 |
A GPXL3 szerepe az ER-t érintő stressz válaszokban
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
131884 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Bela Krisztina |
| magyar cím |
A GPXL3 szerepe az ER-t érintő stressz válaszokban |
| Angol cím |
Role of GPXL3 in ER-related stress responses |
| magyar kulcsszavak |
ER, GPXL3, környezeti stressz, lúdfű, repce |
| angol kulcsszavak |
Arabidopsis thaliana, Brassica napus, environmental stress, ER, GPXL3 |
| megadott besorolás |
| Termesztett növények élettana (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 40 % | | Ortelius tudományág: Másodlagos metabolitok (Növényfiziológia) | | Növényi biotechnológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 40 % | | Növényi stresszbiológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 20 % |
|
| zsűri |
Növénytermesztés, állattenyésztés |
| Kutatóhely |
Növénybiológiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem) |
| projekt kezdete |
2019-12-01 |
| projekt vége |
2023-09-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
23.260 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.20 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A fehérjék megfelelő térszerkezetének kialakítása kulcsfontosságú folyamat az endoplazmatikus retikulumban (ER) normál fiziológiás körülmények között és stresszhatás során is. Az Arabidopsisban található GPXL3 enzimnek feltételezhetően fontos szerepe van a fehérjéken belüli diszulfid hidak létrehozásában akár közvetlenül oxidoreduktáz enzimként funkcionálva akár protein diszulfid izomerázokkal (PDI) való kölcsönhatásán keresztül. Számos fontos fehérje működését befolyásolja a diszulfid hidak által meghatározott megfelelő térszerkezet, így AtGPXL3 fehérje hiányában a folyamat sérül és nem megfelelő térszerkezetű fehérjék felhalmozódásához (UPR, unfolded protein response) vezethet. A kutatás legfontosabb célja az AtGPXL3 és az ER stressz közötti kapcsolat tanulmányozása Arabidopsisban vad típusú (Col-0) valamint az AtGPXL3 T-DNS inszerciós mutánsok (Atgpxl3) továbbá a repcében található ortológ, a BnGPXL3 vizsgálatával. Eddigi ismereteink szerint a BnGPXL3-t még nem vizsgálták részletesen, azonban a lúdfűn végzett lokalizációs kísérletek fényében az ER- és környezeti stresszválaszokban szintén fontos szerepet tölthet be.
Legfontosabb céljaink:
- Az AtGPXL3 szerepének vizsgálata ER stressz során. Kísérleteinket génexpressziós, fehérje, valamint degradációs folyamatok monitorozásának szintjén is végeznénk, különböző ER stresszt kiváltó vagy -gátló szereket (ditiotreitol, tunikamicin, fenolvajsav, L-azetidin-2-karboxilsav), valamint polietilén glikol ozmotikumot (PEG) használva
- AtGPXL3 ortológ fehérje sejten belüli lokalizációjának meghatározása repcében
- BnGPXL3 szerepének vizsgálata ER stressz során különböző kezeléseket használva
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.
Az endoplazmatikus reticulum-ban (ER-ben) a diszulfidkötések létrehozásában egy két enzim csoportból álló diszulfid-relé rendszer felelős, melynek tagjai az oxidoreduktázok és a carrier fehérjék. Az Arabidopsis GPXL3 transzmembrán fehérje bizonyítottan az ER-ben található, és oxidoreduktázként funkcionálhat az oxidatív fehérje folding folyamatában. A növényekben az ER lokalizált GPXL és az ER stressz közötti kapcsolatot eddig kevéssé vizsgálták. Emlősök esetében bizonyított, hogy a GPX1 szerepet játszik a protein foldingban és képes a UPR (unfolded protein response) megakadályozására, de hasonló folyamatra növényekben nincs bizonyíték. Kísérleteink várhatóan segítenek feltárni a GPXL3 enzim, az ER-kapcsolt oxidatív fehérje folding, valamint a növényi ER stressz válaszok közötti kapcsolatot.
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!
