A thymosin beta-4 szerkezeti adaptációja különböző partnereihez  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
105049
típus PD
Vezető kutató Tantos Ágnes
magyar cím A thymosin beta-4 szerkezeti adaptációja különböző partnereihez
Angol cím The structural adaptation of thymosin beta-4 to its interacting partners
magyar kulcsszavak Rendezetlen fehérje, thymosin beta 4, fuzzy komplex, szerkezeti adaptáció, moonlighting
angol kulcsszavak Disordered protein, thymosin beta 4, fuzzy complex, structural adaptation, moonlighting
megadott besorolás
Szerkezeti biológia (krisztallográfia és elektronmikroszkópia) (Orvosi és Biológiai Tudományok)100 %
zsűri Molekuláris és Szerkezeti Biológia, Biokémia
Kutatóhely Enzimológiai Intézet (Természettudományi Kutatóközpont)
projekt kezdete 2012-09-01
projekt vége 2015-08-31
aktuális összeg (MFt) 24.714
FTE (kutatóév egyenérték) 2.40
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A rendezetlen fehérjék funkcionális és szerkezeti adaptabilitásának mélyebb megértése érdekében végzünk vizsgálatokat a thymosin beta- 4 modellfehérjén, melynek moonlighting funkciója ismert az irodalomból. Ez a fő funkcióját tekintve aktin kötő fehérje számos más biológiai funkcióval is rendelkezik, melyek közül kiemelkedik a sejtregenerációra, sejtvándorlásra és gyulladásos folyamatokra gyakorolt hatása. Ezekben a folyamatokban más-más partnerrel lép kapcsolatba, ám a komplexek mélyreható biokémiai, biofizikai és szerkezeti jellemzése még nem történt meg. A pályázat célkitűzései a thymosin beta-4 fehérje különböző partnerekkel kialakított komplexeinek jellemzése in vitro és in vivo, valamint a fehérje sejtélettani folyamatokban betöltött szerepének pontosabb megismerése irányított mutációkon keresztül.

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 kutatás alapvető célja, hogy egy modell fehérje vizsgálatán keresztül feltárjuk, milyen molekuláris mechanizmusok húzódnak meg a rendezetlen fehérjék funkcionális promiszkuitása mögött. Kiinduló hipotézünk, hogy egy rendezetlen fehérje képes a partneréhez való kötődéskor eltérő módon feltekeredni, ezáltal különböző feladatokat végrehajtani. Ez az elmélet gyakran felmerül, amikor a rendezetlen fehérjék szerkezeti adaptabilitásáról, funkcionális promiszkuitásáról esik szó, azonban kísérleti úton még nem sikerült hitelt érdemlően igazolni. Eredményeink tükrében választ kaphatunk arra, hogyan képes egy rendezetlen fehérje más-más kötő partnerrel eltérő szerkezetek kialakítására, ezek milyen biológiai jelentőséggel bírnak, valamint hogy ennek tükrében milyen lehetőségek adódnak egy szerteágazó aktivitással rendelkező rendezetlen fehérje funkcióinak szabályozására.

