Az aktin kölcsönhatása aktin-kötő fehérjékkel és peptidekkel: fluoreszcencia spektroszkópiai vizsgálatok
Angol cím
The Interaction of Actin with Actin-Binding Proteins and Peptides as Revealed by Spectroscopic Methods
magyar kulcsszavak
Fluoreszcencia spektroszkópia, fehérje dinamika és konformáció, aktin, aktin-kötő fehérjék
angol kulcsszavak
Fluorescence spectroscopy, protein conformation and dynamics, actin, actin-binding proteins
megadott besorolás
Biofizika (pl. transzport-mechanizmusok, bioenergetika, fluoreszcencia) (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
90 %
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
10 %
zsűri
Molekuláris és Szerkezeti Biológia, Biokémia
Kutatóhely
Biofizikai Intézet (Pécsi Tudományegyetem)
résztvevők
Bódis Emoke Bugyi Beáta Halasi Szulamit Halidi Nadia Lőrinczy Dénes Márton Orbán József Papp Gábor Pozsonyi Kinga Ujfalusi Zoltán Visegrády Balázs
projekt kezdete
2006-02-01
projekt vége
2010-01-31
aktuális összeg (MFt)
19.296
FTE (kutatóév egyenérték)
15.60
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
Az aktin filamentumok megfelelő működése elengedhetetlen az elő sejtekben lejátszódó folyamatok szempontjából. A citoszkeletális aktin át- és újraszerveződése rendkívül fontos a sejtmozgás, az endocitózis, a fagocitózis és a citokinézis megszervezésében. Ahhoz, hogy az említett folyamatokban hatékonyan részt tudjon venni, az aktin filamentális rendszernek dinamikus hálózatként kell viselkednie, amely a sejtbeli igényekhez gyorsan képes adaptálódni. Az aktin citoszkeleton szerveződését számos jelátviteli folyamat kontrolálja. Éppen ezért fontos, hogy az aktin „érzékelje” a környezetében beállt változásokat és annak megfelelően változtassa saját szerkezeti és dinamikai tulajdonságait. Ahogy az aktin filamentum sejtbeli funkciója szerteágazó, az adaptálódás mindig az aktuális mikrokörnyezethez történik. Aktin-kötő fehérjékkel és peptidekkel kapcsolatban érdekes jelenség a filamentum mentén megjelenő kooperativitás. Gyakori jelenség, amikor az aktin-kötő fehérjék és peptidek szub-sztöchiometrikus feltételek mellett, pl. a kötési arány sokkal kevesebb, mint 1:1, kötődnek az aktinhoz, mégis megfigyelhető változásokat indukálnak végig az aktin filamentum mentén. A filamentumot kötő ligandumok kooperativitásának szerepe még máig sem tisztázott. Célunk, hogy biofizikiai módszerek alkalmazásával jellemezzük az aktin monomer konformációját, az aktin filamentum flexibilitását és kooperativitását megfelelő in vitro modell rendszerekben. Céljaink megvalósításához kísérletes módszerek széles skáláját tervezzük használni, mint „steady-state” és időfüggő fluoreszcencia spektroszkópia, elektron paramágneses rezonancia spektroszkópia és differenciál pásztázó kalorimetria. Emellett alkalmazunk fehérjemodellezési és szimulációs technikákat a kísérletes eredmények alátámasztásához. Terveink megvalósulása esetén közelebb kerülünk az aktin konformációs változásainak és intramolekuláris mechanizmusának megértéséhez, amely fontos szerepet játszik a biológiai funkció megfelelő működésében.
angol összefoglaló
The proper function of actin filaments is required in vivo for many cellular processes. The reorganisation of the actin cytoskeleton is important in cell motility, endocytosis, phagocytosis and cytokinesis. To fulfil the requirements proposed by these molecular mechanisms the actin filament network must be a dynamic network which can response quickly to new situations. The remodelling of the actin cytoskeleton is controlled by multiple signalling pathways. Our hypothesis is based on the assumption that the dynamic properties and the conformation of the actin filament should also adapt to its biological function. It is therefore essential that actin filaments sense the changes in this environment, and change their conformation accordingly. In our hypothesis an interesting phenomena observed with actin filaments and actin-binding proteins or peptides, the cooperativity along the actin filaments, could also be an important element of the adaptation of actin. It is often observed, that actin-binding protein or peptide partners induce changes on the actin filament in sub-stoichiometric binding conditions, i.e. when the binding ratio is much less than 1:1. The biological function of the cooperativity of actin filaments is not known yet. Our aim is still to carry out biophysical experiments to characterise the conformation of actin monomers, and the flexibility and cooperativity of actin filaments in appropriately modelled in vitro systems. To achieve our aims we will use a wide range of experimental methods involving steady-state and time correlated fluorescence spectroscopic, electron paramagnetic resonance and differential scanning calorimetric applications. We will also apply protein modelling and simulations to interpret the experimental observations. The results of the proposed project can bring us closer to fully understand the conformational changes and intramolecular mechanisms which play critical role in the biological function of actin.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Az OTKA K60968 pályázat keretei között az eredeti terveinknek megfelelően tanulmányoztuk az aktin monomereknek és filamentumoknak más fehérjékkel és peptidekkel való kölcsönhatásait. A kutatások során elsősorban fluoreszcencia spektroszkópiai módszereket alkalmaztunk, de az adott kérdéskörtől függően ezen módszerek eredményeit kiegészítettük elektron paramágneses rezonancia spektroszkópiai és kalorimetriai vizsgálatokkal is. Részletes vizsgálatokban jellemeztük az aktin filamentumoknak a forminokkal való kölcsönhatását, és megállapítottuk, hogy a forminok kötődésével a filamentumok szerkezete lazábbá válik. Azt is megfigyeltük, hogy a forminok által kiváltott konformációs módosulásokat a tropomiozin vagy a miozin kötődése megszünteti. Tanulmányoztunk és leírtunk továbbá egy eddig nem jellemzett formin családot, a DAAM forminokat. Ezen vizsgálataink mellett jellemeztük és értelmeztük az aktinnak a kölcsönhatását egyes mérgező toxinokkal, valamint új megfigyeléseket tettünk az aktin-miozin kölcsönhatás szerkezeti és kinetikai sajátságait illetően is.
