 |
Silencing related RNAs, effectors and their mechanims in virus-host interplay
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105850 |
| Type |
NK |
| Principal investigator |
Burgyán, József |
| Title in Hungarian |
Géncsendesítésben résztvevő RNS-ek és mechanizmusok a vírus növény kapcsolatban |
| Title in English |
Silencing related RNAs, effectors and their mechanims in virus-host interplay |
| Keywords in Hungarian |
géncsendesítésben résztvevő kisRNS-ek, antivirális mechanizmus,RISC, AGO, vírus-növény kapcsolat |
| Keywords in English |
silencing related small RNAs, antiviral mechanism, RISC, AGO, plant-virus interaction |
| Discipline |
| Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre) |
| Participants |
Csorba, Tibor Levente
Fátyol, Károly
Kontra, Levente
Ludman, Márta
Nagy, Tibor
Szittya, György
Tisza, Viktória
Tóth, Gábor
|
| Starting date |
2012-10-01 |
| Closing date |
2017-03-31 |
| Funding (in million HUF) |
81.660 |
| FTE (full time equivalent) |
13.33 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az RNS alapú géncsendesítés egy ősi, szekvencia-specifikus, génkifejeződést szabályozó rendszer, aminek alapvető fontosságú szerepe van a különböző élő szervezetek gén¬állományának stabil megőrzésében. A magasabb rendű növényekben és rovarokban a géncsendesítés egy indukálható antivirális védekező mechanizmusként is működik. Az RNS alapú géncsendesítés központi molekulái 21-24 nukleotid hosszú kis interferáló RNS-ek, az úgynevezett siRNS-ek, amelyek a vírus genomjáról származnak. Az utóbbi évek intenzív kutatásai ellenére az RNS alapú géncsendesítés szerepének a feltárása a vírus–növény kapcsolatban még távolról sem mondható teljesnek. A jelen pályázatban az a célunk, hogy feltárjuk az antivirális géncsendesítés még nem teljesen ismert tulajdonságait, úgymint a virális siRNS-ek (vsiRNS) biogenezisét, valamint azokat a vsiRNS-en alapuló mechanizmusokat, amelyeken keresztül a vsiRNS-ek vírus- és gazda¬gének kifejeződését gátolják, illetve szabályozzák. Célunk, hogy meghatározzuk a géncsendesítés központi egységében, a RISC (RNA Induced Silencing Complex) komplexben lévő katalitikus Argonaute (AGO) fehérjék molekuláris partnereit, amelyekről alig tudunk valamit. Ezen túlmenően szeretnénk feltárni a vírus eredetű vsiRNS-ek és a vírus kódolta géncsendesítést gátló fehérjék működését és interakcióját a növény saját géncsendesítésen alapuló génexpressziót szabályozó útvonalaival. Továbbá különösen érdekeltek vagyunk abban, hogy felfedezzük a géncsendesítés szerepét a vírus indukálta betegség tünetek kifejlődésében, ami a növényi virológia egy régóta megválaszolatlan, szinte misztikus kérdése.
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.
A tervezett kutatás célja, alapkérdése, hogy minél jobban megértsük a géncsendesítésen alapuló antivirális mechanizmus molekuláris folyamatait és felfedezzük a géncsendesítés sokoldalú szerepét a vírus–növény kapcsolatban. A legújabb nagyáteresztőképességű technológiák, mint például a mélyszekvenálás, vagy siRNS-ek által támadott gazda és növényi gének teljes genomléptékű analízise, új lehetőséget teremtett arra, hogy sokkal részletesebben megismerjük azt a finoman szabályzott interakciót, ami a növényi sejt és az azt elfoglaló vírus között jön létre. A javasolt kutatás legfontosabb céljai a tehát a következők: (i) a vsiRNS biogenezisének teljesebb megismerése, különös tekintettel az AGO fehérjébe beépülni tudó vsiRNS-ek eredetére és létrejöttük megismerésére; (ii) a RISC végrehajtó komplex által támadott virális gazda RNS-ek hozzáférhetősége, amelyet egy in vitro RISC rendszerrel kívánunk feltárni; (iii) szeretnénk megismerni a nagy molekulatömegű növényi RISC komplexet felépítő, az AGO fehérje működését támogató molekulákat; (iv) meg kívánjuk ismerni, hogyan képes a vírus kihasználni az antivirális géncsendesítést arra, hogy gazda géneket szabályozzon, létrehozva egy olyan sejtes környezetet, ami előnyös a vírusinvázióra; és végül (v) melyek azok a géncsendesítésen alapuló molekuláris mechanizmusok, amelyek magyarázatot adhatnak a növényvirológia régóta megválaszolatlan kérdésére, a vírusok okozta betegségtünetek kialakulására.
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!
Mivel az RNS alapú géncsendesítés egy ősi, nagyon konzervatív jelenség, a kis RNS alapú géncsendesítés részletes megismerése valószínűsíthetően nemcsak növények esetében fontos, hanem minden más organizmusban is, ahol a géncsendesítés működik. Tehát, ha jobban megismerjük a géncsendesítésen alapuló természetes antivirális mechanizmus egyes lépéseit a növényi sejtekben, az várhatóan segít bennünket, hogy új, hatékony védekezést alakítsunk ki a vírusok ellen a termesztett növényekben is. Továbbá a növények területén a géncsendesítés vírusok elleni alkalmazásakor szerzett ismereteink valószínűleg hasznosíthatóak új védekezési stratégiák kifejlesztésére humán és állati vírusokkal szemben is. Ezt igazolandóan számos orvosi laboratóriumban is folyik olyan intenzív kutatás, amely célja a siRNS-ek alkalmazása vírusok vagy a gazda sejt valamely génjének inaktiválására terápiás céllal.
