 |
Sejtnövekedést és sejthalált meghatározó MAP kináz alapú jelátviteli rendszerek
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
126963 |
| típus |
KKP |
| Vezető kutató |
Reményi Attila |
| magyar cím |
Sejtnövekedést és sejthalált meghatározó MAP kináz alapú jelátviteli rendszerek |
| Angol cím |
Systems level profiling of cell growth and death promoting MAP kinase networks |
| magyar kulcsszavak |
rendszerbiológia, sejtes jelátvitel, fehérje kináz, proteomika, transzkriptomika |
| angol kulcsszavak |
systems biology, signal transduction, potein kinase, proteomics, transcriptomics |
| megadott besorolás |
| Jelátvitel (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 50 % | | Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 25 % | | Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 25 % | | Ortelius tudományág: Enzimológia |
|
| zsűri |
Genetika, Genomika, Bioinformatika és Rendszerbiológia |
| Kutatóhely |
Molekuláris Élettudományi Intézet (HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont) |
| résztvevők |
Albert Krisztián
Alexa Anita Ildikó
Bálint Dániel
Dénes Laura
Egri Péter
Kirsch Klára
Neha Singh
Paál Krisztina
Póti Ádám Levente
Sebő Anna
Sok Péter Dániel
Szarka Eszter
Zeke András
|
| projekt kezdete |
2018-01-01 |
| projekt vége |
2024-03-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
299.345 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
43.82 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Mitogén-aktivált fehérje kinázok (MAPK) minden eukarióta organizmus minden szövettípusában fontos jelátviteli szereppel rendelkeznek. Megváltozott aktivitásuk számos emberi betegség jellemzője, például rák, gyulladás, neurodegeneratív és kardiovaszkuláris betegségek. Az elmúlt ~30 év során kiderült, hogy MAPK-ok egymás működését befolyásolni képes jelátviteli kaszkádok központ elemei. A jelpályákat külső ingerek, pl. növekedési faktorok, stressz, citokinek és morfogének aktiválják. MAPK-oknak négy klasszikus csoportja van (ERK1/2, p38, JNK és ERK5) és tudjuk, hogy bizonyos ingerek főleg melyik MAPK működését befolyásolják. A MAPK közvetített jelátviteli folyamatok kutatása közben azonban nem kapott megfelelő figyelmet az a tény, hogy a négy MAPK csoport a többsejtűség kialakulásától lényegében végig együtt fejlődött. Ezért célul tűztük ki, hogy a MAPK-ok specifikus működését nagyobb jelátviteli hálózatok kontextusában fogjuk vizsgálni, különösen arra fókuszálva, hogy milyen jelátviteli szereppel bírnak a sejtnövekedést és sejthalált meghatározó jelpályákban. A cél érdekében az egyes MAPK-ok működését különböző sejttípusokban fogjuk vizsgálni és munkánk során az ERK1/2, p38, JNK és ERK5 közvetített folyamatok összefüggéseit derítjük fel. A projekten dolgozó kutatók, diákok így kénytelenek lesznek jelátviteli rendszerek, hálózatok szintjén gondolkodni, s elszakadni az egyedi fehérjéktől. Ez pedig egybevág azzal a törekvésemmel, hogy az eredetileg a szerkezeti biokémiai kutatások mentén felépített kutatólaboromat egy olyan modern molekuláris biológiai laborrá fejlesszem, amiben már nagyobb léptékű, rendszer szintű jelátviteli jelenségeket, kérdéseket vizsgálhatunk.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
MAPK jelpályák bekapcsolása kísérletesen sejtmembrán receptorokhoz kötődő faktorok (pl. EGF, TNFα) vagy fizikai stressz (pl. UV fény) alkalmazása révén történik. Ezek azonban nem alkalmasak specifikus MAPK aktivációra, mert ilyen ingerek hatására mind a négy MAPK bekapcsol, persze különböző mértékben és különböző időbeli felfutással, sejttípustól függő módon. Az ilyen nem-specifikus ingerek alkalmazása és a sejtek típusára nem figyelő megközelítések évtizedek óta nehezítik az egyes MAPK-ok szerepének vizsgálatát. Korábbi eredményeinkből kiindulva olyan sejtvonalakat hoztunk létre, melyekben az egyes MAPK-ok tetszés szerint