Mechanisms and regulation of reactive oxygen species production in brain mitochondria  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81983
Type NK
Principal investigator Ádám, Veronika
Title in Hungarian A reaktív oxigén származékok keletkezésének mechanizmusa és regulációja agyi mitokondriumokban
Title in English Mechanisms and regulation of reactive oxygen species production in brain mitochondria
Keywords in Hungarian mitokondriumok, alfa-ketoglutarat dehidrogenaz, lipoamid dehidrogenaz, ROS, hidrogén peroxid, permeabilitás tranzíció, kalcium
Keywords in English mitochondria, alpha-ketoglutarate dehydrogenase, lipoamide dehydrogenase, ROS, hydrogen peroxide, permeability transition, calcium
Discipline
Neurochemistry and neuropharmacology (Council of Medical and Biological Sciences)70 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Metabolism
Panel Neurosciences
Department or equivalent Dept. of Medical Biochemistry (Semmelweis University)
Participants Ambrus, Attila
Dóczi, Judit
Komáry, Zsófia
Kovács, Tünde Szilvia
Törőcsik, Beáta
Tretter, László
Starting date 2010-02-01
Closing date 2014-07-31
Funding (in million HUF) 56.000
FTE (full time equivalent) 10.47
state closed project
Summary in Hungarian
A mitokondriumokban termelődő reaktív oxigén származékoknak (ROS) elsősorban patológiás jelentőséget tulajdonítanak. Fokozott ROS-képzést mutattak ki az iszkémia-reperfúziós szindrómában és az agyi neurodegeneratív betegségek egy részében. Pályázatunkban folytatni kívánjuk azokat a kutatásokat, melyeknek legfontosabb eredménye az alfa-ketoglutarát dehidrogenáz enzim komplex (KGDHc) ROS képzésének leírása volt. Jelen projektben a KGDHc ROS-képzéshez vezető elektrontranszport folyamatainak mechanizmusát vizsgáljuk. A szerkezet-funkció összefüggését kívánjuk felderíteni olyan, a humán patológiából ismert mutánsok vizsgálatával, melyek katalítikusan inaktívak, ám ROS-képző tulajdonságaik nem ismertek.
A mitokondriumok patofiziológiájának fontos kérdése a ROS-képződés, a Ca2+ homeosztázis és a mitokondriális permeabilitás tranzíciós pórus (PTP) nyílásának összefüggése. Választ keresünk arra, hogy fokozza-e a mitokondriális ROS-termelést a Ca2+ terhelés, és mi a következménye a PTP nyílásnak a ROS felszabadulásra. Feltehető, hogy a mitokondriumok a ROS termelése mellett annak eliminációjában is szerepet játszanak. Tisztázni kívánjuk, hogy a ROS-képzés – ROS-elimináció normál körülmények közötti egyensúlya milyen befolyások hatására tolódik el a ROS-képzés irányába.
A projekt egy jelenlegi és további egy később felvételre kerülő fiatal kutató kísérleti munkáját is lehetővé teszi.
Summary
Pathological importance has been ascribed to reactive oxygen species (ROS) generated in mitochondria. Increased ROS generation in the brain has been demonstrated in ischemia-reperfusion and in some neurodegenerative diseases. In the present project we wish to continue our previous investigations, the major finding of which being the ROS production by the alpha-ketoglutarate dehydrogenase enzyme complex (KGDHc). In the proposed project we want to study the mechanisms of electron-transport processes underlying the ROS-generation by KGDHc. The structure-function relationship is proposed to be addressed by investigating pathologically relevant human mutants of the enzyme; these mutants are catalytically inactive while their ROS-generating capacities are unknown.
An important question of mitochondrial pathophysiology is the interconnection amongst ROS-generation, Ca2+ homeostasis and the opening of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP). We propose to address the effect of pathological Ca2+ load and/or PTP-opening on ROS-generation. In addition to generating ROS, it is likely that mitochondria also play a role in the elimination of ROS. We propose to determine the factors that shift the delicate equilibrium of ROS-generation and elimination existing under physiological conditions. Two young investigators are going to be involved, one currently working in the team, another one joining in the future.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Jellemeztük a mitokondriális szabadgyökképzésben szerepet játszó alfa-ketoglutarát dehidrogenáz enzim patológiás mutánsait katalítikus aktivitás, reaktív oxigén származék (ROS) képzés és részben szerkezeti változások szerint. A mitokondriális Ca2+ felvétel, ROS képzés és permeabiltás tranzíciós pórus (PTP) nyitás kapcsolatát vizsgáltuk különböző respirációs szubsztrátokkal energetizált mitokondriumokban, PTP nyílást gátló nukleotidok jelenlétében és hiányában. Kimutattuk az alfa-glicerofoszfát dehidrogenáz enzim önálló ROS képző aktivitását. Kimutattuk a metilénkék jótékony bioenergetikai hatásait izolált agyi mitokondriumokon. A szubsztrát szintű foszforiláció fontosságát bizonyítottuk a mitokondriumok bioenergetikai kompetenciájának megőrzésében.
Results in English
We characterized pathological mutants of alpha-ketoglutarate dehydrogenase, an enzyme complex having roles in mitochondrial reactive oxygen species (ROS) generation, in terms of catalytic and ROS-generating activities and structural deviation. We studied the relationship among mitochondrial Ca2+ uptake, ROS generation and permeability transition pore (PTP) opening in mitochondria energized by various respiratory substrates in the presence and absence of nucleotides having inhibitory effects on PTP opening. We found proof for an ROS generating activity by alpha-glycerophosphate dehydrogenase. We elucidated that methylene blue presents with beneficial effects on bioenegetics in isolated brain mitochondria. We identified the significance of substrate level phosphorylation in maintaining the bioenergetic competence of mitochondria.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81983
Decision
Yes





