Coupled homeostasis of membrane lipids and stress proteins  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
84257
Type K
Principal investigator Horváth, Ibolya
Title in Hungarian A stresszfehérjék és lipidek membrán kapcsolt homeosztázisa
Title in English Coupled homeostasis of membrane lipids and stress proteins
Keywords in Hungarian stresszfehérje, membrán fluiditás, stressztolerancia, lipid-és zsírsav összetétel
Keywords in English sstress proteins, membrane fluidity, stress tolerance, lipid and fatty acid composition
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Biochemistry (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Dorogi, Márta
Glatz, Attila
Gombos, Imre
Péter, Mária
Vass, Imre
Vígh, László
Starting date 2011-02-01
Closing date 2013-01-31
Funding (in million HUF) 10.072
FTE (full time equivalent) 3.83
state closed project
Summary in Hungarian
Cianobaktértiumokon végzett kísérleteink arra az új felismerésre vezettek, hogy a klasszikus chaperone funkció mellett a hősokkfehérjék egy része specifikus lipid régiókon keresztül membránokhoz kötődhet. A membránkötött Hspk rigidizáló hatásuk révén stabilizálják a hősokk által hiperfluidizált membránokat és késleltetik a nem kettősrétegú lipidfázisok létrejöttét. Jelen pályázatban a Synechocystis Hsp70 analóg DnaK, valamint az E. Coli kismólsúlyu hősokkfehérjéinek (IbpA,B) membránkölcsönhatásait tanulmányoznánk. Úgy gondoljuk, hogy ezen Hspk egy hányada részt vesz olyan homeosztázis fenntartására irányuló mechanizmusokban, amely a membránok fluiditásának, fázisállapotának ill. összetételének finom-szabályozásában játszanak szerepet a változó környezeti körülmények között. Rekombináns IbpAB fehérjékkel membrán-lipid kölcsönhatás vizsgálatokat (monolayer, fluoreszcencia anizotrópia) végzünk lipid specifitásuk feltárására. Inszerciós mutagenezissel elkészítjük az E. Coli ibpAB mutáns sejteket összehasonlító lipidomikai ill. transzkript analízis céljából. Korábban bizonyítottuk, hogy a Synechocystis 3 dnaK génje közül főként a dnaK2 aktiválódik hősokk hatására, aminek egy hányada előzetes méréseink szerint tilakoidhoz kötődik. A DnaK2 részleges mutánson (meridiploid) tanulmányozzzuk a tilakoid membrán biofizikai jellemzőit (fluoreszcencia anizotrópia, FTIR) valamint tesztelnénk, hogy a mutáció milyen lipidomikai módosításokat okoz. Mivel a Hsp17 egy bizonyos pontmutációja annak teljes tilakoid asszociációját eredményezte és ezzel számottevő UV-B stressz elleni protekciót okozott, ennek analógiájára vizsgálnánk a DnaK2 szerepét a hő és UV-B károsodások kivédésében.
Summary
From data gained mostly with cyanobacteria we inferred, that besides their “classic” chaperone function, a subpopulation of Hsps is membrane-associated via specific membrane lipid domains and is involved in membrane stabilization by antagonizing heat induced hyperfluidization and nonbilayer phase formation of the lipid matrix. Our present hypothesis is, that membrane association of Hsps is not confined for cyanobacterial Hsp17 and GroELS but is a novel feature of E. coli sHsps (IbpA, IbpB) and the Hsp70 homolog cyanobacterial DnaK. We firstly suggest, that a subset of Hsps may participate in those homeostatic controlling mechanisms, which fine-tune lipid composition and fluidity of membranes. By supposing an E. coli sHsp-membrane cross-talk, a comparative lipidomics together with a global transcriptome analysis will be conduced with ibpAB-disrupted mutants vs. controls. We have already established, that out of the three dnaK homologes, mostly dnak2 exhibits heat stress response in the model organism Synechocystis and a subset of this gene product is thylakoid associated. Here we aimed at extending our investigations on thylakoids from non-segregated mutant dnaK2 cells by using biophysical techniques (fluorescence anisotropy, FTIR) parallel with testing lipid remodeling. Since genetically enhancing the thylakoid-association of Hsp17 provides protection against UV-B stress, we also addressed the possibility that DnaK2 plays an unexplored function in UV-B resistance.
Having experimental support of the above predictions, our findings will urge a substantial re-evaluation of cellular functions ascribed to stress proteins.




 