Az endoplazmatikus retikulum (ER) homeosztázisának megzavarása hibás térszerkezetű fehérjék felhalmozódásához vezet. Az ER oxidoreduktáz kapacitása nélkül a fehérjék foldingja túl lassú lenne, amely nem megfelelő térszerkezet kialakulásához, valamint a fehérjék aggregációjához vezetne. Az emlősök esetében jól ismert, hogy a hibás szerkezetű fehérjék felhalmozódása komoly következményekkel jár: a humán neuronális betegségek, mint például a Parkinson-kór, az Alzheimer-kór és a prionbetegség, valamint a szív-érrendszeri betegségek esetében is ez a folyamat áll a háttérben. Ezen folyamatok ellensúlyozása, javítása érdekében az élőlények egy evolúciósan konzervált jelátviteli utat fejlesztettek ki, amelyet UPR (unfolded proteinn response) néven ismerünk, amelynek elsődleges célja az ER homeosztázis helyreállítása. A növényekben az ER-stresszt különböző környezeti tényezők okozhatják, mint például a szárazság, a sóstressz vagy patogének.
A GPXL3 transzmembrán fehérjének az ER-ben rendkívül fontos szerepe lehet a fehérjék térszerkezetének kialakításában, mint oxidoreduktáz enzim. Az emlős ER-ben levő GPX1 enzim képes elnyomni az UPR-t, a GPX1 hiánya fokozott ER-stresszhez és apoptózishoz vezetett. Azonban a növényekben a GPXL-ek és az ER-stressz közötti kapcsolatot kevéssé vizsgálták, eddig nincs bizonyíték hasonló folyamatra. Növényekben az ER stressz és az UPR elemeinek, például az általunk választott GPXL3 szerepének megértése közelebb hozhat minket a stressztűrő képesség javításához.
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.
Az endoplazmatikus retikulum (ER) az eukarióta élőlények több szempontból is kulcsfontosságú sejtorganelluma. Többek között itt történik a membránlokalizált és a szekretált (kiválasztott) fehérjék összeszerelődése és a megfelelő térszerkezetük kialakítása. A megfelelő térszerkezet nélkülözhetetlen a fehérjék irányított transzportjához és a funkciójuk betöltéséhez. A térszerkezetet úgynevezett diszulfid hidak is stabilizálhatják, melyek létrehozásában olyan enzimcsaládok segítenek mint például az ER oxidoreduktázok, protein diszulfid izomerázok, vagy az általunk vizsgálni kívánt glutation peroxidáz-szerű enzim is (GPXL3). Bizonyos élettani helyzetekben a nem megfelelő szerkezetű fehérjék felhalmozódnak (ER stressz), mely folyamat emberben olyan ismert betegségek során is meghatározó mint a Parkinson- vagy az Alzheimer-kór. Növényekben különböző környezeti hatások, pl. a szárazság, sóstressz, vagy patogén támadások válthatnak ki ER stresszt. Ennek kiküszöbölésére indul meg egy válaszreakció (unfolded protein response, UPR), mely a megfelelő térszerkezet kialakítását elősegítő, vagy a hibás fehérjék eltávolítását végző komponensek aktivációját segíti.
Kutatásunk során a lúdfűben és a repcében lévő GPXL3 enzim és a fehérjék megfelelő térszerkezetének kialakításának folyamata, illetve az ER stressz kapcsolatát vizsgálnánk. A lúdfű egy jól vizsgálható laboratóriumi modellnövény, rokona, a repce pedig jelentős olaj-haszonnövényünk. A környezeti stressz (mint például a repce esetében nagy károkat okozó szárazság) során kialakuló másodlagos ER stressz, illetve a folyamat egyes elemeinek megismerése közelebb vihet minket termesztett növényünk toleranciájának javításához.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Maintenance of the correct folding of nascent proteins in the ER is one of the key processes during normal life conditions and also under environmental stresses. It was suggested that Arabidopsis GPXL3 may have an important role in protein disulphide formation as direct oxidoreductase or via the interaction with protein disulphide izomerases (PDI). The functions of many important proteins depend on correct disulphide formation, so lack of AtGPXL3 enzyme could lead to disturbance in the folding machinery, therefore inducing unfolded protein response (UPR). Our main aim is the investigation of the relationship between the AtGPXL3 and the ER stress using Arabidopsis thaliana Col-0 wild type and Atgpxl3 knockout mutants. Moreover, role of the orthologue BnGPXL3 protein in ER stress and under environmental stress will be also investigated. As far as we know, BnGPXL3 have not been investigated before, but in the light of the earlier localisation results conducted in Arabidopsis thaliana, is may have function in protein folding in the ER.
