 |
Regulatory role of lipids during autophagy
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128280 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Laczkó-Dobos, Hajnalka |
| Title in Hungarian |
Lipidek regulációs szerepe autofágia során |
| Title in English |
Regulatory role of lipids during autophagy |
| Keywords in Hungarian |
lipidek, autofágia, autofág-membránok, fagofór, autofagoszóma, autolizoszóma, Syntaxin 17, Drosophila melanogaster, HeLA humán sejtvonal |
| Keywords in English |
lipids, autophagy, autophagic membranes, phagophore, autophagosome, autolysosome, Syntaxin 17, Drosophila melanogaster, HeLa human cell lines |
| Discipline |
| Lipid synthesis, modification and turnover (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % | | Ortelius classification: Biophysics | | Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Juhász, Gábor
|
| Starting date |
2018-12-01 |
| Closing date |
2022-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
15.807 |
| FTE (full time equivalent) |
2.59 |
| 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 autofágia az eukarióta sejtek „önemésztő” folyamata, amelynek során lizoszómáik segítségével lebontják a citoplazmájukban felhalmozódott károsult vagy elavult anyagokat. A keletkezett bomlástermékeket újrahasznosítja a sejt, biztosítva a sejtek homeosztázisát. Az autofágia nem megfelelő szabályozása számos neurodegeneratív betegség, rák, korai öregedéshez stb. vezet. Ez a katabolikus folyamat egyedi membránok, membrán-határolt vezikulumok bigenézisén alapszik. A membránok fő alkotó elemei a lipidek és fehérjék, amelyek együttesen biztosítják a membránok szerkezeti épségét és működését. Az autofágia kutatás fő alanyai főként a fehérjék, nagyon keveset tudunk arról, hogy milyen lipidek építik fel az autofág-membránokat, illetve a lipidek autofágiában játszott szerepéről és főként arról, hogy milyen lipd-fehérje kölcsönhatások léteznek az autofágia során. Éppen ezért pályázatom fő célja, hogy tanulmányozzam a lipidek regulációs szerepét autofágia során. A Drosophila és a HeLa humán sejtvonalak ideálisak arra, hogy tanulmányozni tudjam az autofág- membránok lipidösszetételét, valamint a lipidek és autofág-fehérjék közötti kapcsolatokat. Kutatásaimhoz biokémiai, biofizikai, molekuláris és sejtbiológiai módszerek együttesét alkalmazom, főként arra fókuszálva, hogy kiderítsem, hogyan befolyásolják a specifikus lipidek a Syntaxin 17 fehérjének az autofagoszómába való beépülését, amely a lizoszómával való fúzióhoz szükséges. Ezzel a multidiszciplináris módszertani megközelítéssel kapott eredmények hozzá járulnak ahhoz, hogy megismerjük az autofág-membránokat felépítő lipideket és azok funkcionális szerepét, valamint új terápiás eljárások, gyógyszerek fejlesztéséhez is.
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.
Jelen pályázatban a lipidek regulációs szerepét tanulmányozom autofágia során, amely egy nagyon dinamikus és konzervált katabolikus folyamat. Az autofágia alapfokon mindig működik a sejtekben, azonban éhezés vagy oxidatív stressz hatására felerősödhet, hogy védelmet nyújtson a kedvezőtlen környezeti hatásokkal, valamint (proteo)toxicitással szemben. Korábbi tanulmányok rávilágítottak az autofág-membránokban található egyes lipidmolekulákra és azoknak autofág-fehérjékhez való kötődésére. Ennek ellenére nagyon keveset tudunk ezeknek a különleges, egyedi membránoknak a részletes lipidösszetételéről, specifikus lipidek szabályozó szerepéről, az autofág-membránok biofizikai tulajdonságairól, amelyet nagymértékben befályosolhatnak a lipid-fehérje kölcsönhatások. A főbb célkitűzéseim a következők: I) Autofág-membránok izolálása és azok lipidösszetételének jellemzése (ecetmuslicában és humán sejtvonalban). II) Specifikus lipidek szerepének vizsgálata, amelyek hozzájárulhatnak a Syntaxin 17 SNARE fehérjének az autofagoszóma membránjába való beépüléséhez, amely szükséges ahhoz, hogy az autofagoszóma a lizoszómák segítségével lebomoljon. Nagy hangsúlyt fektetek a lipid-fehérje kölcsönhatásokra, a lipid telítetlenség fontosságára és azok lehetséges autofág szabályozó szerepükre. III) Vizsgálom a Syntaxin 17 fehérjével kölcsönható lipideknek az autofágiára kifejtett hatását. Az autofagoszóma-membrán részletes lipidösszetételének valamint a lipid-fehérje kölcsönhatások feltárása, hozzájárul ahhoz, hogy megértsük az autofágia mechanizmusát az állatokban és humán sejtekben.