bekapcsolhatók egyedileg és különböző kombinációkban egyaránt. Ezeket a sejteket aztán átfogó karakterizálásnak vethetjük alá, amivel feltérképezhetjük a MAPK-ok által szabályzott, célfehérjékben elhelyezkedő foszfokapcsolókat, illetve foszfoproteomikai és transzkriptomikai profilozás révén vizsgálhatjuk az egyes MAPK-ok hatását kontrollált körülmények között adott sejttípusokban. Ez egy egyedi megközelítés, amire korábbi példát nem ismerünk. Hipotézisünk szerint MAPK-ok a sejt növekedést és sejthalált más alsóbb szintű fehérjékkel alkotott változatos kölcsönhatási mintázataik alapján szabályozzák. Annak ellenére, hogy konkrét hatóanyag-fejlesztés nem része a projektnek, az eredmények megalapozhatnak olyan sejtes teszteket amiket olyan molekulák felfedezésére használhatunk majd fel, amik a patológiás sejtekre jellemző MAPK aktivitás és fehérje kölcsönhatási mintázatok visszaszorítására képesek.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
ERK aktivációnak általános proto-onkogén, míg p38 és JNK ativációnak sejtnövekedést visszaszorító, tumor szupresszor szerepet tulajdonítanak. Ezek valószínűleg túlzó egyszerűsítések. Bár MAPK-ok közismerten fontos közvetítő enzimei a sejtnövekedést és sejthalált kiváltó külső jeleknek, pontosan nem ismerjük, hogy miképp befolyásolják ezeket a folyamatokat. Patológiás esetekben, amikor a MAPK jelpálya egy felsőbb szintű komponense mutálódik és hiperaktivált lesz, akkor ez általában rákhoz vezet. A jelenlegi rák elleni stratégiák a MAPK-ok fölötti enzimek gátlásán alapszanak (pl. EGF receptor, B-RAF az ERK-pályában). Ez talán azért van, mert a MAPK-ok feletti komponenseket egyszerűen jobban ismerjük. A felsőbb szintű komponensek valóban gyakrabban mutálódnak rákban, viszont ez miatt rezisztenciát is könnyebben szereznek egy adott hatóanyagra. Összességében egy alsóbb szintű MAPK esemény gátlása, még akkor is ha a mutációk a felsőbb szintű komponensekben fordulnak elő, előnyösebb lehet, pl. egy alsóbb szintű specifikusabb funkciójú jelátviteli enzim, kromatin vagy gén expresszió szabályozás szintjén. Az alsóbb szinteken ugyanis specifikusabb hatásokat lehetne elérni és a szerzett rezisztencia is kisebb veszélyt jelent. A MAPK aktivációt követő alsóbb szintű események azonban sokkal kevésbé ismertek. Ezek feltárása sokkal nagyobb kihívás, mert valószínűsíthető, hogy MAPK-ok egyedileg és különböző kombinációkban a fehérjék százainak aktivitását módosítják. Talán első hallásra furcsának tűnik, hogy egy ilyen rendszer biológiai szemléletet és technikák alkalmazását feltételező pályázatra egy korábban mechanisztikai biokémiával foglalkozó csoport tesz javaslatot. Pályázatunk versenyképessége azonban pont ebben rejlik. A kísérleti terv ugyanis egy másfél évtizedes a MAPK-ok fehérje-fehérje kölcsönhatásait és komplexeit kutató tapasztalaton nyugszik. Mindezek felett ezt a profil váltást már évek óta tudatosan tervezem, hogy a csoport nemzetközi szinten is még sokáig versenyképes maradjon. Arra számítok ugyanis, hogy a korábbi mechanisztikai munkáink eredményein nyugvó, az adott rendszer biológiai célra tudatosan tervezett sejtvonalak segítségével a MAPK jelátvitel sokkal megbízhatóbban felderíthető.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Testünk sejtjei folyamatosan megújulnak vagy elhalnak. A két folyamat között egy kényes egyensúly áll fenn, ami patológiás esetekben felborul és kontrollálatlan sejtosztódáshoz (pl. rák) vagy sejthalálhoz (pl. krónikus gyulladás) vezet. A sejtjeinkben lévő enzimeket, amik ezeket a folyamatokat szabályozzák kinázoknak hívják. Az utóbbi tizenöt évben a kinázoknak azt a csoportját vizsgáltuk, melyek kimondottan fontosak a sejtnövekedéshez és sejthalálhoz vezető események szabályzásában. Ezeket a kinázokat MAP kinázoknak hívják tudományos nevük alapján, s van köztük, ami a sejtek növekedését, míg mások a