 

List of publications

  
Chinopoulos C, Adam-Vizi V.: Mitochondria as ATP consumers in cellular pathology, Biochim Biophys Acta. 1802 (1): 221-227., 2010
Chinopoulos C, Gerencser AA, Mandi M, Mathe K, Töröcsik B, Doczi J, Turiak L, Kiss G, Konràd C, Vajda S, Vereczki V, Oh RJ, Adam-Vizi V.: Forward operation of adenine nucleotide translocase during F0F1-ATPase reversal: critical role of matrix substrate-level phosphorylation, FASEB J. 24(7):2405-16., 2010
Komary Z, Tretter L, Adam-Vizi V.: Membrane potential-related effect of calcium on reactive oxygen species generation in isolated brain mitochondria, Biochim Biophys Acta. 1797(6-7):922-928., 2010
Adam-Vizi V, Starkov AA.: Calcium and mitochondrial reactive oxygen species generation: how to read the facts, J Alzheimers Dis. 20 (2): S413-26., 2010
Chinopoulos C, Adam-Vizi V.: Mitochondrial Ca(2+) sequestration and precipitation revisited., FEBS J. 277 (18): 3637–3651., 2010
Ambrus A., Torocsik B., Tretter L., Ozohanics O., and Adam-Vizi V.: Stimulation of reactive oxygen species generation by disease-causing mutations of lipoamide dehydrogenase, Hum Mol Genet 20, 2984-2995., 2011
Chinopoulos C. and Adam-Vizi V.: Modulation of the mitochondrial permeability transition by cyclophilin D: Moving closer to F(0)-F(1) ATP synthase?, Mitochondrion 12, 41-46., 2011
Tretter L., Biagioni A. E., Ardestani M. R., Goracci G., and Adam-Vizi V.: Reversible inhibition of hydrogen peroxide elimination by calcium in brain mitochondria., J Neurosci Res 89, 1965-1972., 2011
Tretter L and Adam-Vizi V: High Ca2+ load promotes hydrogen peroxide generation via activation of alpha-glycerophosphate dehydrogenase in brain mitochondria., Free Radical Bio Med, 53, 2119-2130., 2012
Konrad C, Kiss G, Torocsik B, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Absence of Ca2+-induced mitochondrial permeability transition but presence of bongkrekate-sensitive nucleotide exchange in C. crangon and P. serratus., PLoS One 7(6):e39839, 2012
Adam-Vizi V and Tretter L: The role of mitochondrial dehydrogenases in the generation of oxidative stress., Neurochem Int (közlés alatt), 2013
Ambrus A, Torocsik B, Tretter L, Ozohanics O, Adam-Vizi V: Stimulation of reactive oxygen species generation by disease-causing mutations of lipoamide dehydrogenase, Hum. Mol. Genet. 20(15): 2984-2995, 2011
Adam-Vizi V and Tretter L: The role of mitochondrial dehydrogenases in the generation of oxidative stress., Neurochem Int. 62:(5) 757-763, 2013