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 autofágia egy rohamosan fejlődő kutatási terület. Annak ellenére, hogy 1960 körül azonosították elektronmikroszkópia segítségével, azután vált népszerűvé, miután 1993-ban felfedezték az első autofágiával kapcsolatos géneket, élesztőben. A modern genetikai eszközök lehetővé tették ennek a folyamatnak a tanulmányozását sokféle eukarióta szervezetben, így élesztőben, növényekben, állatokban és emberben. Az autofágia egy természetes lebontó folyamata a sejtnek, amely lehetővé teszi, hogy a szükségtelen, működésképtelen citoplazma tartalmat eltávolítsa a sejt. Ez egy nagyon pontosan szabályozott folyamat, amely egyedi membránokhoz kötött. Éhezés és oxidatív-stressz hatására az autofágia felerősödik, ez biztosítja a sejtek túlélését kedvezőtlen körülmények között. Amikor az autofágia szabályozása zavart szenved, a sérült fehérjék felhalmozódnak a citoplazmában, amely számos neurodegeneratív betegség megjelenésével jár együtt, mint pl. Parkinson, Alzheimer, Huntington. Az autofágia zavara korai öregedéshez, rákhoz vezethet. Az autofágia a veleszületett immunitás része, megvédi a szervezetet, azáltal, hogy eltávolítja a sejtekből a baktériumokat, vírusokat. A 2016-os Élettani és Orvosi Nobel-díjat Yoshinori Ohsumi-nak ítélték oda, az élesztőben végzett autofág kutatásainak elismeréséért, ez is utal e kutatási terület fontosságára és jövőbeni gyógyászatban való alkalmazására. Az autofágia szerepének és szabályozásának megértésében még az elején tartunk, nagyon sok megválaszolatlan kérdést tartogat számunkra ez a terület. Az autofágia kutatások főként a fehérjéket célozták meg, nagyon keveset tudunk a lipidek szerepéről ebben a lebontó folyamatban. Biokémiai, biofizikai és sejtbiológiai módszerek együttesét alkalmazom, hogy választ kapjak azon kérdésekre, hogy milyen lipidek építik fel az autofág-membránokat, hogyan szabályozzák a lipid-fehérje kölcsönhatások az autofágiát, és nem utolsó sorban a telítetlen lipidek fontosságát e folyamatban. A projekt eredményei hozzájárulhatnak különböző gyógyszerek fejlesztéséhez, ezúton betegségek gyógyításához, amelyet az autofágia meghibásodása okozott.
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 autofágia a sejt “önemésztő” folyamata, amely megakadályozza, hogy sérült sejtszervecskék, fehérjék felhalmozódjanak a sejtben. A sejtben állandó építő és lebontó folyamatok zajlanak. Az autofágia egy fajta lebontó és újrahasznosító folyamat, melynek segítségével a haszontalan anyagok lebontásra kerülnek, a felszabadult energia új molekulák képzésére használódik fel. Az autofágia egy konzervált folyamat, jelen van élesztőben, növényekben, állatokban és emberben. Kimutatták, hogy az autofágia alul- vagy túlműködése számos tünet megjelenéséhez vezethet, mint pl. neurodegeneratív betegségek, cukorbetegség, rák és korai öregedés. Az autofágia részt vesz a kórokozókkal szembeni védelemben, eltávolítja a sejtből a baktériumokat, vírusokat. Az autofágia kutatás rohamos léptékben fejlődik, a gyógyászatban való alkalmazhatósága miatt. Éppen a 2016-os Orvos Élettani Nobel-díjat Yoshinori Ohsumi-nak adományozták, az élesztőben végzett autofágia kutatásainak elismeréséül. Nagyon sok megválaszolatlan kérdés van még ezen a területen. Például nagyon keveset tudunk az autofág-membránok felépítéséről, főként a lipidekről. Éppen ezért, pályázatom fő célja azonosítani az autofág-membránokat felépítő igen változatos lipideket. Az autofágiában szerepet játszó fehérjék és lipidek egymáshoz közel helyezkednek el, ezért szorosan kölcsönhatnak. Ezeket a lipid-fehérje kölcsönhatásokat fogom tanulmányozni autofágia során, főként a telítetlen lipidekre figyelve. A kapott eredmények hozzájárulnak ahhoz, hogy megértsük a lipidek szabályozó szerepét autofágia során. Ugyanakkor hozzájárulhat új gyógyszerek fejlesztéséhez, olyan betegségek esetén, amelyet ennek a folyamatnak a rendellenessége okozott.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Autophagy is a „self-eating” process of the eukaryotic cells, during which damaged or obsolete cytoplasmic components are removed and degraded in lysosomes. The breakdown products are then recycled for use in biosynthesis or energy production, which ensures the homeostasis of the cells. Misregulation of autophagy leads to neurodegenarative diseases, cancer, accelerated aging, etc. This interesting catabolic process relies on the biogenesis of unique membranes and membrane-bound autophagic vesicles. Lipids and proteins are the main constituents of these special membranes: they maintain membrane structure and function. Autophagy research has mainly focused on autophagy related proteins and very little is known about the lipids composing autophagic membranes and about their roles in autophagy, especially lipid-protein interactions during autophagic processes. Therefore the main aim of this proposal is to study the regulatory roles of lipids during autophagy in animals and humans. Drosophila and HeLa human cell lines are ideal models to study the lipid composition of autophagic membranes, and the cooperation of lipids and autophagy proteins. For my investigations I am to use a combination of biochemical, biophysical, molecular and cell biology methods, focusing on how specific lipids influence Syntaxin 17 loading to autophagosomes, which is necessary to mediate fusion with lysosomes. The results obtained by this multidisciplinary approach will help understanding the lipid constituents of autophagic membranes and their functional relevance. This may contribute to the therapeutic modulation of autophagy, by developing new possible drugs and agents.