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.
A géncsendesítés kulcsmolekuláinak, a kis interferáló RNS-eknek kulcsszerepe van a géncsendesítésen alapuló antivirális válaszban, ami elsősorban növényekben és rovarokban működik hatékonyan. Ugyanakkor a géncsendesítés egy alapvetően fontos, génkifejeződést gátló/kontrolláló mechanizmus is, ami ellenőrzi a gének működését számos élő szervezetben, így emberben, állatokban, növényekben, rovarokban és férgekben is. A jelen kutatás célja, hogy jobban megismerjük azokat a molekuláris folyamatokat, amelyek a növényi sejtet megfertőző vírus és a növényi sejt között zajlanak le. Továbbá megismerjük azokat mechanizmusokat, amely segítségével a növény próbálja megvédeni magát a támadó vírusokkal szemben, aktiválva a géncsendesítésen alapuló antivirális védekező rendszert. Ez a védekező rendszer képes arra, hogy elpusztítsa a támadó vírust, és megelőzze a betegség kifejlődését. Sajnos a vírusok nagyon sikeres patogének, és rendelkeznek a géncsendesítést gátló/elnyomó molekulákkal, amelyek kikapcsolják a növény védekező rendszerét, és így képesek fertőzni és betegséget okozni a növényekben. Kutatásainknak az is a célja, hogy megismerjük ezt a fegyverkezési versenyt a vírus és a növény között molekuláris szinten is, és megértsük, hogyan tud az egyik partner felülkerekedni a másikon.
Kutatásainktól azt is várjuk, hogy jobban megismerjük ezt a kis RNS molekulákon alapuló antivirális védekező rendszert, és hogy az új ismeretek segíteni fognak új antivirális stratégiak kialakításában nemcsak termesztett növényekben, hanem fontos ismeretekkel fognak szolgálni ahhoz is, hogy sikeresen küzdjünk a súlyos betegségeket okozó vírusokkal más elő szervezetekben is.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
RNA silencing is a conserved sequence-specific gene regulation system, which has an essential role in the development and maintenance of genome integrity in a wide variety of organisms. In higher plants and insects, RNA silencing also operates as an adaptive inducible antiviral defence mechanism. The silencing of RNA relies on host- or virus-derived 21-24 nucleotide-long small interfering RNA molecules (siRNAs), which are the key mediators of RNA silencing-related pathways. Despite much effort in the past the role of RNA silencing in plant–virus interaction is still far from being fully understood. In the present proposal we aim to explore several important unknown features of antiviral RNA silencing, such as the biogenesis and the mechanisms of viral siRNA action on host and viral genes. We would like identify the unknown molecular partners of antiviral silencing related cellular effectors such as the Argonaute (AGO) proteins, which are the catalytic enzymes in the RNA induced silencing related effector complex (RISC). We would also like to understand how the viral effector molecules (viral siRNAs, viral silencing suppressors) interfere with the endogenous silencing pathways in plant cells. We are particularly interested to discover the role of silencing related viral factors in viral symptoms development, which is a long-term mystery in plant virology.
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.
The goal of the proposed work is to better understand the RNA silencing based antiviral mechanism and discover the multiple role of RNA silencing in the plant–virus interaction. The development of high throughput technologies (such as deep sequencing, analysis of RNA targeting and gene expression at genome wide level, etc.) opens new possibilities to explore in more detail this intimate interaction between the invading virus and the plant cell. Our aim in this proposal is to answer the following still unknown or not fully understood questions: (i) biogenesis of viral siRNAs, in particular the origin and generation of AGO competent vsiRNAs; (ii) analysis of target RNA for RISC accessibility using in vitro RISC system; (iii) identification of RISC accessory proteins in plant; (iv) how can the invading virus harness RNA silencing to control host gene expression to facilitate virus replication and spread; and finally (v) what are the RNA silencing related viral factors and mechanisms that explain the viral symptom development, which is a long term mystery of plant virology.
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.
Since RNA silencing is a conserved mechanism in almost all eukaryotic cells, our detailed knowledge about mechanisms of small RNA based gene silencing likely has impact not only in plant research but also in many other organisms, where RNA silencing operates. Thus the extension of our knowledge about the distinct steps of the natural RNA silencing based antiviral plant response will help us to develop new and efficient antiviral strategies to protect crop plants, which are still missing. In addition, small RNA based antiviral strategies may operate not only in plant but also in higher organisms. Therefore our experience to use RNA silencing against plant viruses may help to develop new antiviral strategies against human or animal viruses as well. Indeed, several laboratories are working on use of siRNA for viral or cellular gene inactivation for human therapeutic purposes.
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.
Silencing related small RNAs are key players in silencing based antiviral mechanism, which operates in plant and insects, however gene silencing is also a very important gene inactivation mechanism, which controls gene expression in many organisms including human, animals, plants and insects. The aims of the proposed research is to get better insight into the interaction between the invading virus and the plant and how the plant tries to defend itself by activating the RNA silencing based defence system. This defence system is able to degrade the attacking virus and prevent the development of viral diseases. However, viruses are very efficient pathogens and they are able to overcome the RNA silencing based defence producing silencing suppressor proteins, which inhibit the plant defence and the plant becomes infected and shows diseases. Therefore we also want to extend our knowledge about this arm race between viruses and their hosts at the molecular level.
We expect that the proposed research will significantly extend our knowledge about this small RNA molecules based antiviral mechanism and not only will help us to develop antiviral strategies to protect agricultural crops but can also provide important information to fight against dangerous viral diseases in other organisms. In addition, this work will extend our understanding about small RNA mediated regulatory mechanisms, which operate in almost all higher organisms.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