sejtek halálát okozzák. Azt gondoljuk, hogy a MAP kinázok működésének a megértéséhez a kulcs abban rejlik, hogy miképp alakítanak ki kölcsönhatásokat más fehérjékkel. Korábbi munkánk alapján nyert ismeretek birtokában olyan „előgyártott” sejteket készítettünk – humán sejtkultúrák módosítása révén, melyekben a MAP kinázok egyesével, kontrollált módon bekapcsolhatók. Ettől a megközelítéstől azt reméljük, hogy korábban még soha nem látott megbízhatósággal és hatékonysággal fogjuk majd azokat a fehérjéket felfedezni, amiknek a működését a MAPK-ok határozzák meg. Közvetve pedig majd olyan sejtes teszteket tervezhetünk, amik alapján a sejtnövekedés és sejthalál közötti egyensúly tetszőleges módon befolyásolható.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Starting from the discovery of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in the late eighties, there have been a great interest in studying these ancient enzymes present across all eukaryotic phyla and in all tissues of metazoans. Deregulation of these pathways can lead to various disorders, such as cancer, inflammation autoimmune, neurodegenerative and cardiovascular diseases. In the last ~30 years it has been established that MAPKs make up interconnected signal transduction cascades activated by external stimuli, such as growth factors, stress, cytokines and morphogens. There are for different classical MAPKs (ERK1/2, p38, JNK and ERK5) and we have learned a great deal on how individual MAPK pathways respond to a given stimulus. However, an important aspect of MAPK mediated signaling has been neglected: the four groups of enzymes have been co-evolving since the dawn of early metazoan evolution. The main goal of this project is to gain insights into the regulation of different MAPKs and thus to explore their specific roles as being part of bigger networks influencing cell growth and death. To meet this challenge, we have to explore the role of individual MAPKs in different cell types and also to focus on the interrelated nature of ERK1/2, p38, JNK and ERK5 mediated signaling. The planned studies will force the involved researchers and students to think at the level of systems and networks, instead of only focusing on single proteins. The project is in line with my recent efforts aimed at developing my structural biochemistry lab into a modern molecular biology lab capable of tackling bigger, systems level questions in cellular signaling.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Cells are treated with extracellular receptor ligands (e.g. EGF, TNFα) or are physically stressed (e.g. UV light) to initiate MAPK pathway activation. These treatments, however, cannot be used to turn on individual MAPKs specifically as they turn on all four canonical MAPK groups, albeit to a different degree and with different kinetics, depending on the cell type. The combination of using promiscuously activating cellular inputs and different cell types to explore individual MAPK-substrate partnerships therefore has been obscuring the systems level understanding of MAPK based networks to date. In order to gain control over specific MAPK pathways we will create “designer cells” in which MAPKs can be selectively turned on – individually as well as in combination. These cells will be used for MAPK controlled phosphoswitch discovery, phosphoproteomics and transcriptomics based profiling, as well as for biological tool development. These later tools will then be used to investigate the dynamic and combinatorial aspects of MAPK based signaling. This is a unique approach which to our knowledge has not been applied yet. Our hypothesis is that MAPKs control cell growth and death by forming distinct protein-protein interaction patterns with downstream effectors. This latter depends on cellular context, thus we need to explore the context-specific regulation of all four MAPK pathways. Despite that no specific drug development activities are planned within this proposal, the results are expected to set the stage for the development of molecules that can re-establish the balance between cell growth and cell death promoting MAPK signaling activities in pathological cell states.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
