Regulation of muscle development, Neurodifferentiation, Growth factors, inhibition
megadott besorolás
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
50 %
Ortelius tudományág: Molekuláris biológia
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
50 %
Ortelius tudományág: Biokémia
zsűri
Molekuláris és Szerkezeti Biológia, Biokémia
Kutatóhely
Molekuláris Élettudományi Intézet (HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont)
résztvevők
Bányai László Kerekes Krisztina Kondás Katalin Szarka Eszter Takáts Kornél Trexler Mária
projekt kezdete
2008-04-01
projekt vége
2012-04-30
aktuális összeg (MFt)
2.899
FTE (kutatóév egyenérték)
10.32
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
Korábban a humán genom szekvenciájának bioinformatikai elemzésével két új, egymással közeli rokonságban álló fehérjét, a WFIKKN1 és WFIKKN2-t azonosítottuk. Mindkét fehérje egy WAP-, Follistatin- és két Kunitz-típusú szerin-proteáz inhibitor domént, egy Immunoglobulin domént, és egy a metalloproteáz inhibitorokban megtalálható NTR domént tartalmaz. A közelmúltban a miosztatinhoz és GDF11 növekedési faktorhoz kötődő és azok aktivitását gátoló fehérjeként izolálták a WFIKKN2-t. A miosztatin és GDF11, a TGFβ növekedési faktor családba tartozó, egymással nagy hasonlóságot mutató fehérjék. A miosztatin az izomfejlődést szabályozó, az izomnövekedést gátoló fehérje. A miosztatin génben bekövetkező mutációk az izmok nagymértékű növekedése mellett a zsírlerakódás csökkenését okozzák. A GDF11 növekedési faktor szerepet játszik az idegsejtek differenciációjában, megakadályozza a PC12 sejtek neuron-szerű sejtekké alakulását. Mindkét fehérje aktív formája inaktív prekurzorból proteolitikus processzálás révén képződik. Az elmúlt időszakban végzett munkánk során kimutattuk, hogy nemcsak a WFIKKN2, hanem a vele rokon, WFIKKN1 fehérje is kötődik miosztatinhoz. Tervezett kutatásunk során felületi plasmon rezonancia kisérletekkel jellemezzük a WFIKKN1, WFIKKN2 fehérjék, a miosztatin és GDF11 növekedési faktorok közötti kölcsönhatást, meghatározzuk a kölcsönhatás kialakításában részt vevő fehérje doméneket. Vizsgáljuk a WFIKKN1 és WFIKKN2 fehérjék, illetve egyes doménjeik hatását a növekedési faktorok BMP-1 metalloproteáz által történő aktiválására. A miosztatin és GDF11 növekedési faktorok aktivitásának csökkentése pozitív hatással lehet az izomvesztéssel, elhízással vagy idegsorvadással járó betegségekben szenvedő emberek állapotára. A miosztatin és GDF11 aktivitását szabályozó kölcsönhatások feltérképezése új terépiás eljárások/gyógyszerek kifejlesztését eredményezheti.
angol összefoglaló
Previously we have described two closely related proteins, WFIKKN1 and WFIKKN2 that contain a WAP-domain, a Follistatin/Kazal domain, an Immunoglobulin domain, two Kunitz-domains and an NTR domain. Recent studies have identified WFIKKN2 as a myostatin- and GDF11-binding protein. Myostatin and GDF11 are two closely related members of the TGFbeta superfamily. Myostatin inhibits muscle growth and mutations in the myostatin gene cause the increase of skeletal muscle mass and significant reduction of fat accumulation. GDF11 plays a role in neurodifferention, inhibits the differentiaition of PC12 cells to a neural-tissue-like phenotype. Both proteins are produced from precursor proteins by proteolytic processing and signal through the activin-type II receptors. Our recent research proved that WFIKKN1 is also capable of binding myostatin. In the proposed research we will explore the molecular basis of the interaction of WFIKKN1 and WFIKKN2 with Myostatin and GDF11 by characterizing the interaction of the various domains of WFIKKN proteins with pro-domains and growth factor domains of myostatin and GDF11 using surface plasmon resonance technology. We will also explore the role of WFIKKN1/ WFIKKN2 in modulating BMP-1-mediated activation of myostatin/GDF11 and will also investigate how these interactions affect the biological activity of the cytokines. Molecules that block the activity of myostatin or GDF11 may be useful in human therapeutic applications, e.g. to enhance muscle growth, to reduce fat accumulation or to stimulate neurodifferention. Accordingly, the clarification of the role of WFIKKN proteins in myostatin/GDF11 modulated biological processes may lead to novel strategies to combat diseases accompanied by muscle wasting, obesity or neurodegeneration.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Kimutattuk, hogy a WFIKKN fehérjék specifikus és hatékony inhibitorai a miosztatin/GDF8 és GDF11 növekedési faktoroknak.
