Fehérjék konformációs dinamikája mint a biomolekuláris felismerés és jelátvitel meghatározó eleme  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
77978
típus NK
Vezető kutató Závodszky Péter
magyar cím Fehérjék konformációs dinamikája mint a biomolekuláris felismerés és jelátvitel meghatározó eleme
Angol cím Protein conformational dynamics as a key determinant in biomolecular recognition and signal transmission
magyar kulcsszavak fehérjék, fehérjeszerkezet, enzimek, fehérjeszerkezet dinamika, fehérjefunkfiók
angol kulcsszavak allostery, protein structure, protein dynamics, enzymes, protein function
megadott besorolás
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)60 %
Ortelius tudományág: Enzimológia
Biofizika (pl. transzport-mechanizmusok, bioenergetika, fluoreszcencia) (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)40 %
Ortelius tudományág: Molekuláris biofizika
zsűri Molekuláris és Szerkezeti Biológia, Biokémia
Kutatóhely Molekuláris Élettudományi Intézet (HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont)
résztvevők Barna László
Beinrohr László
Cseh Sándor
Cseh-Szilágyi Katalin
Dobó József
Gál Péter
Gráczer Éva
Gyimesi Gergely
Györffy Dániel
Hajdú István
Kamondi Szilárd
Kazinczyné Dr. Vas Mária
Kocsis Andrea
Lorincz Zsolt
Major Balázs
Matkovicsné Dr. Varga Andrea
Megyeri Márton
Perbiróné Szabó Judit
Pollnerné dr. Flachner Beáta
Sajó Ráchel
Szaszkó Mária
Szilágyi András
Varga János
Végh Barbara Márta
Vonderviszt Ferenc
projekt kezdete 2009-04-01
projekt vége 2013-03-31
aktuális összeg (MFt) 34.381
FTE (kutatóév egyenérték) 25.42
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A biológiai rendszerek működésének felderítéséhez elengedhetetlen a különféle biomolekuláris felismerési mechanizmusok (enzim-szubsztrát, receptor-ligand, antigén-antitest, stb.) megértése. Ezen mechanizmusok meghatározó eleme a fehérjemolekuláknak alloszterikus konformációváltozása, ami a lokális fluktuációktól a hurokmozgásokon át egészen a nagyléptékű doménmozgásokig terjedhet. A jelen kutatási pályázat célja, hogy különböző szerkezeti felépítésű, kölcsönható biológiai rendszereknél felfedje az alloszterikus konformációváltozások hátterében lezajló molekuláris eseményeket: I. Fel kívánjuk deríteni egy tipikus, két doménből felépülő enzim, a 3-foszfoglicerát kináz szubsztrátjaival való kölcsönhatásának módját (beleértve az antivirális gyógyszerjelölt nukleozidokkal való kölcsönhatásokat), és annak szerepét az enzim katalitikusan kompetens, zárt konformációjának kialakításában. II. Elemezni fogjuk a dimer izopropil-malát dehidrogenáz alegységei, ill. az alegységen belüli domének között működő kooperatív kölcsönhatások molekuláris mechanizmusát. III. A rendezetlen fehérjeszegmensek csatolt kötődése és felgombolyodása a makromolekulás felismerés egy speciális esete. Célul tűzzük ki, hogy meghatározzuk a bakteriális flagellum axiális fehérjéi rendezetlen terminális régióinak szerepét a filamentumok önasszociációjának szabályozásában. IV. Tanulmányozni kívánjuk az immunrendszer komplement kaszkádjának szabályozásához szükséges fehérje-fehérje kölcsönhatásokat. Célunk, hogy felderítsük a komplement kaszkád alternatív útvonalának egy specifikus szabályozó mechanizmusát, a C1 inhibitor által kifejtett, nem szerpinszerű gátlás mikéntjét.
