Unifying principles of protein folding: understanding folding, unfolding and aggregation at atomic-level by experimental and computational methods  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72973
Type K
Principal investigator Perczel, András
Title in Hungarian A fehérjefeltekeredés alapjai: a feltekeredés, a letekeredés és az aggregáció vizsgálata atomi szintű kísérleti és számítási módszerekkel
Title in English Unifying principles of protein folding: understanding folding, unfolding and aggregation at atomic-level by experimental and computational methods
Keywords in Hungarian Fehérjefeltekeredés, fehérje NMR, fehérjetervezés
Keywords in English Protein folding, protein NMR, protein design
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Molecular modelling
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Bodor, Andrea
Gáspári, Zoltán
Harmat, Veronika
Hudáky, Ilona
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 23.900
FTE (full time equivalent) 4.83
state closed project
Summary in Hungarian
Kutatásaink során a fehérjefeltekeredés egységes elveit kívánjuk vizsgálni olyan modellrendszereken, amelyek az általános érdeklődés mellett fontos biológiai folyamatok megértéséhez is hozzájárulnak. Feltekeredett, funkcionálisan rendzetlen, valamint amiloid állapotú rendszereket is vizsgálni kívánunk atomi szintű kísérletes (NMR-spektroszkópia és röntgenkrisztallográfia) és elméleti (kvantumkémiai számítások és bioinformatika) módszerekkel.
A kiválasztott fehérjéktérszerkezetét és dinamikáját is vizsgálni kívánjuk, majd ennek alapján új variánsokat tervezünk, és ezeket ismét jellemezzük. A vizsgálni kívánt modellrendszerek között megtalálhatóak minifehérjék (Tc5b, SETE, SGCI), funkcionálisan rendezetlen fehérjék (P25, kalpasztatin fragmensek, nagy töltéssűrűségű szekvenciák), különböző méretű fehérjék és domének (CCP és SH2 domének, DLC, dUTPáz) , valamint alfa- és béta-peptidekből felépülő szupramolekuláris képződmények.
Terveink között szerepel olyan szekvenciák tervezése, amelyekben egy-egy mutációval tudjuk fokozatosan eltolni a különböző típusú szerkezetek (feltekerett, rendezetlen, aggregátum) kialakítására való hajlamot.
Eredményeink várhatóan a fehérjefeltekeredés általános elveinek jobb megértésén túl a vizsgált rendszerek konkrét biológiai szerepéről is információt szolgáltatnak majd.
Summary
In this proposal we aim to investigate the unifying principles of protein folding. Using model systems of general and special biological interest, we intend to investigate folded and unfolded proteins, as well as several aspects of protein aggregation by atomic level experimental (NMR spectrsocopy and X-ray crystallography) and theoretical methods (quantum chemical calculations and bioinformatics). Our work plan includes the investigation of the structure and dynamics of selected proteins and their variantes designed based on our results. Model systems to investigate comprise miniproteins (Tc5b, SGCI, SETE), natively unfolded proteins (PP25, calpastatin fragments, highly charged sequences), proteins and domains of variable sizes (CCP and SH2 domains, DLC, dUTPase) and supramolecular assemblies of both alpha- and beta-peptides. We aim to design mutations that alter the propensity of a given sequence to fold, remain unfolded or aggregate. Our results may contribute to the general understanding of protein folding and stability, as well as the specific description of several biologically important systems.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Célkitűzésünk a fehérjefeltekeredés és konformációs állapotváltozások mélyebb megértése, alkalmasan megválasztott modellrendszerek - azaz különböző méretű és belső dinamikájú fehérjék - vizsgálatán keresztül. A kémiailag vagy bakteriális úton előállított fehérjék szerkezeti és dinamikai paramétereinek meghatározását követően olyan új variánsokat tervezünk, amelyek vagy még rendezettebbek, vagy a belsőleg rendezetlen fehérjék esetében, még rendezetlenebbé váltak. A vizsgált mini-, moduláris fehérjék, valamint a funkcionálisan rendezetlen rendszerek körét olyan fontos molekulák alkották, amelyek közvetlen kapcsolatban állnak a cukorbetegség, az agyi neurodegeneratív elváltozások, vagy az immunológia különböző tárgykörével. Kutatásaink során mind a téralkat, mind a fehérjék belső mozgékonyságának explicit jellemzésén keresztül értettük meg jobban az adott makromolekulák biológiai szerepét, fiziológiás jelentőségét. A peptidek és fehérjék racionális tervezése során nem csak mutánsokat és variánsokat, de nem-természetes aminosavakból felépülő „foldamereket” is terveztünk, majd állítottunk elő. Vizsgáltuk a béta-aminosavak és béta-peptidek beépíthetőségét és felhasználhatóságát a téralkat és mozgékonyság függvényében. Eredményeinket 33 angol nyelvű közleményben (IF=116,984), webszervereken, és több mint 40 hazai és nemzetközi tudományos fórumon és konferencián adtuk közre.
Results in English
Our aim was to decipher and better understand the molecular details of protein folding and conformational switching achieved via selected polyamide nanosystems of different size and internal dynamics. Once the structural parameters of the chemically synthesized or bacterially expressed proteins were determined, new variants and mutants were designed. Thus, the polypeptide chain was made either more ordered for globular proteins, or less structured for the disordered proteins (IDP). The investigated mini-, modular, globular and unstructured proteins are involved in biologically important cellular processes associated with either Diabetes Mellitus, neurodegenerative or immunological diseases. Our goal was to better understand the biological role and function of these proteins by monitoring both their structure (NMR and X-ray crystallography) and internal dynamics (NMR). The rational design of selected peptides and proteins resulted in not only mutants and variants of the parent macromolecule, but also foldamers. The applicability of beta amino acids and beta peptides were in focus. Our results were published in international journals (33 articles, IF=116,984), webservers, and presented on over 40 scientific meetings.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72973
Decision
Yes