- Felületi plazmon rezonancia (SPR) mérésekkel megállapítottuk, hogy mindkét fehérje nagy affinitással (Kd ~ 10-8- 10-10M) köti a GDF8 és GDF11 növekedési faktorokat. A WFIKKN fehérjék elsősorban a follisztatin homológ (FS) doménjük révén kötik a miosztatint, de a netrin homológ (NTR) domén is részt vesz a kölcsönhatás kialakításában.
- Kompeticiós SPR mérésekkel kimutattuk, hogy a WFIKKN fehérjék hatékonyan gátolják a miosztatin és GDF11 kötődését a receptoruk, az Activin-Receptor IIb ligand-kötő doménjéhez.
- A miosztatin és GDF11 jelátvitel detektálására alkalmas riporter rendszerben mindkét WFIKKN fehérje hatékonyan gátolta a miosztatin és GDF11 növekedési faktorok által kiváltott jelátvitelt.
- SPR mérésekkel megállapítottuk, hogy a WFIKKN fehérjék jelentős affinitással (Kd ~ 10-7- 10-8M) kötnek több más, a TGFβ családba tartozó növekedési faktort is: a TGFβ1-t, BMP2-t, BMP4-t. Gyengébb kölcsönhatást detektáltunk a BMP3 és BMP8b-vel és nem volt mérhető kölcsönhatás az Aktivin A-val.
- A WFIKKN fehérjék és a TGFβ1, BMP2 és BMP4 növekedési faktorok közötti kölcsönhatás ellenére riporter vizsgálatokban a WFIKKN fehérjék nem gátolták a TGFβ1, BMP2 és BMP4 által kváltott jelátvitelt.
Összegezve: eredményeink azt mutatják, hogy a WFIKKN1 és WFIKKN2 a miosztatin és GDF11 növekedési faktorok specifikus inhibitorai.
kutatási eredmények (angolul)
We have shown that WFIKKN proteins are potent and specific inhibitors of myostatin/GDF8 and GDF11, since
- surface plasmon resonance measurements revealed that both WFIKKN1 and WFIKKN2 have high affinity (Kd ~ 10-8- 10-10M) for myostatin/GDF8 and GDF11. The interactions are mediated primarily by the follistatin homolog domains of WFIKKN proteins, but their NTR domains also contribute to these protein-protein interactions.
- competitive SPR measurements have shown that WFIKKN1 and WFIKKN2 inhibit the interaction of myostatin and GDF11 with the extracellular ligand-binding domain of their high affinity receptor, Activin receptor IIb.
- in luciferase reporter assays both WFIKKN proteins are potent inhibitors of the signaling activity of myostatin and GDF11.
- SPR interaction measurements with several additional representatives of TGFβ family revealed that both WFIKKN1 and WFIKKN2 bind TGFβ1, BMP2 and BMP4 with relatively high affinity (Kd ~ 10-7- 10-8 M). WFIKKN proteins showed weak affinity for growth factors BMP3 and BMP8b, and they did not bind to Activin A.
- Despite their significant affinity for TGFβ1, BMP2 and BMP4, in reporter assays neither WFIKKN1 nor WFIKKN2 inhibited the signaling activity of TGFβ1, BMP2 and BMP4.
In summary: our data indicate that WFIKKN proteins block the signalling activity of myostatin and GDF11 specifically and potently by sequestering these growth factors thereby preventing their binding to their receptors.
Katalin Kondás, György Szláma, Alinda Nagy, Mária Trexler, and László Patthy1: Biological functions of the WAP domain containing multidomain proteins, WFIKKN1 and WFIKKN2, Biochemical Society Transactions, Közlésre elfogadva, 2011
Szláma G., Trexler M., Patthy L. : Latent myostatin has significant activity and this activity is controlled more efficiently by WFIKKN1 than by WFIKKN2. , FEBS J. 280:3822-3839., 2013
Kondás K, Szláma G, Trexler M, Patthy L.: Both WFIKKN1 and WFIKKN2 have high affinity for growth and differentiation factors 8 and 11., J Biol Chem. 283:23677-23684, 2008
