A szumoiláció szerepe a Drosophila ivarsejt fejlődésében  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
124446
típus PD
Vezető kutató Bence Melinda
magyar cím A szumoiláció szerepe a Drosophila ivarsejt fejlődésében
Angol cím Role of sumoylation in germ cell development of Drosophila
magyar kulcsszavak szumoiláció, ivarsejt, őssejt, niche, Drosophila
angol kulcsszavak sumoylation, germ cell, stem cell, niche, Drosophila
megadott besorolás
Egyedfejlődés, fejlődésgenetika, mintázatképződés, embriológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)50 %
Molekuláris genetika, reverz genetika, RNS-interferencia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)50 %
Ortelius tudományág: Molekuláris genetika
zsűri Genetika, Genomika, Bioinformatika és Rendszerbiológia
Kutatóhely Genetikai Intézet (HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont)
résztvevők Erdélyi Miklós
projekt kezdete 2017-09-01
projekt vége 2020-08-31
aktuális összeg (MFt) 15.405
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 szumoiláció egy poszt-transzlációs fehérje-módositás, melynek során egy kis méretű SUMO fehérje kapcsolódik a célfehérjékhez, ezáltal módositva azok funkcióját. A szumoiláció széles körben konzervált az eukariota élőlényekben és számos sejtbiológiai folyamatot szabályoz. Egy Drosophilában végzett, nagyléptékű RNS interferencián alapuló kisérletsorozat során a szumoilációs útvonal több olyan tagját is azonositottuk, amelyek befolyásolják az ivarsejt-fejlődést. Ezeknek a géneknek a nőstény ivarvonalban való csendesitése teljes mértékben elcsökevényesedett petefészkeket eredményezett a felnőtt állatokban. Feltételezésünk szerint a szumoilációs folyamatoknak már az oogenezis kezdeti szakaszában, az ivarvonal-őssejtek feljődésében van szerepe. Pályázatunk fő célja, hogy feltárjuk azokat az alapvető mechanizmusokat, melyek révén a szumoiláció az ivarvonal-őssejtek fejlődését szabályozza. Mivel az ivarvonal-őssejtek differenciációjában az őket körülvevő mikrokörnyezetnek meghatározó szerepe van, ezért vizsgálatainkat kiterjesztjük a niche testi sejtjeire illetve az általuk közvetitett szignálutakra is. További célunk a Drosophila SUMO-ligáz, Su(var)2-10 fehérje petefészek-specifikus izoformáinak azonosítása és jellemzése. Mindemellett, fehérje-fehérje interakción alapuló vizsgálatokat fogunk végezni a petefészekben expresszálódó új szumoilációs célfehérjék azonositására.

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.

Számos állatfajban bizonyitást nyert, hogy a szumoiláció alapvető szerepet játszik mind az őssejt, mind pedig az ivarsejt-fejlődésben. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről az ivarsejtek fejlődése során. Szintén kevés információ áll rendelkezésünkre a Drosophila SUMO-ligáz, Suvar2-10 génről és az általa kódolt izoformákról. Pár tanulmány kimutatta, hogy a Su(var)2-10 fehérje szerepet játszik a kromoszómaszerkezet kialakitásában és a here ivarvonal-őssejtjeinek fenntartásában. A Su(var)2-10 fehérje igen komplex szerkezettel és számos izoformával rendelkezik, ami arra enged következtetni, hogy még további, esetleg a szumoilációtól független funkciókkal bír. Annak érdekében, hogy új ismereteket szerezzünk a szumoiláció Drosophila nőstény ősivarsejt fejlődésében betöltött szerepéről, a következő kérdéseket kívánjuk megválaszoli: Mi a szumoiláció alapvető funkciója az ivarvonal fejlődése során? Vajon az őssejtek fenntartásában vagy a differenciálódásukban játszik szerepet? Vajon sejt-autonóm folyamatokon keresztül szabályozza az ivarsejtek fejlődését vagy a niche testi sejtjei által közvetitett jelutak révén? Mely Su(var)2-10 izoformák expressszálódnak a Drosophila petefészkében és mi a pontos expressziós mintázatuk és specifikus funkciójuk? Mely célfehérjék szabályozódnak SUMO-konjugáció által a Drosophila petefészkében?