Main goals of this research are:
- Investigation of the role of AtGPXL3 in ER stress, monitoring on gene expression (by quantitative real-time PCR) and protein levels (measuring enzyme activities, Western-blot analysis) and by determination of ROS levels, proteasome activity, protein oxidation after applying different chemical agents (dithiothreitol, tunicamycin, 4-phenylbutyrate, L-azetidine-2-carboxylic acid) and osmotic stress, causing or inhibiting ER stress.
- Determination of the subcellular localisation of the AtGPXL3 orthologue protein in Brassica napus.
- Examination of the role of BnGPXL3 in ER stress using different treatments.
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.
In the endoplasmic reticulum (ER) disulphide bonds are usually introduced by a disulphide relay system consisting of two enzyme categories: oxidoreductases and carrier proteins. Arabidopsis GPXL3 transmembrane protein is proved to be localised in the ER, and it may act as an oxidoreductase in oxidative protein folding. In plants the connection between ER-localised GPXL and ER stress is poorly investigated, there is no evidence for similar processes what was proved in mammalians, that GPX1 able to suppress the unfolded protein response. We expect that our results will help to reveal the connection between GPXL3 and ER-related oxidative protein folding and plant stress responses.
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.
Disruption of endoplasmic reticulum (ER) homeostasis results in accumulation of misfolded or unfolded proteins. Without oxidoreductase capacity in the ER, protein folding would be too slow and prone to disaster, with abundant aggregation and degradation favored. It is well known in case of mammalians, that disorders in the process of folding machinery has serious consequnces: it is suggested to be involved in some human neuronal diseases, such as Parkinson's disease, Alzheimer's and prion disease, as well as cardiovascular disorders. To overcome the imbalanced ER protein-folding capacity, cells have evolved an evolutionary conserved signal transduction pathway called UPR and whose primary aim is to re-establish ER homeostasis. In plants, ER stress is caused by different environmental factors, like drought, salinity, or pathogens.
GPXL3 transmembrane protein in the ER may have a key role in oxidative protein folding. In mammalian, GPX1 enzyme in the ER able to suppress the UPR, lack of GPX1 enhanced ER stress and led to apoptosis. However, in plants the connection between GPXLs and ER stress is poorly investigated, there is no evidence for similar process until now. Understanding the function of the elements of the process of ER stress and UPR could bring us closer to enhance stress tolerance of plants.
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.
The endoplasmic reticulum (ER) is an important subcellular organell in many aspects of eukaryotic organisms. Among other things, the assembly and correct folding of membrane- and secreted proteins takes place in ER. The right protein structure is essential for the direct transport and functions of proteins. The protein structure can also be stabilized by so-called disulphide bridges, which are created by enzyme families such as ER oxidoreductases, protein disulphide isomerases, or glutathione peroxidase-like enzymes (GPXL3). Under unfavourable physiological situations, proteins with inadequate structure accumulate (ER stress), this process also happens in human diseases such as Parkinson's or Alzheimer's. In case of plants, different environmental effects, like drought, salt stress, or pathogenic attacks can trigger ER stress. To overcome this, an unfolded protein response (UPR) is initiated, which aids the activation of components that promote the formation of the correct protein structure or degradation of misfolded proteins.
