Consortional main: Uracil-DNA in Holometabola insects and in human cells: physiological role in DNA-damage repair and in signaling  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
84008
Type NK
Principal investigator Vértessy G., Beáta
Title in Hungarian Konzorcium, fő p.: Uracil-DNS rovarokban és humán sejtekben: élettani szerep DNS-hibaként és a jelátvitelben
Title in English Consortional main: Uracil-DNA in Holometabola insects and in human cells: physiological role in DNA-damage repair and in signaling
Keywords in Hungarian DNS károsodás, DNS javítás, uracil, programmozott sejthalál, egyedfejlődés
Keywords in English DNA damage, DNA repair, uracil, programmed cell death, development
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)80 %
Ortelius classification: Enzimology
Molecular genetics, reverse genetics and RNAi (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants Békési, Angéla
Hirmondó, Rita
Horváth, András
Leveles, Ibolya
Marton, Lívia
Muha, Villő
Nagy, Gergely Nándor
Németh, Veronika
Pálinkás, Hajnalka Laura
Pukancsik, Mária
Róna, Gergely
Zagyva, Imre
Starting date 2011-07-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 43.444
FTE (full time equivalent) 16.65
state closed project
Summary in Hungarian
A DNS-beli uracil általában hibaként jelenik meg, de jelátviteli funkciója is lehet. A jelen pályázatban meg fogjuk vizsgálni, hogy a teljes átalakulással fejlődő rovarokban (Holometabola) az uracil-DNS-nek van-e szerepe az egyedfejlődés során a metamorfózisban, továbbá analizálni fogjuk az uracil-DNA és a dUTPáz fehérje szerepét human sejtvonalak timinmentes sejthalál folyamatában. Előzetes eredményeink szerint i) az ecetmusclica lárváiban a DNS-beli uracil szint jelentősen magas, és a dUTPáz RNAi a korai bábban letális fenotípust eredményez; valamint ii) humán sejtvonalakban a dUTPáz RNAi váratlan módon újféle kommunikációs hálózathoz vezet a timidilát bioszintézis enzimei között.
Várható eredmények:
1. Különböző Holometabola rovarok egyes fejlődési állapotaiban a DNS-beli uracilszint kvantitatív karakterizálása: így eldönthető lesz, hogy a lárvaállapotokban felhalmozódik-e az uracil-DNS
2. Karakterizáljuk a minor uracil-DNS glikozilázok szerepét az ecetmuslica uracil-DNS javítási folyamataiban
3. Meghatározzuk, hogy a dUTPáz RNAi okozta letalitás menekíthető-e más uracil-DNS javításban esetlegesen résztvevő fehérjékkel D. melanogasterben
4. Humán sejtvonalakban karakterizáljuk a dUTPáz RNAi csendesítésre adott sejtválaszt a timidilát bioszintézis és a DNS javítás útvonalai közötti kommunikációs hálózat vizsgálatával – ezek az eredmények kemoterápiás stratégiák számára is fontosak lehetnek.

A projekt két csoport szoros együttműködésében valósul meg, így a kutatási tervek külön definiálására nincs lehetőség.
Summary
Uracil-substituted DNA is usually considered as a mistake but may also have signaling functions. Here, we will decide if uracil in DNA of insects developing with complete metamorphosis (Holometabola) may have a developmental role at the larval/pupal transition, and we will analyze the role of uracil-DNA and dUTPase in thymine-less cell death in human cell lines. Preliminary results showed i) much increased uracil in fruitfly larval DNA and lethal phenotype, manifested at the prepupal stage, by dUTPase RNAi; and ii) an unexpected reshaping of the communication network within enzymes of thymidylate metabolism as a cellular response to dUTPase RNAi in human cells.
