The effect of formin fragments on the conformation of actin filaments  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
60186
Type K
Principal investigator Nyitrai, Miklós
Title in Hungarian Forminok hatása az aktin filamentum konformációjára
Title in English The effect of formin fragments on the conformation of actin filaments
Keywords in Hungarian aktin, formin, fehérje konformáció, fluoreszcencia spektroszkópia
Keywords in English actin, formin, protein conformation, fluorescence spectroscopy
Discipline
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)90 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Biophysics (University of Pécs)
Participants Bugyi, Beáta
Papp, Gábor
Ujfalusi, Zoltán
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 12.828
FTE (full time equivalent) 3.95
state closed project
Summary in Hungarian
Az aktin citoszkeleton számos biológiai folyamatban játszik meghatározó szerepet. A citoszkeleton szabályozásában résztvevő forminok több doménből épülnek fel. A forminok nukleációs aktivitásuk révén képesek az aktin polimerizáció folyamatát felgyorsítani. Ezen funkciójukat az Arp2/3 komplextől függetlenül töltik be.
A forminok és az aktin kölcsönhatásának azt az aspektusát, hogy hogyan módosítja a formin kötődése az aktin filamentumok konformációs tulajdonságait még nem vizsgálták. Fluoreszcencia rezonancia energia transzfer (FRET) kísérleteink azt mutatták, hogy mDia1 formin fragmentumok fellazítják az aktin filamentumok szerkezetét. Ezen hatásukat speciális, a formin:aktin protomér aránytól függő, módon fejtik ki, ami a jelenség hátterében meghúzódó mechanizmusok összetettségére utal. A pályázatban ismertetett kutatási terv megvalósítása során ezen konformációs módosulások részleteit fogjuk vizsgálni biofizikai módszerekkel. A forminok hatásának ismeretében hipotézist állítottunk fel annak értelmezésére, hogy mi lehet a biológiai funkciója a forminok által az aktin filamentumban kiváltott konformációs változásoknak. Az eredmények ismeretében megítélhető lesz, hogy vajon a forminok képesek lehetnek-e a munkahipotézisünkben leírt, az aktin citoszkeleton szabályozásában meghatározó jelentőségű biológiai szerep betöltésére. Amennyiben hipotézisünk állításai helytállónak bizonyulnak, úgy eredményeink igazolják majd egy eddig nem ismert molekuláris szabályozási mechanizmus létezését.
Summary
The actin cytoskeleton plays a central role in many fundamental cell functions. Formins are involved in the reorganisation of the actin cytoskeleton and have multiple domain structure. Formins can nucleate unbranched actin filaments independently of the Arp2/3 complex.
The effect of formins on the conformation of actin filaments is not known. We have shown by using the method of fluorescence resonance energy transfer (FRET) that the binding of mDia1 fragments induced substantial changes in the structure of actin filaments. The formin effect was dependent on the formin:actin protomer ratio, indicating that the underlying molecular mechanisms are complex. The biophysical experiments proposed in the research plan will shed light on the detail of the formin-actin interactions. Based on the observations we constructed a hypothesis to explain the biological importance of the effect of formins on the actin filaments. It is expected that the results of the proposed project will estimate the validity of the working hypothesis. Provided that our hypothesis proves to be valid, the results of this project will serve as evidence for the existance of a special, so far unknown, molecular mechanism in the regulation of the cytoskeleton.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A pályázat keretei között végzett vizsgálatainkban fluoreszcencia spektroszkópiai, gyors-kinetika és EPR módszereket alkalmaztunk motor fehérjék, és az aktin citoszkeleton felépítésében meghatározó szerepet betöltő aktin nukleációs faktorok tanulmányozására. Kinetikai módszerekkel jellemeztük a speciális és eddig ritkán vizsgált XIV-es miozint, valamint részletesen leírtuk és összevetettük különböző fajokból származó emlős izom miozin izoformák tulajdonságait. Megmutattuk, hogy az aktin nukleációs faktorok közé tartozó forminok kötődése fellazítja az aktin filamentumok szerkezetét. EPR vizsgálataink arra is rávilágítottak, hogy ezek a konformációs módosulások heterogén és összetett módon valósulnak meg. Azt is megmutattuk, hogy forminok által kiváltott konformációs változások visszafordíthatóak tropomiozin kötődésével.
Results in English
The investigations involved in the project were based on the applications of fluorescence spectroscopic, rapid kinetic and EPR methods. We have studied the kinetic and conformational properties of motor proteins and actin nucleation factors. We described the kinetic behaviour of a special class of myosins, the myosin XIV, and also many isoforms isolated from mammalian muscles of various species. We sowed that the binding of formins – a family of actin nucleation factors – to the actin filaments made the structure of the filaments looser. The EPR data showed that these conformational modifications are complex and heterogeneous. Further studies provided evidence, that the forming-induced structural changes could be reversed by the binding of tropomyosin.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=60186
Decision
Yes