angol összefoglaló
To understand the structural basis of biological function, various biomolecular recognition mechanisms (enzyme-substrate, receptor-ligand, antigen-antibody, etc.) must be considered. These mechanisms require allosteric conformational rearrangements of protein molecules, which range from local fluctuations and loop movements to large-scale domain motions. The purpose of the present research proposal is to uncover the actual pathways and mechanisms of allosteric changes for interacting macromolecular systems of various complexities: I. Enzyme-substrate interactions (including interactions with antiviral prodrug nucleotides), and their role in the formation of the catalytically competent closed conformation of a typical two-domain, hinge-bending enzyme, 3-phosphoglycerate kinase. II. The molecular basis of cooperative domain-domain and subunit-subunit interactions of the dimeric isopropylmalate dehydrogenase. III. Coupled binding and folding of disordered protein segments is a special case of macromolecular recognition. Molecular events associated with the ordering of the disordered terminal regions of flagellar axial proteins during self-assembly of flagellar filaments will be explored. IV. The protein-protein interactions essential for the regulation of the complement cascade, an important part of the immune system, will be studied. Namely, the non-serpin-type inhibition of the alternative pathway of the complement cascade, as a regulatory mechanism effected by C1-inhibitor, will be elucidated.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
A térszerkezet alapján, a konformációs dinamika figyelembevételével kíséreltük meg az intramolekuláris és molekulák közötti jelátvitel megértését atomi felbontással. Kísérleti objektumok: a komplement rendszer, azon belül is a nemrég felfedezett lektin út fehérjekomplexei, a flagelláris exportrendszer valamint moduláris monomer, dimer és oligomer felépítésű enzimek álltak. Megállapítottuk, hogy FliI ATPáz, amely képes az exportálandó fehérjéje kitekerésére, a FliJ, FliH és FliS komponensekkel együtt képez olyan szupramolekuláris komplexet, amely képes az export szubsztrátumok felismerésére. Leírtuk a foszfoglicerát kináz enzim alloszterikus működési mechanizmusát, atomi felbontással. Feltártuk az izopropilmalát dehidrogenáz molekuláris csuklóinak működését és szerepét az alegységek kölcsönhatásaiban. Szelektív inhibitorokkal a tankönyvi tézissel ellentétes felismerésre jutottunk, miszerint a komplement rendszer lektin útjának meghatározó aktivátora a MASP-1 szerin proteáz. Így a komplement aktiválással összefüggő betegségek új gyógyszercélpont molekuláját azonosítottuk. Felfedeztük, hogy a MASP-1 képes a kininogén hasítása útján, bradikinint felszabadítva, komplement függő gyulladást keltésére. Felfedeztük, hogy a trombinhoz hasonlóan a MASP-1, PAR-4 receptoron keresztül endotél sejteket aktivál. Bizonyítékot találtunk arra, hogy a fehérjék konformációs dinamikája meghatározza a szerkezet evolúciójának lehetséges irányait, több milliárd éves időskálán is.
kutatási eredmények (angolul)
The CUB2 domain of C1r without calcium has disordered structure. This flexibility, necessary for autocativation of C1r inside the C1 complex, is regulated by calcium. Using MASP-selective inhibitors we proved that, in contrast to the previous textbook picture, MASP-1 is the exclusive activator of MASP-2. Blocking the proteolytic activity of MASP-1 prevents activation of the lectin pathway, therefore MASP-1 is a new target in treating complement related diseases. We solved the structure of the catalytic region of MASP-1. The structure explains the special enzymatic characteristics of this complement protease. We discovered a new, inflammation related function of the complement system: MASP-1 is able to directly activate endothelial cells through cleaving protease activated receptor-4. We discovered that MASP-1 is able to cleave kininogen and liberates bradykinin. In this way MASP-1 can contribute to the local inflammatory reaction triggered by complement activation. The allosteric mechanismnof human PGK has been explored at atomic details. In the dimeric enzyme IPMDH structural and site-directed mutagenesis studies revealed the operation of the two main molecular hinges and their relationship with the subunit interactions. We have shown that conformational motions are linked to protein evolution by producing structural variants that can be evolutionarily stabilized. This process is exemplified by segment-swapped proteins, a new group of proteins discovered by us.