Major expected results:
1. Quantitative insights into the presence of uracil-DNA in different Holometabola insects, in various developmental stages: these data will decide if uracil-DNA is in fact accumulated in these insects during larval development
2. Decide if the minor uracil-DNA glycosylases may have important role in uracil-DNA repair in Drosophila melanogaster
3. Decide if the lethality of dUTPase RNAi can be rescued by other protein factors involved in uracil-DNA repair in Drosophila melanogaster
4. Analysis of cellular response within thymidylate biosynthesis and DNA repair in human cells upon dUTPase silencing – with results relevant to thymine-less cell death chemotherapy strategies.

The project is realized in close collaboration of two research groups so that separate research/work plans are not adequate.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Eredményeink arra utalnak, hogy az uracil-tartalmú DNS a Drosophila egyedfejlődése és a teljes átalakulás sorén bekövetkező sejthalál során lényegi szerepet játszik. Kimutattuk azt is, hogy ezen jelenség az uracil-DNS glikoziláz enzim fő izoformájának genomi hiánya révén a teljes átalakulással fejlődő rovarokra általában is teljesülhet. Többféle uracil-DNS szenzor fehérje konstruktot terveztünk, egy katalitikusan inaktív uracil-DNS glikoziláz fehérjéből kiindulva. Ezek a sikeresen kifejezett és tisztított mesterséges U-DNS szenzor fehérjék konvencionális antitestekkel detektálhatók, és felhasználhatók uracil-DNS kvalitatív és kvantitatív kimutatására dot-blot eljárásokban, továbbá in situ is alkalmazhatók sejtek, szövetek immuncitokémiai festésére. Mind pro-, mind eukarióta (emlős sejtvonalak, rovarminták) modelleken igazoltuk módszerünk megfelelő és nagy áteresztő képességű voltát. A hamis pár-javítás útvonalában deficiens HCT116 humán tumor sejtvonalon Zn-ujj nukleáz (ZFN) technológiát alkalmazva, dut -/- knock-out sejtvonalakat hoztunk létre. Ezen sejtvonalak és a hamis pár-javítás útvonalában proficiens izogenikus HCT116 sejtek párhuzamos vizsgálatával egyedi modellt hoztunk létre ahhoz, hogy a dUTPáz és az uracil-DNS glikoziláz perturbációja révén felfedjük a bázis-kivágási és a hamis pár-javítási DNS-hibajavító útvonalak közötti összefüggéseket. 24 cikket közöltünk, össz IF 122.96.
Results in English
Our results suggested a novel role of uracil-containing DNA in Drosophila development and metamorphosis and presented a novel example for developmental effects of dUTPase silencing in multicellular eukaryotes. Importantly, we have also shown by genome analysis the lack of the UNG gene in all available genomes of other Holometabola insects, indicating a potentially general tolerance and developmental role of uracil–DNA in this evolutionary clade. Starting from a catalytically inactive uracil-DNA glycosylase protein, we have designed several uracil sensor fusion proteins. The designed constructs can be applied as molecular recognition tools that can be detected with conventional antibodies in dot-blot applications and may also serve as in situ uracil-DNA sensors in cellular techniques. Our method was verified on numerous prokaryotic and eukaryotic cellular systems. The method is easy to use and can be applied in a high-throughput manner. We have constructed dut -/- knock-out cell lines in the HCT116 cell line using Zn-finger nuclease (ZFN) technology. The HCT116 cell line is deficient in mismatch repair and hence perturbation of dUTPase and uracil-DN glycosylase in this cell line in comparison with its isogenic mismatch repair proficient cell line offers a unique opportunity to look into potential connections between base-excision repair and mismatch repair pathways. We published 24 articles, sumIF 122.96.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=84008