 

List of publications

 
Herm-Götz, A., F. Delbac, S. Weiss, M. Nyitrai, R. Stratmann, S. Tomavo, L.D. Sibley, M.A. Geeves and D. Soldati: Functional and biophysical analyses of the class XIV Toxoplasma gondii Myosin D, J. Muscle Res. and Cell Motil., 1-13, 2006
Kardos, R. A. Vig, J. Orbán, G. Hild, M. Nyitrai and D. Lőrinczy: The Effect of Jasplakinolide on the Thermodynamic Properties of BeFx Bound Actin Filaments, Thermochim. Acta, 463, 77-80, 2007
Kupi, T., P. Gróf, M. Nyitrai and J. Belágyi: The Uncoupling of the Effects of Formins on the Local and Global Dynamics of Actin Filaments, Biophys. J., in press, 2009
Kardos, R., K. Pozsonyi, E. Nevalainen, P. Lappalainen, M. Nyitrai and G. Hild: The Effects of ADF/Cofilin and Profilin on the Conformation of the ATP-Binding Cleft of Monomeric Actin, Biophys. J., in press, 2009
Ujfalusi, Z., A. Vig, G. Hild and M. Nyitrai: The effect of tropomyosin on formin-bound actin filaments, Biophys. J., in press, 2009
Orbán, J., D. Lőrinczy, M. Nyitrai and G. Hild: Nucleotide Dependent Differences between the alpha-skeletal and alpha-cardiac Actin Isoforms, Biochem. Biophys. Res. Comm., 368(3), 696-702, 2008
Orbán, J., D. Lőrinczy, G. Hild and M. Nyitrai: Non-Cooperative Stabilization Effect of Phalloidin on ADP.BeFx- and ADP.AlF4-Actin Filaments, Biochemistry, 47(15), 4530-4, 2008
Miller, B.M., M.J. Bloemink, M. Nyitrai, S.I. Bernstein and M.A. Geeves: Variable Domain near the ATP-Binding Site in Drosophila Muscle Myosin Is Part of the Communication Pathway between the Nucleotide and Actin-binding Sites, J. Mol. Biol., 368(4), 1051-66, 2007
Bugyi, B., G. Papp, G. Hild, D. Lőrinczy, E.M. Nevalainen, P. Lappalainen, B. Somogyi and M. Nyitrai: Formins Regulate Actin Filament Flexibility Thorugh Long-Range Allosteric Interactions, J. Biol. Chem., 281(16), 10727-36, 2006
Nyitrai, M., R. Rossi, N. Adamek, M.A. Pellegrino, R. Bottinelli and M.A. Geeves: What Limits the Velocity of Fast-Skeletal Muscle Contraction in Mammals?, J. Mol. Biol., 355(3), 432-442, 2006
Papp G., B. Bugyi, Z. Ujfalusi, Sz. Barkó, G. Hild, B. Somogyi and M. Nyitrai: Conformational Changes in Actin Filaments Induced by Formin Binding to the Barbed End, Biophys. J., 91(7), 2564-2572, 2006
Vig, A., R. Dudás, T. Kupi, J. Orbán, G. Hild, D. Lőrinczy and M. Nyitrai: Effect of Phalloidin on Filaments Polymerised from Heart Muscle ADP-Actin Monomers, J. Thermal Anal. And Calorim., 3, 721-725, 2008




Back »