kutatási eredmények (angolul)
According to the project plans we have studied the interactions between actin monomers / filaments and actin binding proteins and peptides. In these investigations we applied fluorescence spectroscopic methods, in conjunction with electron paramagnetic resonance and calorimetric assays. We described in details the interaction between actin filaments and formin, and found that the binding of formins made the actin filaments ore flexible. We also observed that the formin induced conformational changes were reversed by the binding of tropomyosin or myosin. We studied and described a novel formin family, the DAAM formins. Furthermore, we described the interactions between actin and toxic actin-binding peptides, and also characterised the interactions of myosin with actin in terms of the conformational and kinetic properties.
Nyitrai M; Rossi R; Adamek N; Pellegrino MA; Bottinelli R; Geeves MA: What Limits the Velocity of Fast-Skeletal Muscle Contraction in Mammals?, J Mol Biol 355(3): 432-442, 2006
Herm-Götz A; Delbac F; Weiss S; Nyitrai M; Stratmann R; Tomavo S; Sibley LD; Geeves MA; Soldati D: Functional and biophysical analyses of the class XIV Toxoplasma gondii Myosin D, J Muscle Res and Cell Motil 27(2): 139-151, 2006
Papp G; Bugyi B; Ujfalusi Z; Barkó Sz; Hild G; Somogyi B; Nyitrai M: Conformational Changes in Actin Filaments Induced by Formin Binding to the Barbed End, Biophys J 91(7): 2564-2572, 2006
Miller BM; Bloemink MJ; Nyitrai M; Bernstein SI; Geeves MA: A Variable Domain near the ATP-Binding Site in Drosophila Muscle Myosin Is Part of the Communication Pathway between the Nucleotide and Actin-binding Sites, J Mol Biol 368(4): 1051-66, 2007
Kardos R; Vig A; Orbán J; Hild G; Nyitrai M; Lőrinczy D: The Effect of Jasplakinolide on the Thermodynamic Properties of BeFx Bound Actin Filaments, Thermochim Acta 463: 77-80, 2007
Orbán J; Lőrinczy D; Nyitrai M; Hild G: Nucleotide Dependent Differences between the alpha-skeletal and alpha-cardiac Actin Isoforms, Biochem Biophys Res Comm 368(3): 696-702, 2008
Orbán J; Lőrinczy D; Hild G; Nyitrai M: Non-Cooperative Stabilization Effect of Phalloidin on ADP.BeFx- and ADP.AlF4-Actin Filaments, Biochemistry 47(15): 4530-4534, 2008
Ujfalusi Z; Vig A; Hild G; Nyitrai M: The effect of tropomyosin on formin-bound actin filaments, Biophys J 96(1): 162-168, 2009
Kupi T; Gróf P. Nyitrai M; Belágyi J: The Uncoupling of the Effects of Formins on the Local and Global Dynamics of Actin Filaments, Biophys J 96(7): 2901-2911, 2009
Kardos R; Pozsonyi K; Nevalainen E; Lappalainen P; Nyitrai M; Hild G: The Effects of ADF/Cofilin and Profilin on the Conformation of the ATP-Binding Cleft of Monomeric Actin, Biophys J 96(6): 2335-2343, 2009
Vig A; Dudás R; Kupi T; Orbán J; Hild G; Lőrinczy D; Nyitrai M: Effect of Phalloidin on Filaments Polymerised from Heart Muscle ADP-Actin Monomers, J Thermal Anal and Calorim 3: 721-725, 2009
Barkó Sz; Bugyi B; Carlier MF; Gombos R; Matusek T; Mihály J; Nyitrai M: Characterisation of the biochemical properties and biological function of the formin homology domains of Drosophila DAAM, J Biol Chem in press, 2010
Ujfalusi-Pozsonyi K; Hild G; Gróf P; Gutay-Tóth Zs;, Bacsó Zs; Nyitrai M: The Effects of Detergents on the Polymerization Properties of Actin, Cytometry A in press, 2010
Ujfalusi Z; Barkó Sz; Hild G; Nyitrai M: The Effects of Formins on the Conformation of Subdomain 1 in Actin Filaments, J Photochem Photobiol B. 98(1): 7-11, 2010
Ajtai K; Halstead MF; Nyitrai M; Penheiter AR; Zheng Y; Burghardt TP: The C-loop is an Allosteric Actin Contact Sensor in Actomyosin, Biochemistry 48(23): 5263-5275, 2010
