The role of mitochondrial carbohydrate and ascorbic acid transport and metabolism in the osmotic and oxidative stress adaptation.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77826
Type K
Principal investigator Szarka, András
Title in Hungarian A mitokondriális szénhidrát és aszkorbinsav transzport és anyagcsere szerepe az ozmotikus és oxidatív stresszadaptációban.
Title in English The role of mitochondrial carbohydrate and ascorbic acid transport and metabolism in the osmotic and oxidative stress adaptation.
Keywords in Hungarian növényi mitokondrium, oxidativ stressz, ozmotikus stressz, szárazság, antioxidánsok, ozmolit, szénhidrátok
Keywords in English plant mitochondria, oxidative stress, osmotic stress, drought, antioxidants, osmolyte, carbohydrates
Discipline
Biochemistry and Food Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Food quality
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Department of Applied Biotechnology and Food Science (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Hódsági, Mária
Salgó, András
Szabados, László
Tarcsay, Ákos
Wunderlich, Lívius
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-03-31
Funding (in million HUF) 20.794
FTE (full time equivalent) 8.60
state closed project
Summary in Hungarian
Heterotróf sejtekben, kizárólag a mitokondriális elektrontranszport lánc biztosítja a sejt működéséhez szükséges energiát. Ezen felül a mitokondrium kulcsszereplője számos olyan anyagcsereútnak, melyek fontos szerepet játszanak a sejt abiotikus stressz adaptációjában. Számos növénycsalád állít elő poliolokat, mint elsődleges fotoszintetikus termékeket. Ezek a lineáris poliolok igen hatékony ozmolitek, feldúsulásuk során fokozódik a növény só- és szárazsággal szembeni toleranciája. A közelmúltban felmerült, hogy a mitokondrium szerepet játszhat ezen ozmolitek bioszintézisében is. Kutatásaink során szeretnénk feltárni a mitokondriális ozmolit bioszintézis és metabolizmus részletes mechanizmusát, valamint célul tűzzük ki, hogy megismerjük ezen szénhidrátok sejten belüli elosztásában résztvevő transzportfolyamatokat. Kísérleteinket növényi sejtszuszpenziókon, valamint zöld növényeken tervezzük elvégezni. Vizsgálni szeretnénk: I. a mitokondriális szorbit képződést és transzportot II. a mitokondriális invertáz aktivitást, a szénhidrát transzportot és a szorbit metabolizmust ozmotikus- és sóstressznek kitett növényeken. A mitokondrium a celluláris oxidatív stressz elleni védelmi rendszer kulcsfontosságú eleme, mivel főszerepet játszik az aszkorbát bioszintézisében, valamint redukálásában. Ismereteink még közel sem teljesek ezen a területen. III. Ennél fogva kísérleteink során tanulmányozni szeretnénk a DHA regeneráció mechanizmusát. IV. Az aszkorbát regeneráción kívül szeretnénk megvizsgálni, hogy az aszkorbát bioszintézis és felhasználás milyen szerepet játszik a sejt aszkorbát készletének fenntartásában. V. Tisztázni szeretnénk egy estleges DHA-ASC redox páron keresztülvezető alternatív (mentő) elektronáramot a növényi mitokondriumban. VI. Végezetül a növényi és állati mitokondriumok ozmoprotektáns és DHA redukciós szerepének összehasonlítása céljából a fent részletezet vizsgálatokat humán sejttenyészetből izolált mitokondriumokon is, szeretnénk elvégezni.
Summary
Mitochondria are known as the only energy producing organelle in heterotrophic cells. Mitochondria are also involved in some metabolic process implicated in cell adaptation to abiotic stress.
Several plant families generate polyols, as one of their primary photosynthetic products. Linear polyols are efficient osmolytes, and their accumulation results in an improved tolerance to salinity or drought stress. The role of mitochondria in osmolyte biosynthesis was emerged recently.
We would like to investigate the detailed mechanisms of mitochondrial osmolyte biosynthesis, metabolism and transport processes related to the distribution of these carbohydrates. Thus we will perform experiments on both plant cell suspensions and green plants. We would like to examine: I. Mitochondrial sorbitol formation and transport II. The invertase activity, carbohydrate transports and sorbitol metabolism in osmotic and salt stressed plants.