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Gál P, Dobó J, Závodszky P, Sim RB.: Early complement proteases: C1r, C1s and MASPs. A structural insight into activation and functions., Mol Immunol. 2009 Sep;46(14):2745-52., 2009
Dobó J, Harmat V, Beinrohr L, Sebestyén E, Závodszky P, Gál P.: MASP-1, a promiscuous complement protease: structure of its catalytic region reveals the basis of its broad specificity., J Immunol. 2009 Jul 15;183(2):1207-14., 2009
Than NG, Romero R, Goodman M, Weckle A, Xing J, Dong Z, Xu Y, Tarquini F, Szilagyi A, Gal P, Hou Z, Tarca AL, Kim CJ, Kim JS, Haidarian S, Uddin M, Bohn H, Benirschke K, Santolaya-Forgas J, Grossman LI, Erez O, Hassan SS, Zavodszky P, Papp Z, Wildman DE.: A primate subfamily of galectins expressed at the maternal-fetal interface that promote immune cell death., Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 Jun 16;106(24):9731-6., 2009
Hajdú I, Szilágyi A, Kardos J, Závodszky P.: A link between hinge-bending domain motions and the temperature dependence of catalysis in 3-isopropylmalate dehydrogenase., Biophys J. 2009 Jun 17;96(12):5003-12., 2009
Megyeri M, Makó V, Beinrohr L, Doleschall Z, Prohászka Z, Cervenak L, Závodszky P, Gál P.: Complement protease MASP-1 activates human endothelial cells: PAR4 activation is a link between complement and endothelial function., J Immunol. 2009 Sep 1;183(5):3409-16., 2009
Varga A, Szabó J, Flachner B, Gugolya Z, Vonderviszt F, Závodszky P, Vas M.: Thermodynamic analysis of substrate induced domain closure of 3-phosphoglycerate kinase., FEBS Lett. 2009 Nov 19;583(22):3660-4., 2009
Dobó J, Varga J, Sajó R, Végh BM, Gál P, Závodszky P, Vonderviszt F.: Application of a short, disordered N-terminal flagellin segment, a fully functional flagellar type III export signal, to expression of secreted proteins., Appl Environ Microbiol. 2010 Feb;76(3):891-9., 2010
Agócs G, Solymosi K, Varga A, Módos K, Kellermayer M, Závodszky P, Fidy J, Osváth S.: Recovery of functional enzyme from amyloid fibrils., FEBS Lett. 2010 Mar 19;584(6):1139-42., 2010
Major B, Kardos J, Kékesi KA, Lorincz Z, Závodszky P, Gál P.: Calcium-dependent conformational flexibility of a CUB domain controls activation of the complement serine protease C1r., J Biol Chem. 2010 Apr 16;285(16):11863-9., 2010
Gulla KC, Gupta K, Krarup A, Gal P, Schwaeble WJ, Sim RB, O'Connor CD, Hajela K.: Activation of mannan-binding lectin-associated serine proteases leads to generation of a fibrin clot., Immunology. 2010 Apr;129(4):482-95., 2010
Varga A, Lionne C, Lallemand P, Szabó J, Adamek N, Valentin C, Vas M, Barman T, Chaloin L.: Direct kinetic evidence that lysine 215 is involved in the phospho-transfer step of human 3-phosphoglycerate kinase., Biochemistry. 2009 Jul 28;48(29):6998-7008., 2009
Vas M, Varga A, Gráczer E.: Insight into the mechanism of domain movements and their role in enzyme function: example of 3-phosphoglycerate kinase., Curr Protein Pept Sci. 2010 Mar 1;11(2):118-47., 2010
Cliff MJ, Bowler MW, Varga A, Marston JP, Szabó J, Hounslow AM, Baxter NJ, Blackburn GM, Vas M, Waltho JP.: Transition State Analogue Structures of Human Phosphoglycerate Kinase Establish the Importance of Charge Balance in Catalysis., J Am Chem Soc. 132(18):6507-16., 2010
