Inducible protein-protein interactions in the cell membrane and the nucleus: dynamics and function of interleukin receptors and nuclear receptors studied with single molecule sensitivity  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
77600
Type K
Principal investigator Vámosi, György
Title in Hungarian Indukálható fehérje-fehérje kölcsönhatások a sejtmembránban és a sejtmagban: interleukin receptorok és magreceptorok dinamikájának és működésének egyedi molekula szintű talnulmányozása
Title in English Inducible protein-protein interactions in the cell membrane and the nucleus: dynamics and function of interleukin receptors and nuclear receptors studied with single molecule sensitivity
Keywords in Hungarian membránreceptorok, IL-2/15 receptorok, MHC glikoproteinek, lipid tutajok, magreceptorok, FRET, fluoreszcencia korrelációs mikroszkópia, fehérje-fehérje kölcsönhatások
Keywords in English membren receptors, IL-2/15 receptors, MHC glycoproteins, lipid rafts, nuclear receptors, FRET, fluorescence correlation microscopy, protein-protein interactions
Discipline
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)70 %
Ortelius classification: Biophysics
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Department of Biophysics and Cell Biology (University of Debrecen)
Participants Bene, László
Brázda, Péter
Damjanovich, Sándor
Dóczy-Bodnár, Andrea
Mocsár, Gábor
Nagy, Éva
Nagy, László
Szalóki, Nikoletta
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-09-30
Funding (in million HUF) 19.339
FTE (full time equivalent) 12.19
state closed project
Summary in Hungarian
A jelátvitel egyik kulcsfontosságú kérdése a fehérje-fehérje kölcsönhatások milyensége, illetve hogy mi indukálja és befolyásolja ezeket a kölcsönhatásokat. A hagyományos biokémiai és molekuláris biológiai módszerek által nyújtott képben a molekuláris szintű különbségek kiátlagolódnak. A jelátvitelben résztvevő kölcsönható molekula szubpopulációk részleteinek és dinamikájának feloldásához egyedi molekula szintű felbontás szükséges.

A projekt célja, hogy jellemezzük az interleukin-2 és -15 receptorok (a T sejtek működésében kulcsszerepet játszó membránreceptorok), illetve az RXR és RAR magreceptorok (számos élettani folyamatot szabályozó ligandfüggő transzkripciós faktorok) kölcsönhatásait, működését és dinamikáját befolyásoló tényezőket modern, egyedi molekula érzékenységű biofizikai módszerek (FRET, FCS, FCCS, SDT), modellezés és molekuláris biológiai eljárások kombinációjával. Megvizsgáljuk a környező molekulákkal (MHC I, ICAM-1) való kölcsönhatások szerepét az IL-2/15 receptorok jelátvitelében, illetve egyedi molekula érzékenységű FRET mérés segítségével a receptor alegységek összeszerelődésének pontos mechanizmusát. Tanulmányozzuk a magreceptorok mobilitását, dimerizációját és kofaktor-kötését aktiváció során, hogy pontosíthassuk a receptorműködést leíró „molekuláris kapcsoló” modellt. Ezen folyamatok vizsgálata a membránban, ahol a fehérjék laterális, illetve a sejtmagban, ahol 3D mozgást végeznek jelentősen eltérő viszkozitású közegekben, lehetővé teszi, hogy analizáljuk a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat irányító elvekben tapasztalható különbségeket és hasonlóságokat a két különböző sejtkompartmentben.
Summary
A key question in signaling is how proteins interact and what are the inducers and determinants of such interactions. Traditional approaches in biochemistry and molecular biology provide a picture in which differences are averaged out. In order to resolve the details and dynamics of interacting molecular subpopulations involved in cellular signaling single molecule resolution is needed.