Mitochondria are also a key component of the cellular oxidative stress defence system, since they play central role in the biosynthesis and reduction of ascorbate. However our knowledge is far not complete in this field. Thus we plan experiments to investigate III. the regenerative mechanisms for DHA. IV. In addition to determining the importance of ASC regeneration, we will look at the contribution that ASC biosynthesis and consumption make to the maintenance of the intracellular ASC pool. V. We would like to clarify the potential survival route for electrons through the DHA-ASC redox couple.
VI. In order to compare the osmoprotectant and potential DHA reducing functions of plant and mammalian mitochondria, the above detailed studies will be also investigated in mitochondria isolated from human cell culture.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Hipotézisünket, mely szerint a növényi mitokondrium aldóz reduktáz aktivitással és következményes szorbittermeléssel bír sikerült igazolnunk. Mitokondriális III-as komplex mutáns ppr40-1 Arabidopsis növényekből izolált mitokondriumok esetében emelkedett, aszkorbát bioszintetikus, galaktono-1,4-lakton dehidrogenáz aktivitást figyeltünk meg. Ezzel párhuzamosan a Foyer-Halliwell-Asada ciklus enzimei, illetve a GSH szintje is emelkedett volt a mutáns növényekben. Mind a fokozott bioszintézis, mind a fokozott reciklálás ellenére, a redukált és a teljes aszkorbát szint is alacsonyabbnak bizonyult a mutáns növényekben, sőt a mutáns növényekből származó mitokondriumokban az aszkorbát/DHA redox státusz egyértelműen az oxidált irányba tolódott el. Így kijelenthetjük, hogy ezen mechanizmusok bár tompítják a komplex III defektus következtében kialakuló oxidatív stresszt, de teljes mértékben nem képesek legyűrni azt. Dohány mitokondriumok esetében meghatároztuk a két jelenleg ismert DHA redukciós útvonal (respiráció függő és a Foyer-Halliwell-Asada ciklus) arányát. Megerősítettük, hogy az akut acetaminofen toxicitás kiváltotta oxidatív stressz kaszpáz független sejthalált indukál. Ezen felül megállapítottuk, hogy az AIF transzlokáció farmakológiás gátlásával elkerülhető, de mindenesetre késleltethető az acetaminofen indukálta programozott sejthalál. Leírtuk, hogy az mtDNS depléció Rho0-ás májsejtvonalon a sulfhidril oxidoreduktáz ALR túltermelését vonja maga után.
Results in English
Our hypothesis that plant mitochondria contain an aldose reductase activity and consequent mitochondrial sorbit formation has been confirmed by HPLC-MS-MS detection. We showed that the activity of the ascorbate biosynthetic enzyme, L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase (EC 1.3.2.3) (GLDH) was elevated in mitochondria isolated from the complex III mutant ppr40-1 Arabidopsis plants. In addition increased activities of the enzymes of Foyer-Halliwell-Asada cycle and elevated glutathione (GSH) level were observed in the mutant mitochondria. Lower ascorbate and ascorbate plus dehydroascorbate contents were detected at both cellular and mitochondrial level. Moreover, the more oxidized mitochondrial redox status of ascorbate in the ppr40-1mutant indicated that neither the enhanced activity of GLDH nor Foyer-Halliwell-Asada cycle could compensate for the enhanced ascorbate consumption in the absence of a functional respiratory chain. The ratio of the two known DHA reduction pathways (Foyer-Halliwell-Asada cycle and respiration dependent) was determined in tobacco mitochondria. It was reaffirmed that acute acetaminophen toxicity involves oxidative stress-induced caspase-independent cell death. In addition, pharmacological inhibition of AIF translocation may effectively protect against or at least delay acetaminophen-induced programmed cell death. The over-expression of the sulfhydryl oxydoreductase ALR was described due to the loss of mtDNA in a Rho0 hepatic cell line.
Decision
Yes





