 |
Role of formin proteins in the coordination of actin and microtubule cytoskeleton
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128357 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Földi, István |
| Title in Hungarian |
A formin fehérjék szerepe az aktin és mikrotubulus sejtváz koordinációjában |
| Title in English |
Role of formin proteins in the coordination of actin and microtubule cytoskeleton |
| Keywords in Hungarian |
formin, sejtváz, fehérje interakció, axon növekedés, |
| Keywords in English |
formin, cytoskeleton, protein interaction, axonal growth |
| Discipline |
| Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences) | 15 % | | Ortelius classification: Neurobiology | | Developmental neurobiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 15 % | | Ortelius classification: Developmental biology |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2022-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
15.807 |
| FTE (full time equivalent) |
2.80 |
| 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 axonok, a neuronok olyan nyúlványai, amelyek akár nagy távolságokra is elérhetnek annak érdekében, hogy megtalálják a célsejtjeiket. Az axonok disztális végén található struktúra, a növekedési kúp, fontos szerepet játszik az axon növekedésben. A növekedési kúp elmozdulása a sejtváz polimerek, az F-aktin és a mikrotubulusok (MT), összehangolt átrendeződésén alapszik. Számos lehetséges módját leírták már az aktin/MT sejtváz összehangolásának, azonban a pontos mechanizmusok nem ismertek. Számtalan sejtváz szabályozó fehérjét azonosítottak, de a köztük lévő funkcionális kapcsolatok még nincsenek teljesen feltérképezve. A formin fehérje család tagjai fontos szerepet játszhatnak a sejtváz koordinációban. Az aktin-dinamika szabályozásában betöltött szerepük mellett számos bizonyíték létezik arra, hogy képesek direkt kölcsönhatásba lépni a MT-okkal, valamint MT-asszociált fehérjékkel, úgymint plusz-vég kötő fehérjékkel (+TIPs). Drosophilában két forminról (DAAM és FRL) már bizonyították, hogy szerepet játszanak az axon növekedés szabályozásában, azonban az aktin/MT koordinációban betöltött szerepük még nem tisztázott. A forminok és MT-ok, valamint a forminok és +TIP fehérjék közötti kapcsolatok jellemzése fontos, mivel ezek a tanulmányok segíthetik az axon növekedés során lejátszódó sejtváz szintű változások szabályozási folyamatainak jobb megismerését.
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 neurobiológiai kutatások terén elért fontos eredmények ellenére, az axonok irányított növekedését biztosító sejtváz szintű mechanizmusok még nem teljesen ismertek. Mára számos sejtváz effektor fehérjét azonosítottak (aktin – és mikrotubulus-asszociált fehérjék), amelyeknek szerepük van az axon növekedés során. Az itt bemutatott kutatási terv keretein belül vizsgálni szeretnénk a forminok és mikrotbulusok, valamint a forminok és +TIP fehérjék közötti kapcsolatokat. A DAAM és FRL forminokról már bizonyították, hogy szerepet játszanak az axon növekedésben, Drosophilában. Továbbá, egyre több bizonyíték van arra, hogy a forminok képesek szabályozni a mikrotubulus dinamikát, egyrészt közvetlen kölcsönhatásokon keresztül, másrészt indirekt módon, +TIP fehérjékkel való kölcsönhatások által. Ezek a szabályozó kölcsönhatások azonban nincsenek részletesen jellemezve. Ezért, az egyik célunk az, hogy specifikus mikrotubulus-kötő helyeket azonosítsunk a fent említett forminokban, valamint megvizsgáljuk azt, hogy a DAAM és FRL milyen módón alakít ki komplexeket a +TIP fehérjékkel. Végül arra keressük a választ, hogy az előbb felsorolt kapcsolatok milyen szerepet játszanak az axon növekedés során.
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!
A neuronális hálózatok kialakítását szabályozó molekuláris mechanizmusok megértése, a neurobiológiai kutatások egyik alapkérdése. Az itt bemutatott kutatási terv célul tűzi ki az axon növekedés során lejátszódó sejtváz mechanizmusok alaposabb megismerését. Vizsgálni fogjuk a forminok és mikrotubulusok, valamint a forminok és +TIP fehérjék közötti kapcsolatokat. Szakirodalmi adatok bizonyítják, hogy ezen sejtváz elemek között van kölcsönhatás, azonban ezek az ismeretek még nem teljesek. A kutatás eredményei segíteni fognak abban, hogy megértsük azon folyamatok egy részét, amelyek az axon növekedés során lezajló sejtváz átrendeződéseket szabályozzák. A neurobiológai jelentőség mellett az itt kapott ismeretek várhatóan más sejtbiológiai kutatások számára is hasznosak lehetnek.