The aim of the project is to investigate the parameters influencing the interactions, function and dynamic properties of interleukin-2 and -15 receptors (membrane receptors playing a key role in T cell function) and RXR, RAR nuclear receptors (ligand dependent transcription factors regulating a wide array of physiological processes) via a combination of biophysical techniques having single molecule sensitivity (FRET, FCS, FCCS, SDT), modeling and molecular biological tools. We will study the role of surrounding molecules (MHC I, ICAM-1) in signaling of IL-2/15 receptors, and the detailed mechanism of subunit assembly, which will be resolved by single-molecule FRET. We will study the mobility, dimerization and cofactor-binding of nuclear receptors during activation in order to refine the current “molecular switch model” of receptor function. By studying these processes in the cell membrane, where proteins move with lateral diffusion, and in the nucleus, where they move in 3D in environments having significantly different viscosities, we can analyze the similarities and differences in the principles governing protein-protein interactions in these distinct compartments.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A membránban és a sejtmagban elhelyezkedő receptorok külső/belső jeleket közvetítenek és élettani folyamatokat szabályoznak. Általunk továbbfejlesztett biofizikai technikákkal, valamint modern genomikai módszerekkel azt vizsgáltuk, hogyan függ egyes receptor komplexek dinamikája és működése ligandok, kölcsönható partnerek és más tényezők jelenlététől. A retinsav és rexinoid receptorok (RAR, RXR) magreceptorok, melyek célgénjeik átíródását ligandfüggő módon szabályozzák. Fluoreszcencia mikroszkópiás mobilitásmérésekkel az aktiváció molekuláris mehanizmusát vizsgáltuk. Ligand hiányában a receptorok 70-90%-a szabadon diffundált, míg ligand hatására a DNS-kötés megnőtt, ami kritikusan függött a koaktivátorok kötődésétől is. Többezer RXR kötőhelyet azonosítottunk a genomban, melyek száma és betöltöttsége ligand hatására megnőtt. A T sejt aktivációban fontos szerepet játszó interleukin-2 and -15 receptorok klasztereket alkotnak az MHC glikoproteinekkel T sejtek membránjában. Membrán depolarizáció hatására, ami kialakulhat pl. gyulladásos szövetekben, az IL-2R és IL-15R mobilitása nőtt és aktivitásuk egymástól eltérő módon változott, ami arra utalhat, hogy a membránpotenciál modulálhatja a receptorműködést. Az IL-2/15R klaszterek kölcsönhatnak a citoszkeletonnal, de ez a kölcsönhatás nem, míg az MHC I-gyel való kölcsönhatás kritikus fontosságú a klaszterek stabilizálásában. Eredményeink a receptorműködés új szabályozó mechanizmusaira világíthatnak rá.
Results in English
Receptors in the membrane and the nucleus transmit internal or external signals and regulate cellular processes by forming various complexes. We developed modern biophysical techniques and also used genomic methods to investigate how the presence of ligands, interaction partners and other factors regulate the dynamics and function of receptor complexes. Retinoic acid and rexinoid receptors (RAR, RXR) are nuclear receptors regulating transcription of their target genes in a ligand dependent manner. Mobility measurements by point/imaging FCS and FRAP revealed that the majority of receptors diffused freely in the absence of ligand, with just a small fraction being in DNA bound state. DNA binding was enhanced by ligand activation, for which interaction with coactivator was also crucial. We identified several thousand RXR binding sites in the genome; their number and occupancy increased on activation. Interleukin-2 and -15 receptors, important regulators of T cell activation, form clusters with MHC glycoproteins in T cell membranes. Membrane depolarization, which can occur in inflamed tissues, decreased the mobility of both receptors and distinctly influenced their activity indicating that membrane potential can modulate receptor signaling. IL-2R/IL-15R/MHC clusters interact with the cytoskeleton, but this interaction is crucial for their stability, while MHC I plays an organizing role in clustering. Our results can shed light on novel regulatory mechanisms of receptor function.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77600
Decision
Yes





 