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 this project I plan to investigate the regulatory role of lipids during autophagy, which is a very dynamic and conserved catabolic process. Autophagy is always occurring in eukaryotic cells at a basal rate, and it is highly induced by stresses such as starvation or oxidative stress, as, it is an important protective mechanism against stress and (proteo)toxicity. Previous studies pointed to the importance of certain lipid molecules found in autophagic membranes, and their binding to some of the autophagic proteins. Despite this, very little is currently known about the lipid composition of these unique autophagosomal membranes, about the signaling role of specific lipids, or about the biophysical properties of autophagic membranes, which must be influenced by lipid-protein interactions. My main aims are as follows: I) Isolation of autophagic membranes (from Drosophila and human cell lines) and characterization of their lipid profile. II) Testing the role of selected lipids in incorporation of the SNARE protein Syntaxin 17 into the autophagosomal membrane, which is required for autophagosome degradation by lysosomes. Special emphasis will be placed on lipid-protein interactions, the role of lipid unsaturation, and their possible involvement in autophagy regulation. III) Testing the effect of Syntaxin 17-interacting lipids on autophagy. Elucidating the detailed lipid composition as well as the importance of lipid-protein interactions of autophagosomes will bring us closer to understanding the mechanism of autophagy in animals and human cells.
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.
Autophagy is a rapidly emerging research field. Although it was identified by electron microscopy around 1960, autophagy research became more popular after 1993 when the first autophagy related genes (Atg) were discovered in yeast. Tools of modern genetics allowed researchers to study the mechanism of this process in a wide range of eukaryotic organism including yeast, plants, animals and humans. Autophagy is a natural destructive mechanism of the cell, which enables the elimination of unnecessary or dysfunctional components of the cytoplasm. This is a well-regulated process, mediated by unique membranes. Autophagy is induced by starvation or oxidative stress, and it is important for the maintenance of cell survival in unfavorable conditions. When autophagy is misregulated, damaged proteins accumulate in the cytosol, which can lead to a wide range of neurodegenerative diseases like Parkinson, Alzheimer, Huntington. Disruption of autophagy can also lead to accelerated aging, or cancer. Importantly, autophagy is part of innate immunity and it is involved in host defense via elimination of intracellular bacteria and viruses. The 2016 Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded to Yoshinori Ohsumi, in recognition of his autophagy research in yeast, pointing to the importance and future biomedical potential of this field. We are still at the beginning of understanding the role and regulation of autophagy; there are a lot of unanswered questions in this field. Autophagy research has focused mainly on autophagic proteins and very little is known about the role of lipids in this catabolic process. I will use a combination of biochemical, biophysical and cell biology methods to address the questions what kind of lipid species are composing the autophagic membranes, how lipid-protein interactions might have regulatory roles during autophagy, and the importance of unsaturated lipids in this process. The results of this project may serve as the basis for the development of potential new drugs for the treatment of diseases caused by autophagy defects.
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.
Autophagy is a “self-eating” process of the cell, which overcomes the accumulation of damaged organelles, proteins or other molecules inside the cells. Cells are very busy, building and disassembly processes are always active, and this maintains the equilibrium of the cells. Autophagy is a kind of destruction and recycling process by which unwanted cytoplasmic material is degraded and building blocks and energy is recycled. Autophagy is a highly conserved process being present in yeast, plants, animals, and humans. It has been shown that too little or too much autophagy leads to a variety of symptoms including neurodegenerative diseases, diabetes, cancer and aging. Autophagy is involved in defense against pathogens, by eliminating bacteria and viruses. Autophagy research is expanding rapidly, especially because of the biomedical potential of this field: even the 2016 Nobel prize was awarded to Yoshinori Ohsumi in recognition of his autophagy research in yeast. There are a lot of open questions in this field. For instance we know very little about the composition of autophagic membranes, especially about lipids. Therefore the main aim of this proposal is to identify the big variety of lipid families composing autophagic membranes. Autophagy related proteins are in close contact with lipids: they interact with each other. I will follow these lipid-protein interactions, focusing on the role of unsaturated lipids during autophagy. The obtained results will help understanding the regulatory role of lipids during autophagy in animals and humans. This might help developing new drugs for diseases caused by defects of this interesting cleaning and recycling process of the cell.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