 

List of publications

  
Nagy G, Szarka A, Lotz G, Dóczi J, Wunderlich L, Kiss A, Jemnitz K, Veres Z, Bánhegyi G, Schaff Z, Sümegi B, Mandl J.: BGP-15 inhibits caspase-independent programmed cell death in acetaminophen-induced liver injury., Toxicol Appl Pharmacol243(1):96-103, 2010
Laura Zsigmond, Bálint Tomasskovics, Veronika Deák, Gábor Rigó, László Szabados, Gábor Bánhegyi, András Szarka: Enhanced activity of galactono-1,4-lacton dehydrogenase and ascorbate – glutathione cycle in mitochondria from Complex III deficient Arabidopsis, Plant Physiology and Biochemistry, 2011
Bálint Tomasskovics, András Szarka: Comparison of mannitol and xylitol as osmolytes in preparation of mitochondria, International Federation for Medical and Biological Engineering Proceedings, 2011
Bálint Tomasskovics, Laura Zsigmond, Gábor Rigó, László Szabados, Gábor Bánhegyi, András Szarka: Enhanced activity of ascorbate-glutathione cycle in ppr-40 mutant Arabidopsis mitochondria, Oláh György doktori iskola konferenciafüzete, 2011
Szarka A, Tomasskovics B and Bánhegyi G: The ascorbate-glutathione-α-tocopherol triad in abiotic stress response, Int. J. Mol. Sci., 13, 4458-4483., 2012
Banhegyi G, Margittai E, Szarka A, Mandl J, Csala M: Crosstalk and Barriers Between the Electron Carriers of the Endoplasmic Reticulum, Antioxid Redox Signal, 16: 772-780., 2012
D Maszczak-Seneczko, T Olczak, L Wunderlich, M Olczak: Comparative analysis of involvement of UGT1 and UGT2 splice variants of UDP-galactose transporter in glycosylation of macromolecules in MDCK and CHO cell lines, Glycoconjugate Journal 28: 481-492, 2011
A Szarka, G Bánhegyi: Oxidative folding: recent developments, BioMol Concepts 2: 379-390., 2011
András Szarka, Bálint Tomasskovics, Laura Zsigmond, Veronika Deák, Gábor Rigó, László Szabados, Gábor Bánhegyi: Enhanced activity of ascorbate – glutathione cycle in mitochondria from Complex III deficient Arabidopsis, 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, 2011
András Szarka, L Zsigmond, G Bánhegyi, B Tomasskovics, V Deák, L Szabados: Enhanced ascorbate synthesis and regeneration in complex III deficient Arabidopsis, 8th MiPconference Bordeaux, FR. Sep 5-8, 2011, 2011
András Szarka: A C-vitamin szint szabályozása növényekben: génexpresszió és elektronáram, 344. KÉKI Kollokvium 2011. szeptember 30., 2011
András Szarka, Bálint Tomasskovics: Comparison of mannitol and xylitol as osmolytes in preparation of mitochondria: From dehydroascorbate transport to new carbohydratemetabolic pathways in plant mitochondri, 5th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering Budapest, 14-18 September, 2011, 2011
András Szarka, Bálint Tomasskovics, Laura Zsigmond, Veronika Deák, Gábor Rigó, László Szabados, Gábor Bánhegyi: The relationship of respiratory electron transfer chain and ascorbate metabolism in plant mitochondria, International Conference for Plant Mitochondrial Biology (ICPMB 2011), 2011
Szarka A, Banhegyi G, Asard H.: The inter-relationship of ascorbate transport, metabolism and mitochondrial, plastidic respiration., Antioxid Redox Signal, doi:10.1089/ars.2012.5059., 2013
Szarka, A., G. Bánhegyi, J Mandl, B Tomasskovics, V Deák, L Zsigmond: The role and metabolism of ascorbate in a Complex III deficient Arabidopsis., Free Radical Biology and Medicine 53(1): 2., 2012
Szarka A, Csécsy K: Survival, complex III bypass, route of electrons through the DHA-Asc redoc couple in plant mitochondria, Plant Biology Congress Freiburg 2012 (FESPB and EPSO) 29 July-3 August 2012, Albert-Ludwigs University Freiburg, 2012




 

Events of the project

  
2010-09-28 14:51:35
Kiegészítő támogatás beolvasztása



Back »