ERK2 activation has an overall proto-oncogenic role, while p38 and JNK have cell growth restraining, tumor suppressor role. Although MAPKs are well-established as major mediators of cell growth and cell death promoting signals, the current simplistic view on their role in cell fate decisions cannot currently guide us on how to re-establish the balance between cell growth or death in signaling related diseases. Most strategies focus on direct catalytic inhibition of upstream pathway components. This is partly because we know a lot more about the upstream MAPK components as these are more evolutionarily conserved, while downstream components are more divergent because they are mostly mediating the cell type specific effects of MAPK activation. In addition, targeting enzymes upstream of MAPKs often lead to acquired resistance to drugs. This is because the enzymes that are spontaneously mutating in cancer (e.g. EGFR or B-RAF in the ERK pathway) form the basis of the pharmacological targeting strategy. From a general point of view it may be better to target more specifically functioning downstream enzymes, chromatin relevant processes, or transcriptional regulators. These processes, however, have remained mostly unexplored. In our work we will explore the signaling events downstream of MAPKs. This is a bigger challenge, because we expect that MAPK pathways influence the activity of hundreds of other proteins. At first, it may sound unusual that this ambitious research program including so much of systems biology relevant top-down approaches is put forward by a lab formerly experienced only in pursuing bottom-up approaches on the biochemical and structural aspects of MAPK based signaling. The competitiveness of this proposal, however, comes from the fact that its design builds on our detailed knowledge on MAPK mediated protein-protein complexes. In addition, this shift from single proteins to networks has been consciously prepared in the last years in order to stay internationally competitive in the field. I expect that using designer cells specifically tailored to generate robust and specific MAPK activation patterns, downstream phosphorylation and transcription events could be a lot more reliably explored.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Cells in our body constantly renew themselves or die. There is a fine balance between these two processes throughout life. In pathological cellular states, the balance between growth and death is offset, which will lead to unbridled cell proliferation or chronic inflammation, respectively. There are enzymes in the cell which control these processes, called protein kinases. We have been studying how a special group of kinases, called MAP kinases, work. There are several type of these MAP kinase: some are involved in promoting cell growth, while others promote cell death. We believe that the key in understanding how cells decide if they grow or die lies in the way MAP kinases bind to other proteins. Based on our experience coming from fifteen years of research in the field, we have created “designer cells” - modified human cells – in which we can selectively turn on one kinase at a time. We expect that this system can be used to explore how MAP kinases bind to and activate or deactivate proteins that are directly regulating cell growth or death. This new knowledge at hand will be used to set up new, cell-based experimental systems in which the balance between growth and death in pathological cellular states can be re-established by using drugs or their combination.