Quantitative reconstruction of dNTP homeostatic networks: application development for anticancer and antimicrobial discovery
magyar kulcsszavak
mutagenezis, nukleotid anyagcsere, kinetikai modell, validálás, web szerver, citosztatikum
angol kulcsszavak
mutagenesis, nucleotide metabolism, kinetic model, validation, web server, cytostatics
megadott besorolás
Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
50 %
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
40 %
Ortelius tudományág: Metabolizmus
Bioinformatika (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
10 %
zsűri
Genetika, Genomika, Bioinformatika és Rendszerbiológia
Kutatóhely
Enzimológiai Intézet (Természettudományi Kutatóközpont)
résztvevők
Füzesi Dóra Hirmondó Rita Molnár Dániel Surányi Éva Viola Szabó Judit Eszter Tankó Éva Trombitás Tamás
projekt kezdete
2017-12-01
projekt vége
2022-05-31
aktuális összeg (MFt)
39.944
FTE (kutatóév egyenérték)
15.81
állapot
aktív projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A DNS építőkövei, a dNTP-k készletének finomhangolt koncentrációja szükséges a normál sejtciklus és a genom integritásának fenntartásához. Ennek megfelelően a dNTP-készlet homeosztázisának szerepét demonstrálták a rák kialakulásában, az öregedésben és a vírusfertőzésekben is. Kísérleti és bioinformatikai eszközöket fejlesztettünk ki, hogy jobban megértsük a dNTP homeosztázis komplex biokémiai rendszerét. Továbbfejlesztettük egy dNTP mérési módszert, és hozzá egy automatizált kinetikai elemző szoftvert, amely széles körben elérhetővé teszi ezt az egyébként bonyolult esszét. Létrehoztunk egy dNTP adatbázist, amely rendszerezi az irodalmoban fellelhető mért dNTP-koncentrációkat. Páronkénti összehasonlítást tesz lehetővé bármely kiválasztott adatpár között, amely lehetővé teszi a dNTP-szint változásainak értelmezését stressz, kezelések vagy megváltozott genetikai háttér hatására. Kísérletileg meghatározott paraméterek alapján elkészítettük a dNTP homeosztázis kinetikai modelljét, amely ésszerű közelítési szintig reprodukálja a rendszer viselkedését. Kimutattuk, hogy az egymástól függetlenül működő dNTP metabolikus enzimek nem termelnek elég hatékonyan dNTP-t a normál sejtosztódáshoz. A dNTP termelés csak akkor elég gyors, ha az összes főbb dNTP szintézis enzim között kinetikai kapcsolás valósul meg, és ha a DNS replikációs központokat egy lokális dNTP-készlet táplálja, amely gyorsan feltöltődik a citoplazma dNTP-készletével való egyensúlyba kerülés nélkül.
kutatási eredmények (angolul)
A fine-tuned concentration balance in the pool of dNTPs, the building blocks of DNA, is necessary to maintain the normal cell cycle and the integrity of the genome. Accordingly, the role of dNTP pool homeostasis was demonstrated in cancer development, aging, and viral infections. We developed experimental and bioinformatics tools to advance our understanding of the complex biochemical system of dNTP homeostasis. We improved a fluorescent dNTP measurement method and developed an automated kinetic analysis software that makes this otherwise complicated assay widely attainable. We built a dNTP pool database that contains dNTP concentrations measured in different species, cellular compartments, and conditions. It offers a pairwise comparison of any chosen pair of pools which allows quick detection of changes in dNTP levels upon stress, treatments, or altered genetic backgrounds. We created a kinetic model of dNTP homeostasis based on experimentally determined parameters, a formal description that reproduces both its qualitative and quantitative behavior to a reasonable level of approximation. We show that separate dNTP metabolic enzymes do not sustain the need for dNTPs for normal cell division. dNTP production is fast enough only if a kinetic coupling is realized between all major dNTP synthesis enzymes and if DNA replication centers are fueled by a localized dNTP pool replenished rapidly without coming into equilibrium with the rest of the cellular pool.