Nimrod G, Schushan M, Szilágyi A, Leslie C, Ben-Tal N.: iDBPs: a web server for the identification of DNA binding proteins., Bioinformatics. 2010 Mar 1;26(5):692-3., 2010
Kucukural A, Szilagyi A, Sezerman O, Zhang Y: Protein homology analysis for function prediction with parallel sub-graph isomorphism., In: Lodhi H, Yamanishi Y (eds.): Chemoinformatics: Advances in Chemoinformatics and Computational Methods. IGI Global., 2010
Mukherjee S, Szilagyi A, Roy A, Zhang Y: Genome-wide protein structure prediction., In: Kolinski A (ed.): Multiscale approaches to protein modeling: structure prediction, dynamics, thermodynamics and macromolecular assemblies. Springer-London, Chapter 11, 2010
Kurunczi S, Németh A, Hülber T, Kozma P, Petrik P, Jankovics H, Sebestyén A, Vonderviszt F, Fried M, Bársony I:: In situ ellipsometric study of surface immobilization of flagellar filaments, Applied Surface Science 257, 319-324., 2010
Muskotál A, Seregélyes Cs, Sebestyén A, Vonderviszt F: Structural basis for stabilization of the hypervariable D3 domain of Salmonella flagellin upon filament formation, J. Mol. Biol. 403, 607-615., 2010
Vonderviszt F, Sajó R, Dobó J and Závodszky P: The use of a flagellar export signal for the secretion of recombinant proteins in Salmonella., Methods in Molecular Biology, 2012; 824:134-143, 2011
Kozma P, Kozma D, Németh A, Jankovics H, Kurunczi S, Horvath R, Vonderviszt F, Fried M, Petrik P: In-depth characterization and computational 3D reconstruction of flagellar filament protein layer structure based on in-situ spectroscopic ellipsometry measurements., Applied Surface Science, 2011 June 1; 257(16):7160-6, 2011
Merli A, Manikandan K, Gráczer E, Schuldt L, Singh RK, Závodszky P, Vas M, Weiss MS.: Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of various enzyme-substrate complexes of isopropylmalate dehydrogenase from Thermus thermophilus, Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. (2010) Jun 1;66(Pt 6):738-43., 2010
Gráczer, É., Merli, A., Singh, R.K., Karuppasamy, M., Závodszky, P., Weiss, M.S. & Vas, M.: Atomic level description of the Domain Closure in a Dimeric Enzyme: Thermus thermophilus 3-Isopropylmalate Dehydrogenase, Molecular Biosystems (2011), 7(5):1646-59., 2011
Zerrad, L., Merli, A., Schröder, G.F., Varga, A., Gráczer, É., Pernot, P., Round, A., Vas, M. & Bowler, M.W.: A spring loaded release mechanism regulates domain movement and catalysis in phosphoglycerate kinase, Journal of Biological Chemistry 2011 Apr 22; 286(16): 14040-8, 2011
Varga, A., Chaloin, L., Sági, Gy., Sendula, R., Gráczer, É., Liliom, K., Závodszky, P., Lionne, C. & Vas, M.: Nucleotide promiscuity of 3-phosphoglycerate kinase is in focus: implications for the design of better anti-HIV analogues, Molecular Biosystems (2011), 2011 June; 7(6):1863-73, 2011
Kocsis, J., Mészáros, T., Madaras, B., Tóth, E.K., Kamondi, S., Gál, P., Varga, L., Prohászka, Z. and Füst, G.: High levels of acute phase proteins and soluble 70 kDa heat shock proteins are independent and additive risk factors for mortality in colorectal cancer., Cell Stress Chaperon. 16, 49-55, 2011