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kinga Nyíri, Veronika Papp-Kádár, Judit E Szabó, Veronika Németh, Beáta G Vértessy: Exploring the role of the phage-specific insert of bacteriophage Φ11 dUTPase, STRUCT CHEM 26: (5) 1425-1432, 2015
Mary Christie, Chiung-Wen Chang, Gergely Róna, Kate M. Smith, Alistair G. Stewart, Agnes A. S. Takeda, Marcos R. M. Fonts, Murray Stewart, Beáta G. Vértessy, Jade K. Forwood, Bostjan Kobe: Structural biology and regulation of protein import into the nucleus, J Mol Biol in press Oct 30. doi: 10.1016/j.jmb.2015.10.023., 2015
Kinga Nyíri, Bianka Kőhegyi, András Micsonai, József Kardos, Beáta G Vértessy: Evidence-based structural model of the Staphylococcal repressor protein: separation of functions into different domains, PLOS ONE 10: (9), 2015
Róna G, Borsos M, Ellis JJ, Mehdi AM, Christie M, Környei Z, Neubrandt M, Tóth J, Bozóky Z, Buday L, Madarász E, Bodén M, Kobe B, Vértessy BG: Dynamics of re-constitution of the human nuclear proteome after cell division is regulated by NLS-adjacent phosphorylation, CELL CYCLE 13: (22) 3551-3564, 2014
Gergely Rona, Ildiko Scheer, Kinga Nagy, Hajnalka L Palinkas, Gergely Tihanyi, Mate Borsos, Angela Bekesi, Beata G Vertessy: Detection of uracil within DNA using a sensitive labeling method for in vitro and cellular applications, NUCLEIC ACIDS RES 2016 Feb 18;44(3):e28. doi: 10.1093/nar/gkv977. Epub 2015 Oct 1., 2016
Muha V, Horváth A, Békési A, Pukáncsik M, Hodoscsek B, Merényi G, Róna G, Batki J, Kiss I, Jankovics F, Vilmos P, Erdélyi M, Vértessy BG.: Uracil-containing DNA in Drosophila: stability, stage-specific accumulation, and developmental involvement., PLos Genet, 2012
Scheich C, Szabadka Z, Vértessy B, Pütter V, Grolmusz V, Schade M.: Discovery of novel MDR-Mycobacterium tuberculosis inhibitor by new FRIGATE computational screen., PlosOne, 2011
Leveles I, Róna G, Zagyva I, Bendes Á, Harmat V, Vértessy BG.: Crystallization and preliminary crystallographic analysis of dUTPase from the φ11 helper phage of Staphylococcus aureus., Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun, 2011
Mészáros B, Tóth J, Vértessy BG, Dosztányi Z, Simon I.: Proteins with complex architecture as potential targets for drug design: a case study of Mycobacterium tuberculosis., PLoS Comput Biol., 2011
Horváti K, Bacsa B, Szabó N, Dávid S, Mező G, Grolmusz V, Vértessy B, Hudecz F, Bősze S.: Enhanced Cellular Uptake of a New, in Silico Identified Antitubercular Candidate by Peptide Conjugation., Bioconjug Chem., 2012
A Horváth, A Békési, V Muha, M Erdélyi, BG Vértessy: Expanding the DNA alphabet in the fruit fly: Uracil enrichment in genomic DNA, Fly 7 (1), 20-19, 2013
I Pecsi, R Hirmondo, AC Brown, A Lopata, T Parish, BG Vertessy, J Tóth: The dUTPase enzyme is essential in Mycobacterium smegmatis, PloS one 7 (5), e37461, 2012
David Beke, Zsolt Szekrényes, Denes Pálfi, Gergely Róna, István Balogh, Pal Andor Maák, Gergely Katona, Zsolt Czigány, Katalin Kamarás, Balazs Rózsa, Laszlo Buday, Beata Vértessy, Adam Gali: Silicon carbide quantum dots for bioimaging, Journal of Materials Research 28 (02), 205-209, 2013