Final report

  
Results in Hungarian
1. Megállapítottuk, hogy az IbpA/B fehérje in vivo különböző mértékben asszociálódik az E. coli membrán(ok)hoz. Langmuir-Blodget monolayer kísérletekben igazoltuk az IbpAB membránlipid kötését. Jellemeztük az E. coli IbpAB- mutánst mind molekuláris, mind fiziológiás szinten. Megállapítottuk, hogy az IbpAB- mutáns törzsek rendelkeznek „membrán-fenotípussal”, a vad típustól markánsan eltérő lipid zsírsavösszetétellel, valamint megváltozott fluiditással és permeabilitással. A lipidomikai kísérletek rávilágítottak a fluiditásváltozás kompenzációs jellegére, a homeosztatikus membrán adaptáció elvének megfelelően. A membránlipidek és hősokkfehérjék kapcsolatának egy másik dimenziójára kívántunk rávilágítani a vad típusú és mutáns törzsek globális „transcriptome” analízisével. A wt és az IbpAB mutánsok mRNS profilja hatalmas eltérést mutat, a változások gének egész sorát érintik, amlyek megértése további kísérleteket kíván. 2. Munkánk során elsőként igazoltuk Synechocystisben a DnaK2 fehérje szubfrakciójának tilakoid asszociációját. A DnaK2 részleges hiánya megváltoztatta a tilakoid membrán lipid- és zsírsavösszetételét, valamint a membrán fizikai állapotát. A membránváltozások befolyásolják a tilakoid membrán működését, ami eltérő hő- illetve UV-B stresszérzékenységben is megnyilvánul. A DnaK2 protein részleges hiánya UV károsodás után a PSII “repair” részleges inhibícióját eredményezte. Ilymódon kimutattuk egy új, membránasszociált DnaK-függő stresszvédő mechanizmus létezését.
Results in English
1. In E. Coli the small heat shock protein IbpAB interacts with membranes in vivo and in vitro and rigidifides it which counterbalances heat-induced fluidization, indicating a protective role of this Hsp in the heat-shocked membrane. IbpAB- cells have an increased membrane permeability but higher outer membrane transition temperature and better survival at heat challenge. The improved survival is linked to the altered membrane phenotype. These include unique fatty acid changes and fluidization in the hydrophobic core of the membranes, which are associated with better survival upon heat challenge. 2. We have shown that in Synechocystis PCC6803 DnaK2 chaperon interacts with the thylakoid membrane, especially with the phosphatidyl glycerol (PG) lipid of the thylakoid. In DnaK2- cells the fatty acid composition of the thylakoid membrane differed from that of the wild type resulting in altered physico-chemical properties. We exposed cells to UV-B damage and concluded, that lack of the DnaK2 leads to partial inhibition of PSII repair and the rate of forward electron transport between QA and QB quinone electron acceptors is slowed down. PG plays an important role in binding extrinsic proteins required for a functional Mn cluster on the donor side of PSII. The binding of DnaK2 may take place trough binding specifically to PG and/or with the PSII complex. This interaction leads directly or indirectly to change in membrane fluidity which influences PSII electron transport.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=84257
Decision
Yes





 

List of publications

  
Gombos, I., Crul, T., Piotto, S., Güngör, B., Török, Z., Balogh, G., Péter, M., Slotte, J.P., Campana, F., Pilbat, A-M., Hunya, Á., Tóth, N., Literáti-Nagy, Z., Vigh Jr, L., Glatz, A., Brameshuber, M., Schütz, G.J., Hevener, A., Febbraio, M.A., Horváth, I., Vígh, L.: Membrane-lipid therapy in operation: the HSP co-inducer BGP-15 activates stress signal transduction pathways by remodeling plasma membrane rafts., PLoS ONE 6, e28818. doi:10.1371/journal.pone.0028818, 2011
Péter, M., Balogh, G., Gombos, I., Liebisch, G., Horváth, I., Török, Z., Nagy, E., Maslyanko, A., Benko, S., Schmitz, G., Harwood, J.L. and Vígh, L.: Nutritional lipid supply can control the heat shock response of B16 melanoma cells in culture., Molecular Membrane Biology,29, 274-289., 2012
Török, Z., Pilbat A-M., Gombos I., Hocsak, E., Sümegi, B., Horváth, I. & Vígh, L.: Evidence on cholesterol-controlled lipid raft interaction of the small heat shock protein Hspb11., Cellular trafficking of cell stress proteins in health and disease Eds: Henderson, B. & Pockley, A.G. ISBN: 978-94-007-4739-5., 2012
Crul T, Toth N, Piotto S, Literati-Nagy P, Tory K, Haldimann P, Kalmar B, Greensmith L, Torok Z, Balogh G, Gombos I, Campana F, Concilio S, Gallyas F, Nagy G, Berente Z, Gungor B, Peter M, Glatz A, Hunya A, Literati-Nagy Z, Vigh L, Hoogstra-Berends F, Heeres A, Kuipers I, Loen L, Seerden JP, Zhang D, Meijering RA, Henning RH, Brundel BJ, Kampinga HH, Koranyi L, Szilvassy Z, Mandl J, Sumegi B, Febbraio MA, Horvath I, Hooper PL, Vigh L.: Hydroximic Acid derivatives: pleiotropic hsp co-inducers restoring homeostasis and robustness., Curr. Pharm. Des. 19, 309-346, 2013
Zsolt Balogi*, Attila Glatz*, Kata Juhász*, Katalin Jósvay*, Zoltán Hegedűs, Pierre Goloubinoff†, László Vígh*, and Ibolya Horváth*‡: Small heat shock proteins IbpA and IbpB alter the membrane phenotype of Escherichia coli cells, to be submitted, 2013
Torok, Zs., Glatz, A., Pilbat,A-M., Vass,I., Dorogi, M., Nakamoto, H., Vigh, L., Horvath,: The lipid mediated thylakoid association of DnaK2 controls the capacity of PSII repair in UV-B stressed Synechocystis cells., to be submitted, 2013



Back »