Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Biophysics
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Biochemistry
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Institute of Biophysics (University of Pécs)
Starting date
2011-04-01
Closing date
2013-12-31
Funding (in million HUF)
27.021
FTE (full time equivalent)
1.92
state
closed project
Summary in Hungarian
A sejtváz összehangolt egységében a funkcionálisan eltérő aktin hálózatok meghatározó szerepet játszanak az alapvető sejtfolyamatok pontos térbeli és időbeli szabályozásában. Kutatások alapján egyre nyilvánvalóbb, hogy ezen mechanizmusok finom hangolásában fontos szerepe van a fehérjék különböző izoformáinak, azonban a háttérben álló molekuláris mechanizmusok még nem tisztázottak. Célunk az aktin citoszkeleton összetett és sokszínű szabályozásának hátterében álló molekuláris mechanizmusok megértése. Ennek érdekében a sejtváz egyik esszenciális alkotóelemének az aktinnak és egyik fontos partner fehérjéjének a tropomiozinnak az izoformáit tanulmányozzuk. Kutatásaink során azt vizsgáljuk, hogy hogyan határozzák meg az izoforma specifikus sajátságok az aktin hálózatok térbeli és időbeli kialakulását, szerkezeti és dinamikai tulajdonságait, molekuláris összetételét, valamint funkcionális sajátságait. Ennek érdekében interdiszciplináris módszereken alapuló, molekuláris biológiai, sejtbiológiai és fehérje biokémiai technikákra, valamint biofizikai és biomimetikus módszerekre épülő újszerű kísérleti stratégiát alkalmazunk. Meggyőződésünk szerint kutatásaink hozzájárulnak azon molekuláris mechanizmusok pontosabb megértéséhez, amelyek révén az aktin és tropomiozin izoformák hozzájárulnak az aktin citoszkeletonnal kapcsolatos biológiai változatosság kialakításához. A projekt eredményei elősegítik majd az aktin citoszkeleton működésének és a patológiás elváltozásaihoz kapcsolódó betegségeknek a pontosabb megértését is.
Summary
In the cohesive structure of actin cytoskeleton, functionally distinct actin arrays orchestrate fundamental cell functions in a spatiotemporally controlled manner. Emerging evidences emphasize that the fine-tuning of these regulatory mechanisms involves the actions and interactions of various protein isoforms, however the underlying molecular mechanisms are not completely understood. The ultimate aim of our project is to better understand the complex and manifold regulation of the diverse functions of the actin cytoskeleton. To describe these aspects of the cytoskeleton we will study one of the major cell architecture components, actin, and one of its most abundant partner proteins, tropomyosins. The specific aim of our project is to describe how the assembly dynamics, morphology, molecular composition and the functional characteristics of the actin-tropomyosin supramolecular structures depend on the isoform content. We will use a novel experimental strategy based on an interdisciplinary arsenal of approaches involving molecular and cell biology, protein biochemistry techniques in combination with complementary biophysical and biomimetic assays. The results are expected to provide a conceptual basis for the molecular mechanisms that drive the segregation of functionally different sub-cellular complexes and links actin and tropomyosin isoforms to the biological diversity related to actin network functions. The project will contribute to our understanding of the molecular mechanisms underlying the functions and dysfunctions of the actin cytoskeleton.
Final report
Results in Hungarian
A sejtek fehérje-vázrendszerének összehangolt egységében a funkcionálisan eltérő aktin hálózatok meghatározó szerepet játszanak az alapvető folyamatok szabályozásában. Ezen mechanizmusok finom hangolásában fontos szerepük van a fehérjék különböző izoformáinak, azonban a háttérben álló molekuláris mechanizmusok még nem pontosan ismertek. Munkánk során elsőként a vizsgálatainkhoz szükséges módszertani fejlesztéseket valósítottunk meg. A pályázat munkatervének megfelelően az aktin sejtváz felépítésében és működésében alapvető fehérjék: az aktin és a tropomiozin izoforma specifikus sajátságait vizsgáltuk. Tanulmányoztuk továbbá azt is, hogy miként befolyásolják az izoforma specifikus sajátságok az aktin-tropomiozin filamentális rendszernek a sejtváz szabályozásában részt vevő más fehérjékkel kialakított kölcsönhatásait (nukleációs faktorok, miozin, ADF/cofilin). Kutatásaink eredményei az aktin és tropomiozin olyan izoforma specifikus sajátságait és kölcsönhatásait derítették fel, amelyek korábban nem voltak ismertek. Megítélésünk szerint eredményeink hozzájárultak ezen fehérjék sejten belüli funkcióinak pontosabb megismeréséhez. A munkánk eredményeit eddig négy nemzetközi folyóiratban megjelent közleményben ismertettük. A projekt keretein belül sikeres együttműködéseket tudtunk kialakítani más kutatócsoportokkal is, meggyőződésünk, hogy ezek nem csupán a jelen projekt, de a jövőbeli kutatómunkánk során is hozzá fognak járulni a kutatásaink hatékony és sikeres megvalósításához.
Results in English
In cells, the functionally diverse actin arrays orchestrate fundamental cellular functions. Emerging evidences emphasize that the fine-tuning of these processes rely on the different isoforms of the regulatory proteins, however the underlying molecular mechanisms are poorly understood. To investigate this aspect of the actin cytoskeleton, first we established the methodological development at our department, which is essential to perform the planned investigations. According to the original plan of our project we investigated the isoforms of the most abundant components of the actin cytoskeleton: actin and tropomyosin and their interactions with regulatory proteins (nucleation factors, myosin, ADF/cofilin). Our results revealed that both actin and tropomyosin possess isoform specific features and interact with regulatory proteins in an isoform specific manner. These isoform specific properties were not known before and are good agreement with cell biological observations. We believe that our results, by revealing so far unknown molecular mechanisms, contribute to the deeper understanding of the isoform specific regulation of the actin cytoskeleton. The results of the project were published in four articles in international peer-review journals. Within this project we established collaborations with two other groups, which not only contributed to the effective realization of the present project, but will contribute to the high standard realization of our future.
Molnár Imre, Migh Ede, Szikora Szilárd, Kalmár Tibor, Végh Attila G, Deák Ferenc, Barkó Szilvia, Bugyi Beáta, Orfanos Zacharias, Kovács János, Juhász Gábor, Váró György, Nyitrai Miklós, Sparrow John, Mihály József: DAAM is required for thin filament formation and sarcomerogenesis during muscle development in Drosophila, PLOS GENET 10: &, 2014
Ujfalusi, Z., Kovács, M., Nagy, T.N., Barkó, Sz., Hild, G., Lukács, A., Nyitrai, M., Bugyi, B.: Myosin and Tropomyosin Stabilize the Conformation of Formin-Nucleated Actin Filaments, The Journal of Biological Chemistry, 2012
Kis-Bicskei N., Vig A., Nyitrai M., Bugyi B., Talián Cs. G.: Purification of tropomyosin Br-3 and 5NM1 and characterization of their interactions with actin, Cytoskeleton, 2013
Ujfalusi Z, Kovacs M, T Nagy N, Barko Sz, Hild G, Lukacs A, Nyitrai M, Bugyi B: Myosin and tropomyosin stabilize the conformation of formin-nucleated actin filaments, J BIOL CHEM 287: (38) 31894-31904, 2012