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 szumoiláció alapvető szerepet játszik számos állatfaj ivarsejt-fejlődésében. Emlősökben a szumoiláció befolyásolja a fertilitást és működésének zavara tumoros elváltozásokhoz vezethet a herében, prosztatában és a petefészekben egyaránt. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről az ivarsejtek fejlődése során. Az emlős ivarsejtek vizsgálata és manipulációja in vivo és in vitro is nehezen kivitelezhető, ezért a könnyen vizsgálható modellszervezetek használata fontos szereppel bír a területen. A Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legszélesebb körben alkalmazott modell rendszer. További előnye, hogy az emlősökkel ellentétben, a muslicákban a szumoilációs útvonal mindegyik tagját egyetlen gén kódolja, ami csökkenti a redundancia lehetőségét és megkönnyiti a genetikai vizsgálatokat. Munkánk célja, hogy feltárjuk azokat a folyamatokat, amelyekkel a szumoiláció az oogenezis-ben alapvető szerepet játszó fehérjéket szabályozza. További célunk, hogy új, szumoilációs célfehérjéket azonositsunk a Drosophila petefészkében. Mivel a szumoiláció meglehetősen konzervált az eukarióták körében, az általunk elért eredmények általános érvényűek lehetnek. Szintén nagyon hasonló, konzervált mechanizmusok felelősek az ivarvonal őssejtek és a tumoros sejtek differenciálatlan állapotának fenntartásáért. Így eredményeink a tumor biológia területén is hasznosulhatnak.

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 érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.

Közismert, hogy a sejteket ért szignálok hatására a fehérjék gyakran poszttranszlációs módositásokon mennek keresztül. A szumoiláció az egyik fő poszt-transzlációs fehérje-módositás, melynek során egy kis méretű SUMO fehérje kapcsolódik a célfehérjékhez, ezáltal módositva azok funkcióját. A szumoiláció számos sejtbiológiai folyamatot szabályoz, mint például a sejt-túlélés, sejtosztódás és transzkripciós szabályozás. Egy Drosophilában végzett, nagyléptékű RNS interferencián alapuló kisérletsorozat során a szumoilációs útvonal több olyan tagját is azonositottuk, amelyek befolyásolják az ivarsejt-fejlődést. Számos állatfajban bizonyitást nyert, hogy a szumoiláció alapvető szerepet játszik mind az őssejt, mind pedig az ivarsejt-fejlődésben. Ugyanakkor keveset tudunk a szumoiláció által szabályozott folyamatokról és a szumoilációs célfehérjékről. Egyszerű szerkezete és könnyű vizsgálhatósága révén, a Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legszélesebb körben alkalmazott modell rendszer az ivarsejtek differenciációjának in vivo tanulmányozására. Pályázatunk fő célja, hogy feltárjuk azokat az alapvető mechanizmusokat, melyek révén a szumoiláció az ivarvonal-őssejtek fejlődését szabályozza. További célunk, hogy új szumoilációs célfehérjéket azonositsunk a Drosophila petefészkében. Mivel a szumoiláció meglehetősen konzervált az eukarióták körében, az általunk elért eredmények általános érvényűek lehetnek. Szintén nagyon hasonló, konzervált mechanizmusok felelősek az ivarvonal őssejtek és a tumoros sejtek differenciálatlan állapotának fenntartásáért. Így eredményeink a tumor biológia területén is hasznosulhatnak.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Sumoylation is a post-translational modification which attaches a SUMO moiety to the target proteins, thereby modulating their functions. Sumoylation is widely conserved in eukaryotes and regulates diverse cellular processes. In the course of a large scale RNAi screen, we have identified several members of the sumoylation pathway which influence the gonadal development in Drosophila melanogaster. Loss of function of these genes in the female germ line resulted in a highly penetrant rudimentary adult ovary. We propose that sumoylation exerts its function during the initial stage of oogenesis and regulates key events of germ line stem cell development. Our aim is to understand the underlying mechanisms by which sumoylation regulates the germ line differentiation. As the microenvironment of the germ line stem cells is essential for their proper development, we will examine the role of sumoylation in the somatic niche cells and in the soma to germline signalling as well. Furthermore we will perform molecular analyses to characterize the SUMO-ligase, Su(var)2-10 isoforms specifically expressed in the ovary. Finally, we will perform protein-protein interaction studies to explore novel sumoylation targets in the Drosophila.