In our research, we would like to investigate the relationships between GPXL3 enzyme, protein folding and ER stress in Arabidopsis and oilrape. Arabidopsis is a well-known and easy-to-use laboratory model plant, and the relative oilrape is a significant oil crop in Hungary. Understanding the elements of the process of ER stress during environmental stresses (such as drought that can cause serious damage to oilrape) can bring us closer to improve the tolerance of our cultivated plant.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Zalán Czékus, Dávid Milodanovic, Péter Koprivanacz, Krisztina Bela, María F. López-Climent, Aurelio Gómez-Cadenas, Péter Poór: The role of salicylic acid on glutathione metabolism under endoplasmic reticulum stress in tomato, Plant Physiology and Biochemistry, Volume 205, 10819, 2023 | | Bela Krisztina, Riyazuddin Riyazuddin, Horváth Edit, Hajnal Ádám, Gallé Ágnes, Bangash Sajid Ali Khan, Csiszár Jolán: A növényi glutation-peroxidáz-szerű enzimek szerepe az oxidatív stresszválaszban, In: Poór, Péter; Mézes, Miklós; Blázovics, Anna (szerk.) Oxidatív stressz és antioxidáns védekezés a növényvilágtól a klinikumig, Magyar Szabgyök-Kutató Társaság (2020) pp. 12-19., 2020 | | Edit Horváth, Kitti Kulman, Krisztina Bela, Riyazuddin Riyazuddin, Ágnes Gallé, Jolán Csiszár: Mutation of glutathione transferase tau 19 (AtGSTU19) altered salicylic acid response in Arabidopsis seedlings, In: Baltic redox workshop Greifswald, (2020) p. 64., 2020 | | Krisztina Bela, Riyazuddin Riyazuddin, Dávid Milodanovic, Edit Horváth, Ádám Hajnal, Ágnes Gallé, Jolán Csiszár: Detection of the in vivo redox state of Atgpxl2 and -3 mutant seedlings, using roGFP2 redox probe, In: Baltic redox workshop Greifswald, (2020) p. 60., 2020 | | Ádám Hajnal, Jolán Csiszár, Krisztina Bela, Edit Horváth, Nóra Faragó, László Puskás, Ágnes Gallé: The connection between glutathione transferases and redox state – a comparative analysis of two tomato cultivars, In: Plant Biology Europe 2021 Abstract Book, (2021) p. 288., 2021 | | Ágnes Gallé, Krisztina Bela, Ádám Hajnal, Nóra Faragó, Edit Horváth, Mátyás Horváth, László Puskás, Jolán Csiszár: Crosstalk between the redox signalling and the detoxification: GSTs under redox control?, PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 169: 149-159, 2021 | | Bela K, Milodanovic D, Riyazuddin R, Farkas A, Lkhagvadorj O, Horváth E, Gallé Á, Bangash SAK, Poór P, Csiszár J: Van-e az AtGPXL3-nak szerepe az ER stresszválaszban?, In: Györgyey, János (szerk.) XIII. Magyar Növénybiológiai Kongresszus, Szegedi Biológiai Kutatóközpont (2021) p. 60., 2021 | | Csiszár J, Gallé Á, Horváth E, Bela K, Hajnal ÁB, Erdei L, Tari I, Fehér A: A stresszválaszok és redox folyamatok fiziológiai és molekuláris vizsgálatai az SZTE Növénybiológiai Tanszéken, In: Györgyey, János (szerk.) XIII. Magyar Növénybiológiai Kongresszus, Szegedi Biológiai Kutatóközpont (2021) p. 40., 2021 | | Edit Horváth, Kitti Kulman, Marcell Gaál, Krisztina Bela, Ádám Hajnal, Jolán Csiszár: Salt stress response of tomato cultivars: focussing on glutathione and related processes, In: Plant Biology Europe 2021 Abstract Book, (2021) p. 156., 2021 | | Horváth E, Bela K, Hajnal Á, Feigl G, Kulman K, Gaál M, Csiszár J: Paradicsom fajták sóstressz válaszának összehasonlító vizsgálata, In: Györgyey, János (szerk.) XIII. Magyar Növénybiológiai Kongresszus, Szegedi Biológiai Kutatóközpont (2021) p. 65., 2021 | | Jolán Csiszár, Krisztina Bela, Ádám Hajnal, Edit Horváth, Nóra Faragó, László Puskás, Ágnes Gallé: Glutathione transferases in roots as antioxidants and redox modulators, In: Plant Biology Europe 2021 Abstract Book, (2021) p. 278., 2021 | | Krisztina Bela, Dávid Milodanovic, Riyazuddin Riyazuddin, Anna Farkas, Edit Horváth, Ágnes Gallé, Sajid Ali Khan Bangash, Péter Poór, Jolán