Nanoskálájú biológiai jelenségek statisztikus fizikai vizsgálata
Angol cím
Statistical physical analysis of nanoscale biological phenomena
magyar kulcsszavak
motorfehérjék, fehérjedinamika, lipid membránok, genetikai robusztusság
angol kulcsszavak
motor proteins, protein dynamics, lipid membranes, genetic robustness
megadott besorolás
Biológiai fizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
zsűri
Genetika, Genomika, Bioinformatika és Rendszerbiológia
Kutatóhely
Biológiai Fizika Tanszék (Eötvös Loránd Tudományegyetem)
projekt kezdete
2012-04-01
projekt vége
2017-03-31
aktuális összeg (MFt)
11.975
FTE (kutatóév egyenérték)
2.50
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A tervezett kutatás az elméleti biológiai fizika következő négy területe köré csoportosul: - A kinezin nevű motorfehérje működési mechanizmusának megértése számos alapvetően különböző kísérleti elrendezés in silico reprodukálásán keresztül; valamint a fehérjedoméneket összekötő flexibilis peptidláncok szerepének feltárása részben rendezetlen fehérjékben. - Fehérjék belső súrlódásának jellemzése és fizikai eredetének kiderítése molekuladinamikai szimulációk segítségével; valamint a kapott eredmények értelmezése egyszerűbb fenomenologikus modellek segítségével. - Liposzómák szilárd felületek mentén történő kiszakadási és kiterülési folyamatának feltárása; valamint hidrodinamikai erőkkel mozgatott membránok viselkedésének meghatározása felületi nanostruktúrák közelében. - A genetikai és környezeti robusztusság korrelációjának meghatározása különböző molekuláris fenotípusokra, és a várható korreláció jellemzése; majd a genotípus-fenotípus leképezés vizsgálatának kiterjesztése molekuláris szintű fenotípusokról rendszerszintű fenotípusokra.
angol összefoglaló
The proposed research is focused on the following four topics of the theoretical biological physics: - The understanding of the walking mechanism of the kinesin motor protein through the in silico reproduction of several markedly different experimental scenarios; and uncovering the role of the flexible peptide chains that connect distinct protein domains in partially disordered proteins. - The characterization of the internal friction of proteins, and the investigation of its physical origin using molecular dynamics simulations; as well as the interpretation of the obtained results in terms of simpler phenomenological models. - The understanding of the rupture and subsequent spreading of liposomes along solid surfaces; and determining the behavior of hydrodynamically driven membranes near surface nanostructures. - The investigation of the correlation between the genetic and environmental robustness for various molecular phenotypes, and the characterization of the expected correlation with mutational temperature; and then the extension of the investigations from molecular phenotypes to system level phenotypes.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A kinezin nevű motorfehérjének kidolgoztuk egy olyan kinetikai modelljét amely egyszerre képes reprodukálni az utóbbi néhány évtized szinte összes kísérleti eredményét.
Molekuladinamikai szimulációk segítségével kimértük a fehérjék belső súrlódását, elméleti modelljeinkkel pedig feltártuk a belső súrlódás okait és tulajdonságait.
Leírtuk a szilárd felületre kitapadó liposzómák kiszakadásának dinamikáját, amely mind orvosi, mind biotechnológia szempontból jelentős folyamat.
Megmutattuk, hogy egy oszcilláló kémiai reakció segítségével hogyan lehet zsírsavcseppeket autonóm módon osztódásra kényszeríteni, és ezzel mesterségesen előidézni egy sejtosztódáshoz hasonló jelenséget.
A mutációs hőmérséklet bevezetésével kvantitatív kapcsolatot teremtettünk a genetikai és környezeti robusztusság között.
Rávilágítottunk arra, hogy a rák elleni védekezés az evolúciós hajtóereje a szöveti megújulás hierarchikus szerveződésének. A hierarchikus szöveti struktúra képes a megújuló szövetekben alacsony szinten tartani a sejtosztódások számát és így a mutációk felhalmozódásának ütemét.
kutatási eredmények (angolul)
We have developed a kinetic model of kinesin that can simultaneously reproduce most of the experimental results of the past decade.
Using molecular dynamics simulations we have described the internal friction of proteins, and with our theoretical models we have uncovered the origin and the properties of internal friction.
We have described the rupture of liposomes along solid surfaces. This process has great medical and biotechnological relevance.
We have shown how oscillating chemical reactions can induce the self-division of fatty acid droplets, thereby artificially mimicking cell divisions.
By introducing the mutational temperature we have provided a quantitative relationship between genetic and environmental robustness.
We have shown that one of the main evolutionary driving forces behind the hierarchical organization of self-renewing tissues is the prevention of cancer. Hierarchical tissue organization is able to minimize the number of cell divisions and the accumulation of mutations in self-renewing tissues.
Derényi Imre, Szöllősi Gergely: A hierarchikus sejtdifferenciálódás szerepe a mutációk felhalmozódásának és a rák kockázatának minimalizálásában, MAGYAR TUDOMÁNY 2016: (1) 80-83, 2016
I Derényi, G J Szöllősi: Hierarchical tissue organization provides near ideal ability to limit the somatic mutational load, Proc Natl Acad Sci USA 2016: ismeretlen, 2016
Rauscher A, Derenyi I, Graf L, Malnasi-Csizmadia A: Internal friction in enzyme reactions., IUBMB LIFE 65: (1) 35-42, 2013
Takáts-Nyeste A, Derényi I: The rupture of lipid vesicles near solid surfaces, Phys. Rev. Lett. (közlésre elküldve), 2014
Orgován N, Rauscher A, Málnási-Csizmadia A, Derényi Imre: A minimal model of the internal friction of proteins based on two elastically coupled reaction coordinates, Phys. Rev. Lett. (közlésre elküldve), 2014
Derényi I, Szöllosi GJ: Effective temperature of mutations, PHYS REV LETT 114: (5) , 2015
Derényi I, Lagzi I: Fatty acid droplet self-division driven by a chemical reaction, PHYS CHEM CHEM PHYS 16: (10) 4639-4641, 2014
Orgován N, Rauscher A, Málnási-Csizmadia A, Derényi I: Viscosity dependence of passage through a fluctuating bottleneck, J CHEM PHYS 141: (21) , 2014
Takáts-Nyeste A, Derényi I: Rupture of lipid vesicles near solid surfaces, PHYS REV E STAT NONLIN 90: (5) , 2014
Takáts-Nyeste Annamária, Derényi Imre: Development of Hat-Shaped Liposomes on Solid Supports, LANGMUIR 30: (50) 15261-15265, 2014
Derényi I, Lagzi I: Fatty acid droplet self-division driven by a chemical reaction, PHYS CHEM CHEM PHYS 16: (10) 4639-4641, 2014
Rauscher A, Derenyi I, Graf L, Malnasi-Csizmadia A: Internal friction in enzyme reactions., IUBMB LIFE 65: (1) 35-42, 2013
I Derényi, A Takáts-Nyeste: Pore formation along the contact line of surface-adhered liposomes, J PHYS CONDENS MAT 2017: ismeretlen, 2017
I Derényi, G J Szöllősi: Hierarchical tissue organization as a general mechanism to limit the accumulation of somatic mutations, NAT COMMUN 8:, 2017
N Orgován, A Rauscher, A Málnási-Csizmadia, I Derényi: A minimal model of the internal friction of proteins based on two elastically coupled reaction coordinates, NEW J PHYS -: ismeretlen, 2017