Degn, S.E., Jensen, L., Gál, P., Dobó, J., Holmvad, S.H., Jensenius, J.C. and Thiel, S.: Biological variations of MASP-3 and MAp44, two splice products of the MASP1 gene involved in regulation of the complement system., J Immunol Methods. 361, 37-50, 2010
Láng, A., Szilágyi, K., Major, B., Gál, P., Závodszky, P. and Perczel A.: Intermodule cooperativity in the structure and dynamics of consecutive complement control modules in human C1r., FEBS J. 277, 3986-98, 2010
Kocsis, A., Kékesi, K.A., Szász, R., Végh, B.M., Balczer, J., Dobó, J., Závodszky, P., Gál, P. and Pál, G.: Selective Inhibition of the Lectin Pathway of Complement with Phage Display Selected Peptides against Mannose-Binding Lectin-Associated Serine Protease (MASP)-1 and -2: S, J. Immunol. 185, 4169-4178, 2010
Láng, A., Major, B., Szilágyi, K., Gáspári, Z., Gál, P., Závodszky, P. and Perczel, A.: Interaction between separated consecutive complement control modules of human C1r: Implications for dimerization of the full-length protease., FEBS Lett. 584, 4565-4569, 2010
Gál P, Pál G, Kocsis A, Závodszky P: NOVEL PEPTIDES, PROCESS FOR PREPARATION THEREOF, AND USE THEREOF, WO 2010136831, 2010
Beinrohr L, Murray-Rust TA, Dyksterhuis L, Závodszky P, Gál P, Pike RN and Wijeyewickrema LC: Serpins and the complement system, Methods In Enzymology Volume 499 Chapter 4, 2011
Gráczer E, Konarev PV, Szimler T, Bacsó A, Bodonyi A, Svergun DI, Závodszky P, Vas M.: Essential role of the metal-ion in the IPM-assisted domain closure of 3-isopropylmalate dehydrogenase., FEBS Lett. 2011 Oct 20;585(20):3297-302., 2011
Szabó V, Muskotál A, Tóth B, Mihovilovic MD, Vonderviszt F.: Construction of a xylanase A variant capable of polymerization., PLoS One. 2011;6(9):e25388., 2011
Klein A, Tóth B, Jankovics H, Muskotál A, Vonderviszt F.: A polymerizable GFP variant., Protein Eng Des Sel. 2012 Apr;25(4):153-7., 2012
Dobó J, Major B, Kékesi KA, Szabó I, Megyeri M, Hajela K, Juhász G, Závodszky P, Gál P.: Cleavage of kininogen and subsequent bradykinin release by the complement component: mannose-binding lectin-associated serine protease (MASP)-1., PLoS One. 2011;6(5):e20036., 2011
Thiel, S., Jensen, L., Degn, S.E., Nielsen, H.J., Gál, P., Dobó, J. and Jensenius J.C.: Normal and acute-phase levels of human MASP-1, an enzyme associated with humoral pattern-recognition molecules, Clin. Exp. Immunol. DOI: 10.1111/j.1365-2249.2012.04584.x, 2012
Héja D, Harmat V, Fodor K, Wilmanns M, Dobó J, Kékesi KA, Závodszky P, Gál P, Pál G.: Monospecific inhibitors show that both mannan-binding lectin-associated serine protease (MASP)-1 and -2 are essential for lectin pathway activation and reveal structural, J Biol Chem. 2012 Apr 16. [Epub ahead of print], 2012
Hess K, Ajjan R, Phoenix F, Dobó J, Gál P, Schroeder V.: Effects of MASP-1 of the Complement System on Activation of Coagulation Factors and Plasma Clot Formation., PLoS One. 2012;7(4):e35690., 2012
Szilágyi A, Zhang Y, Závodszky P.: Intra-chain 3D segment swapping spawns the evolution of new multidomain protein architectures., J Mol Biol. 2012 Jan 6;415(1):221-35., 2012
Héja D, Kocsis A, Dobó J, Szilágyi K, Szász R, Závodszky P, Pál G, Gál P: A revised mechanism of complement lectin pathway activation revealing the role of MASP-1 as the exclusive activator of MASP-2, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 15425-15430, 2012