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 thymosin beta 4 egy olyan rendezetlen fehérje, melynek kimutatták a szívizom sejtek regenerációjára kifejtett pozitív hatását. Azonban nem csupán a szívizom sejtek regenerálódását serkenti, általános gyulladáscsökkentő, sejtregeneráló, anti-apoptotikus hatását is leírták. Kedvező hatásainak ismeretében gyógyszerészeti felhasználására is történnek kísérletek. Mindazonáltal szerteágazó hatásainak biokémiai háttere még nem eléggé tisztázott, és mivel több olyan eredmény is napvilágot látott, melyek szerint bizonyos rákos megbetegedések kialakulásában is szerepe lehet, hatásmechanizmusának pontos megismerése igen fontos, mielőtt gyógyászati felhasználása széles körben megkezdődhet. Lényeges tényező, hogy a különböző funkciói kifejtéséhez pontosan milyen partnerekkel lép kapcsolatba, és milyen tényezők befolyásolják az egyes interakciók kialakulását. A jelenleg hozzáférhető eredmények csak az eredeti kötő partnerével, a G-aktinnal kialakított szerkezetéről adnak részletes tájékoztatást, ám ezen a fehérjén kívül még számos partnerét ismerjük, melyekkel kialakított kölcsönhatásai más-más sejtélettani jelenségre bírnak hatással. Amennyiben munkánk eredményeképpen jellemezni tudjuk, hogy a különböző partnerekkel milyen módon, és mely régiókon keresztül létesít kapcsolatot a TB4, akkor az egyes specifikus régiók módosítása révén befolyásolhatjuk a hatását, és elkerülhetjük az alkalmazása során esetleg felmerülő nemkívánatos mellékhatásait.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Eddigi felfogásunk szerint minden fehérjének rendelkeznie kell egy jól meghatározott szerkezettel ahhoz, hogy élettani szerepét betölthesse. A legfrissebb kutatási eredmények azonban igazolták, hogy a fehérjék jelentős hányada nem rendelkezik ilyen térbeli szerkezettel, hanem inkább hasonlít egy laza gombolyagra. Ezek a rendezetlen fehérjék gyakoriak a génműködést és sejtciklust szabályozó fehérjék csoportjaiban, hibás működésük pedig súlyos betegségek kialakulásához vezethet (különböző rák-, neurodegeneratív- és prion betegségek), ezért biokémiájuk megismerése alapvető fontosságú, nem csak elméleti, hanem gyakorlati szempontból is. A rendezetlen fehérjék egyik ismert tulajdonsága, hogy többféle más fehérjével is képesek kölcsönhatások kialakítására, így több, egymástól nagyban különböző funkció ellátására. Ezt nevezik funkcionális promiszkuitásnak, melynek szerkezeti, biokémiai háttere még nem pontosan ismert. Ennek a folyamatnak az alaposabb megértését tűztem ki célul egy rendezetlen fehérje vizsgálatán keresztül. A thymosin beta 4 egy olyan fehérje, melynek szívizomsejt regeneráló, gyulladáscsökkentő és sejtvédő hatása is ismert, ugyanakkor néhány ráktípusban mint az áttétel valószínűségét növelő tényező játszik szerepet. Sejtélettani folyamatokban többféle partnerrel is leírták kötődését, ám ezeknek a kölcsönhatásoknak a pontos biokémiája nem ismert. Munkám célja az, hogy a thymosin beta 4 különböző partnerekkel kialakított kölcsönhatásainak biokémiai, biofizikai és szerkezeti jellemzésével jobban megérthessük ennek a fehérjének a viselkedését, valamint hogy általános következtetéseket tudjunk levonni a rendezetlen fehérjék funkcionális promiszkuitására vonatkozóan.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

I plan to conduct studies for the deeper understanding of the functional and structural adaptability of disordered proteins (IDPs) using a model protein, thymosin beta-4, which is known to possess multiple functions, that is a moonlighting protein. Apart from its main function as an actin sequestering molecule, other biological functions has been linked to this protein, most importantly in cell regeneration, cell mobility and inflammatory processes. Its interactions with many different partner has been described in various cell physiological processes, but the precise biochemistry of these interactions is not yet understood. My goal is to gain a deeper insight into the forming of the different complexes of TB4 and its partners in vivo and in vitro and also to reach a deeper understanding of the cellular functions of TB4 through mutagenesis studies.

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.

The basic goal of the research is to unravel the molecular mechanisms behind the functional promiscuity of IDPs through the study of a model protein, thymosin beta-4 (TB4). The starting hypothesis is that a disordered protein is capable of adapting its bound structure to its native partner, and thus fulfilling different functions. This is a frequent notion on the score of the structura adaptability and functional promiscuity of disordered proteins, but there is a lack in experimental proof verifying its pertinence. The results of this work may explain how a disordered protein can adopt different structures upon binding to different partners with diverse biological outcomes and thus what regulatory processes may be involved in modifying its functions.

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.

