Fenyvesi F, Birkó Zs, Fábián Á, Nagy J, Bíró S, Janáky T és Szabó G: A sejtfelszíni P-glikoprotein molekulák konformációs és topológiai heterogenitása, XV. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok konferenciakiadványa (Nyíregyháza, 2009. április 17-19.), 2009
Goda, K., Tóth, Á., Szalóki, G., Teréz, M., Krasznai, Z., Szabó, G.: Complete reversal of P-glycoprotein mediated multidrug resistance by simultaneous treatment with UIC2 monoclonal antibody and low doses of cyclosporin A, 3rd FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book), 2010
Szabó, G., Bacsó, Zs., Goda, K., Barsony, O., Tóth, Zs., Birkó, Zs., Bíró, S., Nagy, J., Jenei, A., Janáky T.: Conformational-topological heterogeneity of cell surface P-glycoprotein molecules, 3rd FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book), 2010
Bársony O., Tarapcsák Sz., Szabó G., Goda K.: A P-glikoprotein katalitikus ciklusa és az UIC2 mAt kötődése közötti kapcsolat vizsgálata, 40. Sümegi Membrán-Transzport Konferencia május 18-21., 2010
Bársony O, Szabó G, Goda K.: A P-glikoprotein katalitikus ciklusának vizsgálata, XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, 2011
Bársony O, Szabó G, Goda K: A P-glikoprotein katalitikus ciklusa és az UIC2 monoklonális antitest kötődés közötti kapcsolat vizsgálata, XVI Sejt- és fejlődésbiológiai Napok, 2011
Goda K, Szalóki G, Töth Á, Juhász I, Vízkeleti L, Szöllősi A, Márián T, Krasznai Z, Szabó G: Complete reversal of P-glycoprotein mediated multidrug resistance by simultaneous treatment with UIC2 monoclonal antibody and low doses of cyclosporine A, Biomedical Transporters 2011: Membrane Transporters in Drug Discovery; Grindelwald, Switzerland, 2011 August 7-11., 2011
Bársony O, Szalóki G, Türk D, Szakács G, Szabó G, Goda K: Elucidation of the catalytic intermediates of P-glycoprotein, 4th FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book), 2012, 2012
Goda K, Bársony O, Szalóki G, Türk D, Szakács G, Szabó G: UIC2 reactivity reveals insights into the catalytic mechanism of P-glycoprotein, 4th FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book),, 2012
Goda K, Bacsó Zs, Bársony O, Gutay Tóth Zs, Türk D, Szakács G, Imamura H, Szabó G: Conformational-topologycal heterogeneity of cell-surface P-glycoprotein is an indicator of intracellular ATP concentration, 4th FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book), 2012
Szalóki G, Tarapcsák Sz, Szabó G, Goda K: Interactions of retinoids with Pgp and ABCG2, 4th FEBS Special Meeting: ATP-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, (Abstract book), 2012



Back »