Bioinformatics (Council of Medical and Biological Sciences)
45 %
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)
15 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Biochemistry (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Starting date
2010-10-01
Closing date
2014-09-30
Funding (in million HUF)
22.112
FTE (full time equivalent)
3.18
state
closed project
Summary in Hungarian
Az emlősök genomjának 40%-át alkotják transzpozonok és maradványaik, és, bár különböző mennyiségben, de megtalálhatók minden fontosabb taxonómiai csoportban. A gazdaszervezetek szempontjából az aktivitásuk leginkább parazitizmusnak tekinthető, ennek ellenére egy részük olyan funkciókra tett szert amelyek előnyösek a gazdaszervezet számára, és amelyek sokszor alapvetően befolyásolták a multicelluláris organizmusok evolúcióját. Transzpozon fehérjék „domesztikációja“ új gén-regulációs hálózatok kialakulását eredményezheti (Feschotte 2008), azonban a transzpozonoktól származó fehérjék tényleges hatása a regulációs és anyagcsere hálózatokra kevéssé ismert. A projekt alapvető céljai a következőek i) a „Transposome“ – az ismert transzpozonok – fehérjéinek a strukturális modellezése és analízise; ii) Transzpozonoktól származó fehérjedomainek szisztematikus keresése nem transzpozon fehérjékben (és fordítva – olyan transzpozonok identifikációja melyek nem transzpozon eredetű fehérjéktől való származása kimutatható); iii) a transzpozonoknak a regulációs hálózatok evolúciójában betöltött szerepének meghatározása, és a domesztikált fehérjéik funkciójának meghatározása modell organizmusokban, rendszerbiológiai eszközök segítségével. Ezen túl, a projektből származó adatok értékes információkkal szolgálhatank a nemzetközi kutatóközösség számára, ezért integrálni tervezem őket a RepBase adatbázissal (http://www.girinst.org), az eukarióta transzpozonok központi adatbázisával.
Feschotte, C. 2008. Transposable elements and the evolution of regulatory networks. Nat Rev Genet 9: 397-405.
Summary
On average 40 percent of mammalian genomes consist of remains of transposable elements (TEs), and they are present in virtually all species, in different amounts. The activity of TEs in the host genomes is largely parasitic, nevertheless a fraction of repetitive elements acquired functions that benefit their hosts, and some of these functions have had a major influence on the evolution of multicellular organisms. Theory predicts that the “domestication” of TE proteins may lead to the emergence of novel regulatory networks (Feschotte 2008), however, the impact of TE-derived proteins on the cellular network remains poorly understood. The basic aims of the project are to i) provide a structural analysis and characterization of all proteins of the “Transposome” - known transposable elements; ii) systematically search for transposon derived domains in non-TE proteins, i.e., domesticated transposons (and vice versa- search for TEs that were derived from functional proteins), iii) estimate the contribution of TEs to the evolution of regulatory networks, and employ systems-level analyses to elucidate the functional role of domesticated transposons in well studied model organisms. In addition, the resulting data will also serve as a valuable resource for the research community, and I plan to integrate it with RepBase (http://www.girinst.org), the central database of eukaryotic transposable elements.
Feschotte, C. 2008. Transposable elements and the evolution of regulatory networks. Nat Rev Genet 9: 397-405.
Final report
Results in Hungarian
I. Kimutattuk, hogy rendezetlenség jellemző a transzpozonok ORF1 és 'gag' fehérjéire, amelyekre szükség van a sikeres transzpozícióhoz, és amelyeknek chaperone funkciójuk van.
II. összesen 870 transzpozon domaint modelleztünk, ami kb. 100 CPU évet vett igénybe. A DNS transzpozonok struktúrája azt jelzi, hogy a DNS transzpozonok a legrégebbi proteinekkel egyidősek lehetnek, és régebbiek a retrotranszpozonoknál. Mindez azt jelenti, hogy a DNS valószínűleg nagyon korán átvette a genetikai információhordozó szerepét, és az ezt megelőző RNS világ rövid ideig tartott.
III. Struktúrák közvetlen összehasonlításával kimutattuk, hogy a transzpozonok és gazdaszervezeteik, valamint paraziták közti protein csere sokkal gyakoribb, mint ami szekvencia alapú keresésekkel kimutatható.
IV. Egy extenzív mutáns adatsor, protein modellezés és folding energia szimulációk segítségével kimutattuk, hogy a fehérjéknek egy nemrég felfedezett strukturális komponensének, az un. szektoroknak szignifikáns hatása van a transzpozíciós rátára.
V. Kimutattuk, hogy a transzpozon fehérjék evolúciójuk során új, magas konnektivítású, centrális protein domaineket vesznek fel a gazdaszervezeteiktől.
VI. Flux-balance analízis segítségével kimutattuk, hogy a nemrég felfedezett agyi transzpozíció több száz metabolit bioszintézisét befolyásolhatja, beleértve a dopamint és szerotonint, valamint hatással lehet a Parkinson kór kialakulására.
Results in English
I. We show that intrinsic disorder is a characteristic feature of retrotransposon ORF1 and 'gag' proteins, which have chaperone function, and are necessary for successful transposition.
II. We folded 870 transposon domains, what took approximately 100 CPU years. The structure of DNA transposons indicates that DNA transposons are as old as proteins themselves, older than retrotransposons, indicating that DNA was probably established as the carrier of genetic information early in the history of life, and the preceding RNA world was shrort.
III. Using structure-structure comparisons we show that the frequency of sequence exchange events between transposons and their hosts, and also horizontal transfer to parasitic species is considerably higher than indicated by sequence similarity alone.
IV. Using mutagenesis data, protein modeling and simutations of folding energies we show that recently discovered structural features of proteins called sectors have significant effect on transposition rates.
V. We found that not only TE proteins are domesticated by their hosts, but also TEs evolve by incorporating hiqhly connected, central proteins of the host organism's protein-protein interaction networks.
VI. Using flux balance analysis I show that transposon activity in the human brain has the potential to influence the biosynthesis of hundreds of metabolites, including neurotransmitters like dopamine and serotonine, and may contribute to the development of Parkinson's disease.