Gál P, Pál G, Héja D, Závodszky P: NOVEL PROTEINS, THEIR PRODUCTION PROCESS AND USE TEREOF, WO2012007777, 2012
Gál P, Dobó J, Beinrohr L, Pál G, Závodszky P.: Inhibition of the serine proteases of the complement system., Adv Exp Med Biol. 2013;734:23-40., 2013
Varga A, Gráczer E, Chaloin L, Liliom K, Závodszky P, Lionne C, Vas M.: Selectivity of kinases on the activation of tenofovir, an anti-HIV agent., Eur J Pharm Sci. 2013 Jan 23;48(1-2):307-15. doi: 10.1016/j.ejps.2012.11.007, 2013
Györffy D, Závodszky P, Szilágyi A.: "Pull moves" for rectangular lattice polymer models are not fully reversible., IEEE/ACM Trans Comput Biol Bioinform. 2012 Nov-Dec;9(6):1847-9. doi: 10.1109/TCBB.2012.129., 2012
Varga A, Palmai Z, Gugolya Z, Gráczer É, Vonderviszt F, Závodszky P, Balog E, Vas M.: Importance of aspartate residues in balancing the flexibility and fine-tuning the catalysis of human 3-phosphoglycerate kinase., Biochemistry. 2012 Dec 21;51(51):10197-207. doi: 10.1021/bi301194t, 2012
Závodszky P, Hajdú I.: Evolution of the concept of conformational dynamics of enzyme functions over half of a century: A personal view., Biopolymers. 2013 Apr;99(4):263-9. doi: 10.1002/bip.22159., 2013
Megyeri M, Harmat V, Major B, Végh A, Balczer J, Héja D, Szilágyi K, Datz D, Pál G, Závodszky P, Gál P, Dobó J.: Quantitative Characterization of the Activation Steps of Mannan-binding Lectin (MBL)-associated Serine Proteases (MASPs) Points to the Central Role of MASP-1 in the Initiation of the Complement Lectin Pathway., J Biol Chem. 2013 Mar 29;288(13):8922-34. doi: 10.1074/jbc.M112.446500. Epub 2013 Feb 5., 2013
Paréj K, Dobó J, Závodszky P, Gál P.: The control of the complement lectin pathway activation revisited: Both C1-inhibitor and antithrombin are likely physiological inhibitors, while α2-macroglobulin is not., Mol Immunol. 2013 Jul;54(3-4):415-22. doi: 10.1016/j.molimm.2013.01.009, 2013
Gráczer E, Lionne C, Závodszky P, Chaloin L, Vas M.: Transient kinetic studies reveal isomerization steps along the kinetic pathway of Thermus thermophilus 3-isopropylmalate dehydrogenase., FEBS J. 2013 Feb 19. doi: 10.1111/febs.12191., 2013
Kidmose RT, Laursen NS, Dobó J, Kjaer TR, Sirotkina S, Yatime L, Sottrup-Jensen L, Thiel S, Gál P, Andersen GR.: Structural basis for activation of the complement system by component C4 cleavage., Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Sep 18;109(38):15425-30., 2012
Csuka D, Munthe-Fog L, Skjoedt MO, Kocsis A, Zotter Z, Gál P, Varga L, Farkas H, Füst G, Garred P.: The role of ficolins and MASPs in hereditary angioedema due to C1-inhibitor deficiency., Mol Immunol. 2013 Jul;54(3-4):271-7. doi: 10.1016/j.molimm.2012.12.015, 2013
Abrusán G, Szilágyi A, Zhang Y, Papp B.: Turning gold into 'junk': transposable elements utilize central proteins of cellular networks., Nucleic Acids Res. 2013 Mar 1;41(5):3190-200. doi: 10.1093/nar/gkt011., 2013
Abrusan G, Zhang Y, Szilagyi A.: Structure prediction and analysis of DNA transposon and LINE retrotransposon proteins., J Biol Chem. 2013 Mar 25., 2013




 

Projekt eseményei

  
2011-12-14 13:03:12
Résztvevők változása
2010-10-06 09:36:08
Kiegészítő támogatás beolvasztása



vissza »