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.

Several studies demonstrate that sumoylation plays fundamental role in stem cell and germ cell development in several species. However, the underlying mechanisms by which the SUMO-modification exerts its function and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. There is also limited knowledge about the Drosophila SUMO-ligase, Suvar2-10 protein. Its role was shown in chromosome organization and in germ cell maintenance in testes. However, its complicated domain structure and multiple splice variants raise the possibility that this protein exerts additional functions which may independent of sumoylation. To target these issues and to gain new insights into how sumoylation regulates the germ cell development, we will answer the following specific questions: What is the exact function of sumoylation in the germ line development? Does sumoylation regulates the stem cell maintenance or does it participates in the differentiation of germ cells? Does sumoylation regulates the germ cell development cell-autonomously or is it also involved in the soma to germ line signalling? Which Su(var)2-10 isoforms are expressed in the Drosophila ovary? What is the exact spatiotemporal expression pattern and specific function of these Su(var)2-10 isoforms?

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.

The sumoylation plays fundamental role in germ cell development in several species. In mammals, the sumoylation affects fertility function and its dysregulation can cause testicular and prostate cancer as well as epithelial ovarian cancer. However, exact functions of sumoylation and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. Manipulation and analysis of mammalian germ cells both in vivo and in vitro proved to be extremely difficult. However, due to its simplicity, the Drosophila ovarian niche is a convenient model system to study germ line stem cells in their native environment. In addition, unlike in mammals, each members of the Drosophila sumoylation pathway are encoded by individual genes, which exclude the redundancy and make the genetic investigations easier. Our aim is to reveal mechanisms by which sumoylation regulates proteins with essential roles in oogenesis. We also intend to identify novel sumoylation targets in the Drosophila ovary. As the sumoylation is widely conserved in eukaryotes, our study can provide valuable information about its general roles. Furthermore, highly similar mechanisms are responsible for the mainanance of undifferentiated state of germline and tumour cells, therefore our results may be utilized in the field of tumour biology as well.

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 NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.