Thymosin beta 4 (TB4) is an intrinsically disordered protein (IDP), whose positive effect on cardiac cell repair has been shown in an earlier study. Apart from this effect, anti-inflammatory, anti-apoptotic effects has also been linked to this protein, along with promoting cell regeneration. Due to its beneficial effects, there are attempts toward its medical application. Nevertheless, the precise biochemical background of its diversified functions is not characterized well enough and since it has also been implicated in certain types of tumors, the better understanding of its actions is of high importance before its widespread medical application can be started. It is important to clarify the nature of interactions needed to fulfill the different functions and also to explore the factors affecting the formation of each complex. Thus far, the structure of the bound TB4 is only known with its original partner, G-actin, but through the interaction with its other partners, TB4 is involved in many other cellular processes, and little is known of the biochemical and biophysical characteristics of these interactions. By describing the exact regions and modes through which TB4 forms complexes with its partners, we will be able to influence these interactions by modifying the specific regions or amino acids, thus preventing unwanted side-effects during its medical applications.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

So far our view on proteins has been that a protein needs a well-defined three dimensional structure in order to be able to fulfill a function. However, recent scientific results proved that a large proportion of proteins does not possess such a rigid structure, but functions in an unfolded state. These so called intrinsically disordered proteins (IDPs) are frequent in protein classes involved in transcription and cell cycle regulation, and their erroneous behavior may cause severe illnesses (different tumor types, neurodegenerative and prion illnesses), so understanding their biochemistry is of elemental importance, not only for theoretical, but also for practical considerations. One of the characteristic of IDPs is the capability to bind to many other partners, thus achieving many different and highly diverse functions. This phenomenon is known as functional promiscuity, whose structural background is not precisely known. My goal is to understand this process through the study of a disordered protein. Thymosin beta 4 (TB4) is a protein that is known for its beneficial effect on cardiac cell repair, its anti-inflammatory and anti-apoptotic effect, but also is implicated in a number of different tumor types. Many binding partners of TB4 has been described in different cell biological processes, but the biochemical background of these interactions remains to be elucidated. The goal of my proposal is to gain a deeper insight into the mode of action of TB4 through the biochemical, biophysical and structural characterization of the complexes with its different binding partners, and also to be able to find a general model for the functional promiscuity of the iDPs in general.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A kutatás során a thymosin beta 4 (TB4) fehérje különböző partnerekkel kialakított komplexeinek szerkezeti és biofizikai jellemzése volt a cél. A munka során bakteriális expressziós rendszerben kifejeztettük és tisztítottuk a vizsgálni kívánt fehérje szakaszokat, és a kötődésüket többféle különböző módszerrel jellemeztük. Az alkalmazott módszerek a következők voltak: bioréteg interferencia (BLI), triptofán fluoreszcencia kioltás, közeli és távoli UV cirkuláris dikroizmus mérés, izotermális titrációs kalorimetria (ITC), mágneses magrezonancia (NMR), kisszögű röntgen szórás (SAXS) és szélessávú NMR. Vizsgálataink eredményeképpen ki tudtuk mutatni, hogy a TB4 a vizsgált partnereivel (ILK, PINCH és stabilin) úgynevezett “fuzzy” komplexeket alkot, melyben a TB4 nagyrésze kötött állapotban is megőrzi rendezetlenségét. Annak érdekében, hogy ki tudjuk mutatni, ezek a “fuzzy” komplexek élő sejtben is létrejöhetnek, két irányban kezdtünk el kísérleteket végezni. Egyrészt kifejeztettük eukarióta sejtben a teljes hosszúságú partner fehérjéket, hogy a poszt-transzlációs módosítások szerepét feltérképezhessük a komplexek szerkezetének kialakításában. Másrészt megteremtettük a lehetőséget a komplexek kialakulásának sejten belüli követésére. Ennek érdekében elkészítettük azokat a sejtvonalakat, melyekben egy sejten belül, de időben elválasztva tudjuk indukálni a partner fehérjék termelődését. A vizsgálatok mindkét irányban tovább folynak és várhatóan idén publikálásra kerülnek az eredmények.