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Gógl G, Kornev AP, Reményi A, Taylor SS.: Disordered Protein Kinase Regions in Regulation of Kinase Domain Cores., Trends in Biochem Sciences, 2019 | | Gógl G, Biri-Kovács B, Durbesson F, Jane P, Nomine Y, Kostmann C, Bilics V, Simon M, Reményi A, Vincentelli R, Trave G, Nyitray L: Rewiring of RSK-PDZ Interactome by Linear Motif Phosphorylation., Journal of Molecular Biology, 2019 | | Gógl G, Kornev AP, Reményi A*, Taylor SS*: Disordered Protein Kinase Regions in Regulation of Kinase Domain Cores., Trends in Biochem Sciences, 2019 | | Parker BW, Gogl G, Bálint M, Hetényi C, Reményi A, Weiss EL: Ndr/Lats Kinases Bind Specific Mob-Family Coactivators through a Conserved and Modular Interface, Biochemistry, 2020 | | Naffa R, Vogel L, Hegedűs L, Pászty K, Tóth S, Kelemen K, Singh N, Reményi A, Kállay E, Cserepes M, Tóvári J, Grusch M, Enyedi Á: P38 MAPK Promotes Migration and Metastatic Activity of BRAF Mutant Melanoma Cells by Inducing Degradation of PMCA4b, Cells, 2020 | | Sok P, Gógl G, Kumar GS, Alexa A, Singh N, Kirsch K, Sebő A, Drahos L, Gáspári Z, Peti W, Reményi A.: MAP Kinase-Mediated Activation of RSK1 and MK2 Substrate Kinases, Structure, 2020 | | Kirsch K, Zeke A, Tőke O, Sok P, Sethi A, Sebő A, Kumar GS, Egri P, Póti ÁL, Gooley P, Peti W, Bento I, Alexa A, Reményi A.: Co-regulation of the transcription controlling ATF2 phosphoswitch by JNK and p38, Nature Communications, 2020 | | Alexa A, Ember O, Szabó I, Mo'ath Y, Póti ÁL, Reményi A, Bánóczi Z.: Peptide Based Inhibitors of Protein Binding to the Mitogen-Activated Protein Kinase Docking Groove, Front Mol Biosci 2021 Jul 1;8:690429, 2021 | | Merő B, Koprivanacz K, Cserkaszky A, Radnai L, Vas V, Kudlik G, Gógl G, Sok P, Póti ÁL, Szeder B, Nyitray L, Reményi A, Geiszt M, Buday L: Characterization of the Intramolecular Interactions and Regulatory Mechanisms of the Scaffold Protein Tks4, Int J Mol Sci 2021 Jul 28;22(15):8103, 2021 | | Alexa A, Sok P, Gross F, Albert K, Kobori E, Póti ÁL, Gógl G, Bento I, Kuang E, Taylor SS, Zhu F, Ciliberto A, Reményi A.: A non-catalytic herpesviral protein reconfigures ERK-RSK signaling by targeting kinase docking systems in the host, Nat Commun. 2022 Jan 25;13(1):472., 2022 | | Singh N, Zeke A, Reményi A: Systematic Discovery of FBXW7-Binding Phosphodegrons Highlights Mitogen-Activated Protein Kinases as Important Regulators of Intracellular Protein Levels, Int J Mol Sci. 2021 Jul 28;22(15):8103, 2022 | | Zeke A, Takács T, Sok P, Németh K, Kirsch K, Egri P, Póti ÁL, Bento I, Tusnády GE, Reményi A.: Structural insights into the pSer/pThr dependent regulation of the SHP2 tyrosine phosphatase in insulin and CD28 signaling, Nat Commun. 2022 Sep 16;13(1):5439, 2022 | | Mohás-Cseh J, Molnár GA, Pap M, Laczy B, Vas T, Kertész M, Németh K, Hetényi C, Csikós O, Tóth GK, Reményi A, Wittmann I: Incorporation of Oxidized Phenylalanine Derivatives into Insulin Signaling Relevant Proteins May Link Oxidative Stress to Signaling Conditions Underlying Chronic Insulin, Biomedicines. 2022 Apr 22;10(5):975., 2022 | | Póti ÁL, Dénes L, Papp K, Bató C, Bánóczi Z, Reményi A, Alexa A: Phosphorylation-Assisted Luciferase Complementation Assay Designed to Monitor Kinase Activity and Kinase-Domain-Mediated Protein-Protein Binding, Int J Mol Sci. 2023 Oct 3;24(19):14854. doi: 10.3390/ijms241914854., 2023 | | Reményi A: Phosphorylation-Based Molecular Switches, Protein Interactions (eds V. Helms and O.V. Kalinina) Wiley pp. 381-400., 2022 | | Zeke A, Alexa A, Reményi A.: Discovery and Characterization of Linear Motif Mediated Protein-Protein Complexes, Adv Exp Med Biol. 3234:59-71, 2024 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