Csiszár: ER stress response of Atgpxl3 plants, In: Plant Biology Europe 2021 Abstract Book, (2021) p. 241., 2021 | | Riyazuddin Riyazuddin, Krisztina Bela, Edit Horváth, Péter Poór, Ágnes Szepesi, Gábor Rigó, László Szabados, Attila Fehér, Jolán Csiszár: Involvement of the membrane localised Arabidopsis glutathione peroxidase-like isoenzymes-5 (AtGPXL5) in ethylene signaling, In: Hagymási, Krisztina; Poór, Péter (szerk.) A Magyar Szabadgyök-Kutató Társaság XI. Kongresszusa, PROGRAM ÉS ÖSSZEFOGLALÓK, (2021) p. 18., 2021 | | Riyazuddin Riyazuddin, Krisztina Bela, Edit Horváth, Péter Poór, Ágnes Szepesi, Gábor Rigó, László Szabados, Attila Fehér, Jolán Csiszár: Crosstalk between the membrane localised Arabidopsis glutathione peroxidase-like isoenzymes-5 (AtGPXL5) and ethylene signaling, In: Györgyey, János (szerk.) XIII. Magyar Növénybiológiai Kongresszus, Szegedi Biológiai Kutatóközpont (2021) p. 36., 2021 | | Bela Krisztina, Riyazuddin Riyazuddin, Csiszár Jolán: Plant Glutathione Peroxidases: Non-Heme Peroxidases with Large Functional Flexibility as a Core Component of ROS-Processing Mechanisms and Signalling, ANTIOXIDANTS 11: (8) p. 1624., 2022 | | Riyazuddin Riyazuddin, Bela Krisztina, Poór Péter, Szepesi Ágnes, Horváth Edit, Rigó Gábor, Szabados László, Fehér Attila, Csiszár Jolán: Crosstalk between the Arabidopsis Glutathione Peroxidase-Like 5 Isoenzyme (AtGPXL5) and Ethylene, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 23: (10) 5749, 2022 | | Gallé Ágnes, Bela Krisztina, Hajnal Ádám, Faragó Nóra, Horváth Edit, Horváth Mátyás, Puskás László, Csiszár Jolán: Crosstalk between the redox signalling and the detoxification: GSTs under redox control?, PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY 169: pp. 149-159., 2021 | | Riyazuddin Riyazuddin, Bela Krisztina, Poór Péter, Szepesi Ágnes, Horváth Edit, Rigó Gábor, Szabados László, Fehér Attila, Csiszár Jolán: Crosstalk between the Arabidopsis Glutathione Peroxidase-Like 5 Isoenzyme (AtGPXL5) and Ethylene, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 23: (10) 5749, 2022 | | Bela Krisztina, Riyazuddin Riyazuddin, Csiszár Jolán: Plant Glutathione Peroxidases: Non-Heme Peroxidases with Large Functional Flexibility as a Core Component of ROS-Processing Mechanisms and Signalling, ANTIOXIDANTS 11: (8) p. 1624., 2022 | | Csiszár Jolán, Bela Krisztina, Horváth Edit, Gallé Ágnes, Hajnal Ádám, Tompa Bernát, Dobai Dóra, Riyazuddin Riyazuddin, Ayaydin Ferhan, Rigó Gábor, Szabados László, Fehér Attila: From stress physiology to molecular biology: Glutathione and glutathione related enzymes as key antioxidants and redox signalling compounds, , 2023 | | Csiszár Jolán, Bela Krisztina, Riyazuddin Riyazuddin, Farkas Anna, Milodanovic Dávid, Szepesi Ágnes, Horváth Edit, Szabados László, Rigó Gábor, Fehér Attila: Arabidopsis glutathione peroxidase-like enzymes: Non-heme ROS scavengers in the signal transduction network connect redox regulation to plant development, In: Christophe, ROBAGLIA; Cécile, LECAMPION; Thomas, DELCOURT; Alexandra, MARAVAL (szerk.) Plant Biology Europe 2023, (2023) p. 150., 2023 | | Horváth Edit, Bela Krisztina, Kulman Kitti, Faragó Nóra, Riyazuddin Riyazuddin, Gallé Ágnes, Puskás László G., Csiszár Jolán: Glutathione Transferases are Involved in Salicylic Acid-Induced Transcriptional Reprogramming, JOURNAL OF PLANT GROWTH REGULATION 42: (7) pp. 4497-4510., 2023 | | Jolán Csiszár, Riyazuddin Riyazuddin, Ágnes Szepesi, Anna Farkas, Dávid Milodanovic, Edit Horváth, Péter Poór, Katalin Gémes, László Szabados, Gábor Rigó, Attila Fehér, Krisztina Bela: Polyamines in Arabidopsis glutathione peroxidase mutants: Function as antioxidants or growth regulators?, In: 3rd Plant Polyamine Research Workshop. Program and Abstracts., (2023) p. 22., 2023 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