kutatási eredmények (angolul)
The aim of the studies was the structural and biophysical characterization of the complexes of thymosin beta 4 (TB4) formed with its different partners. We cloned a purified the interacting protein regions in a bacterial expression system and characterized their binding with different methods. These methods included: biolayer interferometry (BLI), tryptophan fluorescence quenching, near- and far UV circular dichroism, isothermal titration calorimetry (ITC), nuclear magnetic resonance (NMR), small angle X-ray scattering (SAXS) and wide-line NMR. As a result of our studies we were able to show that TB4 forms so called “fuzzy” complexes with its partners involved in our experiments (ILK, PINCH and stabilin), where the majority of TB4 remains disordered even in its bound form. With the aim of proving the existence of these fuzzy complexes in living cells, we started two different lines of experiments. One was to express full-length proteins in a eukaryotic expression system, in order to describe the importance of the post-translational modifications in the complex formation. The other was to create the possibility of following the complex formation in a living cell. For this, we prepared cell lines in which we can express the interacting partners in a temporally separated way in the same cell. Experiments are continuing in both lines and the results are expected to be published this year.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105049
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Agnes Tantos, Beata Szabo, Andras Lang, Zoltan Varga, Maksym Tsylonok, Monika Bokor, Tamas Verebelyi, Pawel Kamasa, Kalman Tompa, Andras Perczel, Laszlo Buday, Si-Hyung Lee, Yejin Choo, Kyou-Hoon Han, Peter Tompa: Multiple fuzzy interactions in the moonlighting function of thymosin-β4, Intrinsically Disordered Proteins, in press, 2013
Agnes Tantos, Beata Szabo, Andras Lang, Zoltan Varga, Maksym Tsylonok, Monika Bokor, Tamas Verebelyi, Pawel Kamasa, Kalman Tompa, Andras Perczel, Laszlo Buday, Si-Hyung Lee, Yejin Choo, Kyou-Hoon Han, Peter Tompa: Multiple fuzzy interactions in the moonlighting function of thymosin-β4, Intrinsically Disordered Proteins 1, 2013
Peter Tompa, Eva Schad, Agnes Tantos, Lajos Kalmar: Intrinsically disordered proteins: emerging interaction specialists, CURRENT OPINION IN STRUCTURAL BIOLOGY 35, 2015
Tantos Agnes; Kalmar Lajos; Tompa Peter: The role of structural disorder in cell cycle regulation, related clinical proteomics, disease development and drug targeting, EXPERT REVIEW OF PROTEOMICS 12 (3), 2015
Gabriele Di Sante, Mathew Craig Casimiro, Chenguang Wang, Zuoren Yu, Marco Crosariol, Ratna K Vadlamudi, Monica Mann, Peter Tompa, Agnes Tantos, Richard G Pestell: Specific epigenetic reader role for cyclin D1, Cancer Research 75 (15 Supplement), LB-079-LB-079, 2015
Dókus LE, Menyhárd DK, Tantos Á, Hudecz F, Bánóczi Z: Probing of primed and unprimed sites of calpains: Design, synthesis and evaluation of epoxysuccinyl-peptide derivatives as selective inhibitors, EUR J MED CHEM 82: 274-280, 2014
Bánóczi Z, Tantos A, Farkas A, Majer Z, Dókus LE, Tompa P, Hudecz F: New m-calpain substrate-based azapeptide inhibitors, J PEPT SCI 19: (6) 370-376, 2013
Tantos A, Szrnka K, Szabo B, Bokor M, Kamasa P, Matus P, Bekesi A, Tompa K, Han K-H, Tompa P: Structural disorder and local order of hNopp140, BBA-PROTEINS PROTEOM 1834: (1) 342-350, 2013
Tantos A, Han KH, Tompa P: Intrinsic disorder in cell signaling and gene transcription., MOL CELL ENDOCRINOL 348: (2) 457-465, 2012
Tantos A, Tompa P: Identification of Intrinsically Disordered Proteins by a Special 2D Electrophoresis., METHODS MOL BIOL 896: 215-222, 2012




vissza »