It is well established that proteins are often modified post-translationally in response to signalling cues. Sumoylation is the major post-translational modification which coordinates the effects of various signals by interplaying with other modifications. The sumoylation attaches a SUMO moiety to the target proteins, thereby modulating their functions. It regulates diverse biological processes, such as cell survival, proliferation or transcriptional regulation. In the course of a large scale RNAi screen, we have identified several members of sumoylation pathway which influence the gonadal development in Drosophila melanogaster. Several studies demonstrate that sumoylation plays fundamental role in germ cell development in several species. However, the underlying mechanisms by which the SUMO-modification exerts its function and identities of sumoylated targets in the germ line are largely unknown. Due to its simplicity, the Drosophila ovary is a fashionable model system to study germ line stem cells in their native environment. Our aim is to reveal mechanisms by which sumoylation regulates proteins with essential roles in oogenesis. We also intend to identify novel sumoylation targets in the Drosophila ovary. As the sumoylation is widely conserved in eukaryotes, our study can provide valuable information about its general roles. Furthermore, highly similar mechanisms are responsible for the maintenance of undifferentiated state of germline and tumour cells, therefore our results may be utilized in the field of tumour biology as well.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
Drosophilán végzett előzetes eredményeink alapján a Su(var)2-10 gén fontos szerepet játszik az ivarsejt-fejlődésben. A Su(var)2-10 gén az emlős PIAS fehérjével homológ SUMO-ligázt kódol. Munkánk célja a Su(var)2-10 ivarsejt-fejlődésben betöltött szerepének vizsgálata volt. Eredményeink szerint a Su(var)2-10 az ivarvonal és a follikuláris őssejtek fenntartásában játszik fontos szerepet, míg a kései petekamrák fejlődését nem befolyásolja. RT-PCR segítségével 13 petefészek-specifikus Su(var)2-10 izoformát azonosítottunk. A variánsok közös régiójában megtalálható a PIAS fehérjékre jellemző SAP, PINIT és az SP-RING domén, ami arra utal, hogy az izoformák mindegyike rendelkezik DNS-kötő és SUMO-ligáz aktivitással. Azonban az izoformák eltérést mutatnak a lehetséges SUMO interakciós motívumok (SIM) számában. GST pull-down kísérletekkel igazoltuk, hogy a jósolt SIM motívumok funkcionálisak. A további kísérletek célja, a Su(var)2-10 fehérje kötő partnereinek azonosítására volt. Ehhez tömegspektrometriai és biokémiai analízist végeztünk, melynek során kimutattuk, hogy a Su(var)2-10 közvetlenül köti a piRNS rendszer központi tagját, a PIWI fehérjét. GST pull-down kísérletekkel azonosítottuk a kötésben részt vevő fehérje szakaszokat. In vivo kísérletekkel igazoltuk, hogy a Su(var)2-10 fehérjén a PIWI kötéshez szükséges aminosavak befolyásolják a Su(var)2-10 sejtmagi lokalizációját. Mindezek alapján feltételezzük, hogy a Su(var)2-10/PIWI interakció elengedhetetlen a transzpozonok csendesítéséhez és az őssejtek fenntartásához.
kutatási eredmények (angolul)
Previously, we identified the Su(var)2-10 as a key regulator of gonadal development in Drosophila melanogaster. Su(var)2-10 gene encodes a SUMO-ligase, which is homologous of the mammalian PIAS proteins. Our purpose was to reveal the cell biological and molecular functions of Su(var)2-10 in germ cell development. We have proved that the Su(var)2-10 is essential for the maintenance of germline and follicle stem cells but it is dispensable for the later stages of oogenesis. We identified 13 Su(var)2-10 isoforms expressed in the ovary. All of them possesses SAP, PINIT and SP-RING domains, which suggests that each isoform has SUMO-ligase activity and DNA-binding ability. However, the isoforms differ in the number of the predicted SUMO-interaction (SIM) motifs. Applying protein binding assays, we validated the SUMO-binding activity of the potential SIM motifs. Using mass spectrometry and subsequent GST pull-down experiment, we identified PIWI, a key component of the piRNA mediated transposon silencing pathway, as a direct binding partner of the Su(var)2-10 protein. Applying biochemical approaches, we characterized the key protein regions involved in the interaction and we identified the essential amino acids of Su(var)2-10 required for the PIWI recognition. Mutation of these amino acids resulted in a nuclear localization defect of the Su(var)2-10 in Drosophila. We propose a model, by which the Su(var)2-10/PIWI interaction promotes transposon silencing and stem cell maintenance.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=124446
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Bence M, Jankovics F, Henn L, Erdélyi M: Role of sumoylation in germ cell development of Drosophila, Ubiquitin and SUMO: From molecular mechanisms to system-wide responses, Cavtat, Croatia, 2017. szeptember 15-19. (2017) p. 84. 1 p, 2017
Bence M, Jankovics F, Erdélyi M: Combining the auxin-inducible degradation system with CRISPR/Cas9-based genome editing: a novel tool for the conditional depletion of endogenous proteins in Drosophila me, 59th Annual Drosophila Research Conference, Philadelphia, PA, US, 2018. április 11-15. (2018) p. 301. 1 p., 2018
Jankovics, Ferenc ; Bence, Melinda ; Sinka, Rita ; Farago, Aniko ; Bodai, Laszlo ; Pettko-Szandtner, Aladar ; Ibrahim, Karam ; Takacs, Zsanett ; Szarka-Kovacs, Alexandra Brigitta ; Erdelyi, Miklos: Drosophila small ovary gene is required for transposon silencing and heterochromatin organization, and ensures germline stem cell maintenance and differentiation, DEVELOPMENT 145 : 23 Paper: UNSP dev170639 , 13 p. (2018), 2018
Bence, M ; Jankovics, F ; Nkubito, CK ; Henn, L ; Erdélyi, M: Role of Su(var)2-10 gene in germ cell development of Drosophila melanogaster, pp. 101-101. , 1 p. (2018) Visegrad Group Society for Developmental Biology: Inaugural Meeting, Brno, Czech Republic, 2018. szeptember 6-9.,, 2018
Bence, M ; Jankovics, F ; Nkubito, CK ; Henn, L ; Erdelyi, M: Role of Su(var)2-10 gene in germ cell development of Drosophila melanogaster, The ubiquitin system: Biology, mechanisms and roles in disease, 13 – 17 September 2019, Cavtat, Croatia, 2019




vissza »