Gergely Rona, Mary Marfori, Máté Borsos, Ildikó Scheer, Enikő Takács, Judit Toth, Fruzsina Babos, Anna Magyar, Anna Erdei, Zoltan Bozoky, László Buday, Bostjan Kobe, Beata G Vertessy: Phosphorylation adjacent to the nuclear localization signal of human dUTPase abolishes nuclear import: structural and mechanistic insights, Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography vol 69, pages 2495-2505, 2013
Ibolya Leveles, Veronika Nemeth, Judit E Szabo, Veronika Harmat, Kinga Nyiri, Abris Adám Bendes, Veronika Papp-Kadar, Imre Zagyva, Gergely Rona, Oliver Ozohanics, Karoly Vekey, Judit Toth, Beata G Vertessy: Structure and enzymatic mechanism of a moonlighting dUTPase, Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography vol 69, pages 2298-2308, 2013
Orsolya Barabás, Veronika Németh, Andrea Bodor, András Perczel, Edina Rosta, Zoltán Kele, Imre Zagyva, Zoltán Szabadka, Vince I Grolmusz, Matthias Wilmanns, Beáta G Vértessy: Catalytic mechanism of α-phosphate attack in dUTPase is revealed by X-ray crystallographic snapshots of of distinct intermediates, 31P-NMR spectroscopy and reaction path, Nucleic acids research vol 41 pages 10542-10555, 2013
Balázs Szalkai, Ildikó Scheer, Kinga Nagy, Beáta G Vértessy, Vince Grolmusz: The Metagenomic Telescope, Plos One vol 9 e101605, 2014
Gergely N Nagy, Ibolya Leveles, Beáta G Vértessy: Preventive DNA repair by sanitizing the cellular (deoxy) nucleoside triphosphate pool, FEBS Journal, 2014
Anna Lopata, Pablo G Jambrina, Pankaz K Sharma, Bernard R Brooks, Judit Toth, Beata G Vertessy , Edina Rosta: Mutations Decouple Proton Transfer from Phosphate Cleavage in the dUTPase Catalytic Reaction, ACS CATAL 5: 3225-3237, 2015
Hirmondó R, Szabó JE, Nyíri K, Tarjányi S, Dobrotka P, Tóth J, Vértessy BG: Cross-species inhibition of dUTPase via the Staphylococcal Stl protein perturbs dNTP pool and colony formation in Mycobacterium, DNA REPAIR 30: 21-27, 2015
Horvath A, Batki J, Henn L, Lukacsovich T, Rona G, Erdelyi M, Vertessy BG: dUTPase expression correlates with cell division potential in Drosophila melanogaster., FEBS J 282: (10) 1998-2013, 2015
K Horváti, B Bacsa, N Szabó, K Fodor, Gy Balka, M Rusvai, É Kiss, G Mező, V Grolmusz, B Vértessy, F Hudecz, Sz Bősze: Antimycobacterial activity of peptide conjugate of pyridopyrimidine derivative against Mycobacterium tuberculosis in a series of in vitro and in vivo models, TUBERCULOSIS 95: (S1) S207-S211, 2015
Gergely N Nagy, Lívia Marton, Alicia Contet, Olivér Ozohanics, Laura-Mihaela Ardelean, Ágnes Révész, Károly Vékey, Florin Dan Irimie, Henri Vial, Rachel Cerdan, Beáta G Vértessy: Composite Aromatic Boxes for Enzymatic Transformations of Quaternary Ammonium Substrates, ANGEW CHEM INT EDIT 53: (49) 13471-13476, 2014
Judit E Szabó, Veronika Németh, Veronika Papp-Kádár, Kinga Nyíri, Ibolya Leveles, Ábris Á Bendes, Imre Zagyva, Gergely Róna, Hajnalka Pálinkás, Balázs Besztercei, Olivér Ozohanics, Károly Vékey, Károly Liliom, Judit Tóth, Beáta G Vértessy: Highly potent dUTPase inhibition by a bacterial repressor protein reveals a novel mechanism for gene expression control, NUCLEIC ACIDS RES 42: (19) 11912-11920, 2014




 

Events of the project

  
2017-06-29 10:45:30
Résztvevők változása
2014-04-16 11:25:22
Résztvevők változása
2013-08-13 13:00:48
Résztvevők változása



Back »