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 sejtváz egy magas szinten szervezett és dinamikusan változó rendszer, amely filament szerű polimerekből és szabályozó fehérjékből áll. A sejtváz egyrészt mechanikai vázelemként funkcionál, másrészt lehetővé teszi, hogy a sejtek változtassák helyüket és alakjukat, valamint szerepet játszik a sejtosztódásban és a sejten belüli transzportfolyamatokban. Több száz sejtváz fehérje ismert, azonban a közöttük lévő funkcionális kapcsolatok nincsenek teljesen feltérképezve. Napjaink kutatásai újabb eredményekkel szolgálnak a már ismert szabályozó elemek szerepével kapcsolatban és ezek azt sugallják, hogy a sejtváz szabályozása összetettebb, mint ahogy ezt eddig gondoltuk. Az idegsejtek, más néven neuronok, jellegzetes sejtváz szerveződést mutatnak. Ez a speciális sejtváz szerveződés lehetővé teszi, hogy a neuronok nyúlványokat növesszenek, melyek később hálózatokba szerveződnek. Ezek a hálózatok alkotják az idegrendszer vázát, amelyen keresztül a neuronok kommunikálnak egymással, vagy idegrendszeri jeleket továbbítanak más szövetek felé, úgymint belső elválasztású mirigyek, vagy izmok. A neuronális hálózatok kialakulásában szerepet játszó sejtváz szintű változások vizsgálata ezért nélkülözhetetlen. Az itt bemutatott kutatási terv eredményei segíteni fognak ezen sejtváz mechanizmusok jobb megismerésében. Emellett, az itt szerzett ismeretek potenciálisan hasznosak lesznek más sejtbiológiai kutatások számára is, ahol a sejtváz szerveződés a vizsgálat tárgya.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Axons are slender projections of neurons that extend over long distances in order to reach their defined targets. Growth cones are located at the distal tip of axons and they play a crucial role in guiding axons to their correct target sites. Growth cone advance is based on the coordinated rearrangements of cytoskeletal polymers, F-actin and microtubules (MTs). Several modes of actin-MT crosstalk have been proposed during axonal growth, although the exact mechanisms of these cellular changes are still unclear. Many cytoskeleton regulatory proteins have been identified with roles in cytoskeleton coordination, although the functional interactions between these factors are not fully mapped yet. Formins can be important in the coordination of actin/MT changes. Besides their key role in the regulation of actin-dynamics, a growing body of evidence suggests that they interact with MTs directly and they also bind to MT-associated proteins, most importantly, plus-end tracking proteins (+TIPs). In Drosophila, DAAM and FRL formins are proved to regulate axonal growth, but deciphering their potential role in actin/MT coordination needs further evaluations. The characterization of the interactions between these formins and MTs and +TIPs is of great importance, as these studies will help us to better understand the control of cytoskeleton regulation during axonal growth.
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.
Despite some great advances in the field of neurobiology, it remained elusive how cytoskeletal changes are controlled during axonal growth. By now, several cytoskeleton effector proteins (actin- and MT-binding proteins) have been identified playing a role in axonal growth cone advance. In this project we would like to investigate the interactions between formins and MTs and +TIPs. Two formins, DAAM and FRL, are known regulators of axonal growth in Drosophila. There is a growing body of evidence demonstrating that formins can regulate MT dynamics via direct interactions as well as indirectly, via interactions with +TIPs. These regulatory interactions, however, are not fully characterized, therefore we aim to map the MT binding sites of these formins and we will also investigate how DAAM and FRL form a complex with +TIPs. Ultimately, we would like to reveal how these interactions control cytoskeleton rearrangements during axonal growth.
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.
Understanding the mechanisms that regulate the formation of neuronal circuits is fundamental in neurobiology. This project is aimed at elucidating how cytoskeletal rearrangements are regulated during axonal growth. We will investigate the interactions between formins and MTs and +TIPs, which all play important roles in axonal advance. There are evidences for the regulatory connections between these cytoskeleton elements in the literature, although they are not fully characterized yet. Successful accomplishment of this project is expected to yield important new insights into the mechanisms of cytoskeleton regulation during axonal growth which is pivotal in neuronal development and regeneration. Besides the neurobiological impact, the expected results will help us to understand how the regulatory network of these cytoskeletal elements works, which is potentially beneficial in a broad range of other cell biology contexts.
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 cytoskeleton of a cell is a highly organized and dynamically changing network of filamentous polymers and regulatory proteins. The cytoskeleton provides structural support, but it also enables cells to move and change their shape, and it has pivotal roles in cell division and intracellular trafficking. Hundreds of cytoskeletal proteins have been identified so far, although the functional and regulatory interactions between these factors are not fully understood yet. Recent studies discovered novel functions of several already described regulatory elements, which suggests that the coordination of cytoskeletal changes is even more complex than it was thought before. Neurons, the major cell types of the brain, display a characteristic cytoskeleton organization which enables them to grow slender cellular projections, axons and dendrites. Via these projections, neurons can communicate with each other or transmit signals to other tissues (i.e. muscles) over long distances. Therefore, investigation of the cytoskeletal elements that control the growth of neuronal projections is of great importance. The results of this project would help us to better understand these regulatory mechanisms. In addition, the expected results will be potentially useful in other fields of cellular biology where cytoskeleton organization is being scrutinized.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