Ambrus A, Adam-Vizi V: Molecular dynamics study of the structural basis of dysfunction and the modulation of reactive oxygen species generation by pathogenic mutants of human dihydrolipoamide dehydrogenase, Arch. Biochem. Biophys. 538(2): 145-155, 2013
Nemeria NS, Ambrus A, Patel H, Gerfen G, Adam-Vizi V, Tretter L, Zhou J, Wang J, Jordan F: Human 2-Oxoglutarate Dehydrogenase Complex E1 Component Forms a Thiamin-derived Radical by Aerobic Oxidation of the Enamine Intermediate, J. Biol. Chem., in press, doi:10.1074/jbc.M114.591073, 2014
Tretter L, Ambrus A: Measurement of ROS Homeostasis in Isolated Mitochondria, Meth. Enzymol., in press, 2014
Dobolyi A, Ostergaard E, Bagó AG, Dóczi T, Palkovits M, Gál A, Molnár MJ, Ádám-Vizi V, Chinopoulos C: Exclusive neuronal expression of SUCLA2 in the human brain, BRAIN STRUCT FUNC in press: , 2013
Wysocka-Kapcinska M, Torocsik B, Turiak L, Tsaprailis G, David CL, Hunt AM, Vekey K, Adam-Vizi V, Kucharczyk R, Chinopoulos C: The Suppressor of AAC2 Lethality SAL1 Modulates Sensitivity of Heterologously Expressed Artemia ADP/ATP Carrier to Bongkrekate in Yeast, PLOS ONE 8: (9) , 2013
Kiss G, Konrad C, Pour-Ghaz I, Mansour JJ, Németh B, Starkov AA, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Mitochondrial diaphorases as NAD+ donors to segments of the citric acid cycle that support substrate-level phosphorylation yielding ATP during respiratory inhibition., FASEB J 28:(4) 1682-1697, 2014
Konrad C, Kiss G, Torocsik B, Labar JL, Gerencser AA, Mandi M, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: A distinct sequence in the adenine nucleotide translocase from Artemia franciscana embryos is associated with insensitivity to bongkrekate and atypical effects of adenine nucleotides on Ca2+ uptake and sequestration, FEBS J 278: (5) 822-836, 2011
Doczi J, Turiak L, Vajda S, Mandi M, Torocsik B, Gerencser AA, Kiss G, Konrad C, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: Complex Contribution of Cyclophilin D to Ca2+-induced Permeability Transition in Brain Mitochondria, with Relation to the Bioenergetic State, J BIOL CHEM 286: (8) 6345-6353, 2011
Kiss G, Konrad C, Doczi J, Starkov AA, Kawamata H, Manfredi G, Zhang SF, Gibson GE, Beal MF, Adam-Vizi V, Chinopoulos C: The negative impact of alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex deficiency on matrix substrate-level phosphorylation, FASEB J 27: (6) 2392-2406, 2013
Tretter L, Horvath G, Holgyesi A, Essek F, Adam- Vizi V: Enhanced hydrogen peroxide generation accompanies the beneficial bioenergetic effects of methylene blue in isolated brain mitochondria, FREE RADICAL BIO MED &: &, 2014




 

Events of the project

  
2013-04-22 16:01:57
Résztvevők változása



Back »