List of publications

 
Vámosi G, Vereb G, Bodnár A, Tóth K, Baudendistel N, Damjanovich S, Szöllősi J: Fluorescence-Resonance Energy Transfer (FRET), In: Cellular Diagnostics: Basic Principles, Methods and Clinical Applications of Flow Cytometry, Eds.: Sack U, Tarnok A, Rothe G; Karger, Basel, 2009
Vámosi G, Damjanovich S, Szöllősi J, Vereb G: Measurement of molecular mobility with fluorescence correlation spectroscopy, Curr Protoc Cytom; Chapter 2: Unit 2.15, 2009
Balogh A, Beck Z, Kis A, Izsépi E, Cervenak L, László G, Bíró A, Liliom K, Mocsár G, Vámosi G, Füst G, Matkó J: New cholesterol-specific antibodies remodel HIV-1 target cells' surface and inhibit their in vitro virus production, J Lipid Res 51(2):286-96, 2010
Mádi A, Majai G, Koy C, Vámosi G, Szántó A, Glocker MO, Fésüs L.: Altered sialylation on the cell-surface proteins of dexamethasone-treated human macrophages contributes to augmented uptake of apoptotic neutrophils, J Cell Sci Nov 1;124(Pt 21):3631-42, 2011
Berényi E, Benko I, Vámosi G, Géresi K, Tárkányi I, Szegedi I, Lukács L, Juhász I, Kiss C, Fésüs L, Aradi J: In vitro and in vivo activity of 4-thio-uridylate against JY cells, a model for human acute lymphoid leukemia, Biochem Biophys Res Commun. Jul 8;410(3):682-7, 2011
Volkó J, Mocsár G, Nagy P, Tóth K, Waldmann TA, Damjanovich S, Bodnár A, Vámosi G: Influence of MHC I gene silencing on interactions of membrane proteins and IL-2/IL-15R signaling in human lymphocytes, International Bunsen Discussion Meeting, Förster Resonance Energy Transfer in Life Sciences, Göttingen, 27-30 March, 2011
Brázda P, Szekeres T, Bravics B, Tóth K, Vámosi G*, Nagy L* (*equal senior, corresponding authors): Live cell fluorescence correlation spectroscopy dissects the role of coregulator exchange and chromatin binding in retinoic acid receptor (RAR) mobility, J Cell Sci Nov 1;124(Pt 21):3631-42, 2011
Mocsár G, Kreith B, Buchholz J, Krieger JW, Langowski J, Vámosi G: Multiplexed multiple-tau auto- and cross-correlators on a single field programmable gate array, Rev. Sci. Instrum. 83, 046101, 2012
Doan XQM, Szalóki N, Vámosi G, Bacsó Z: Fluorescence resonance energy transfer analysis of nuclear proteins by laser scanning cytometry, Eur Biophys J 40 Suppl 1, 124-125, 2011
Nizsaloczki E, Csomos I, Mocsar G, Szaloki N, Waldmann TA, Damjanovich S, Vámosi G, Bodnár A: Biophysical investigation of IL-9R assembly and function in human T-lymphoma cells, Eur Biophys J 40 Suppl 1, 73-73, 2011
Sebestyén V, Nagy É, Mocsár G, Papp F, Hajdu P, Panyi G, Tóth K, Waldmann TA, Damjanovich S, Bodnár A, Vámosi G: Membrane potential influences mobility, interactions and signaling of interleukin-2 and-15 receptors in T cells, Eur Biophys J 40 Suppl 1, 86-86, 2011
Fábián A, Horváth G, Vámosi G, Vereb G, Szöllősi J: TripleFRET measurements in flow cytometry, Cytometry A 83(4):375-85, 2013
Renz M, Daniels BR, Vámosi G, Arias IM, Lippincott-Schwartz J: Plasticity of the asialoglycoprotein receptor deciphered by ensemble FRET imaging and single-molecule counting PALM imaging, Proc Natl Acad Sci U S A. 109(44):E2989-97, 2012
Hajdu I, Bodnár M, Trencsényi G, Márián T, Vámosi G, Kollár J, Borbély J: Cancer cell targeting and imaging with biopolymer-based nanodevices, Int J Pharmaceutics 441(1-2):234-41, 2013
Buchholz J, Krieger JW, Mocsár G, Kreith B, Charbon E, Vámosi G, Kebschull U, Langowski J: FPGA implementation of a 32x32 autocorrelator array for analysis of fast image series, Opt Express. 20(16):17767-82, 2012
Kolozsvári B, Bakó É, Bécsi B, Kiss A, Czikora Á, Tóth A, Vámosi G, Gergely P, Erdődi F: Calcineurin regulates endothelial barrier function by interaction with and dephosphorylation of myosin phosphatase, Cardiovasc Res. 96(3):494-503, 2012
Szalóki N, Doan-Xuan QM, Szöllősi J, Tóth K, Vámosi G*, Bacsó Z* (equal senior, corresponding authors).: High throughput FRET analysis of protein-protein interactions by slide-based imaging laser scanning cytometry, Cytometry A. 83(9):818-29, 2013
Fábián Á, Horváth G, Vámosi G, Vereb G, Szöllősi J: TripleFRET measurements in flow cytometry, Cytometry A. 83(4):375-85, 2013
Hajdu I, Bodnár M, Trencsényi G, Márián T, Vámosi G, Kollár J, Borbély J: Cancer cell targeting and imaging with biopolymer-based nanodevices, Int J Pharm. 441(1-2):234-41, 2013
Renz M, Daniels BR, Vámosi G, Arias IM, Lippincott-Schwartz J: Plasticity of the asialoglycoprotein receptor deciphered by ensemble FRET imaging and single-molecule counting PALM imaging, Proc Natl Acad Sci U S A. 109(44):E2989-97, 2012
Buchholz J, Krieger JW, Mocsár G, Kreith B, Charbon E, Vámosi G, Kebschull U, Langowski J: FPGA implementation of a 32x32 autocorrelator array for analysis of fast image series, Opt Express. 20(16):17767-82, 2012
Kolozsvári B, Bakó É, Bécsi B, Kiss A, Czikora Á, Tóth A, Vámosi G, Gergely P, Erdődi F: Calcineurin regulates endothelial barrier function by interaction with and dephosphorylation of myosin phosphatase, Cardiovasc Res. 96(3):494-503, 2012
Brazda P, Krieger J, Daniel B, Jonas D, Szekeres T, Langowski J, Tóth K, Nagy L*, Vámosi G* (*senior authors): Ligand binding shifts highly mobile RXR to chromatin-bound state in a coactivator-dependent manner as revealed by single cell imaging, (közlésre elküldve), 2013





 

Events of the project

 
2011-08-05 21:22:14
Résztvevők változása




Back »