 

List of publications

  
KISS, R BOZÓKY, Z KOVÁCS, D RÓNA, G FRIEDRICH, P DVORTSÁK, P WEISEMANN, R TOMPA, P PERCZEL, A: Calcium-induced tripartite binding of intrinsically disordered calpastatin to its cognate enzyme, calpain, FEBS Letters 2008 582(15): 2149-2154, 2008
KISS, R KOVÁCS, D TOMPA, P PERCZEL, A: Local structural preferences of calpastatin, the intrinsically unstructured protein inhibitor of calpain, Biochemistry 2008 47(26): 6936-6945, 2008
CZAJLIK, A BEKE, T BOTTONI, A PERCZEL, A: Structure and stability of short beta-peptide nanotubes: A non-natural representative of collagen?, Journal of Physical Chemistry B 2008 112(26): 7956-7966, 2008
Jákli, I Perczel: A The inherent flexibility of peptides and protein fragments quantitized by CD in conjunction with CCA+., J. Pept. Sci. 2009, 15(11): 738-752, 2009
Dobó, J Harmat, V Beinrohr, L Sebestyén, E Závodszky, P Gál: MASP-1, a promiscuous complement protease: structure of its catalytic region reveals the basis of its broad specificity, J. Immunol. 2009, 183:1207-1214., 2009
Beke-Somfai, T Perczel A: Zipper-like unfolding of β-sheets accessed by pioneer water molecules: Atomic resolution of forced unfold reveals different mechanisms for parallel and antiparallel mot, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1:1341-1345., 2010
Beke-Somfai, T Lincoln, P Nordén, B: Mechanical control of ATP synthase function: Activation energy difference between tight and loose binding sites., Biochemistry 2010, 49: 401-403., 2010
Beke, T Somlai, Cs Magyarfalvi, G Perczel, A Tarczay: Chiral and achiral fundamental conformational building units of -peptides: Isolation conformational study on Ac--HGly-NHMe and Ac--HAla-NHMe., J. Phys. Chem. B 2009, 113:7918-7926., 2009
Kövér, KE Lipták, A Beke, T Perczel, A: Combined NMR three-bond scalar coupling measurements and QM calculations to calculate OH-rotamer equilibrium of polyalcohols., J. Comput. Chem. 2009, 30:540-550., 2009
Gáspári Z, Várnai P, Szappanos B, Perczel A: Reconciling the lock-and-key and dynamic views of canonical serine protease inhibitor action, FEBS Lett. 584:203-206, 2010
Szappanos, B Süveges, D Nyitray, L Perczel, A Gáspári, Z: Folded-unfolded cross-predictions and protein evolution: The case study of coiled-coils., FEBS Lett. 2010, 584:1623-1627, 2010
Láng A, Major B, Szilágyi K, Gáspári Z, Gál P, Závodszky P, 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
Gáspári Z, Ángyán AF, Dhir S, Franklin D, Perczel A, Pintar A, Pongor S:: Probing dynamic protein ensembles with atomic proximity measures, Curr. Prot. Pept. Sci. 11, 512-522., 2010
Dhir S, Pacurar M, Franklin D, Gáspári Z, Kertész-Farkas A, Eisenhaber F, Pongor S: Detecting atypical examples of known domain types by sequence similarity searching: The SBASE domain library approach, Curr. Prot. Pept. Sci, 11, 538-549., 2010
Kovács E, Harmat V, Tóth J, Vértessy BG, Módos K, Kardos J, Liliom K: Structure and mechanism of calmodulin binding to a signaling sphingolipid reveal new aspects of lipid-protein interactions, 1.FASEB J., 24, 3829-3839., 2010
Ángyán AF, Szappanos B, Perczel A, Gáspári Z: CoNSEnsX: an ensemble view of protein structures and NMR-derived experimental data, BMC Struct. Biol., 10: 39, 2010
Gáspári Z, Perczel A: Protein dynamics as reported by NMR, Annu. Rep. NMR, 71, pp. 35-75 (szerk.: Graham Webb), Academic Press, 2010
Láng A, Szilágyi K, Major B, Gál P, Závodszky P, Perczel A: Intermodule cooperativity in the structure and dynamics of consecutive complement control modules in human C1r, FEBS J., 277, 3986-3998, 2010
Zotter Á, Bodor A, Oláh J, Hlavanda E, Orosz F, Perczel A, Ovádi J: Disordered TPPP/p25 binds GTP and displays Mg2+-dependent GTPase activity., FEBS Lett. , 585, 803-808., 2011
Pohl G, Beke T, Csizmadia IG, Perczel A: Extended apolar beta-peptide foldamers: the role of axis chirality on beta-peptide sheet stability, J. Phys. Chem. B, 114, 9338-9348., 2010
Pálfi KV, Perczel A: Stability of the Hydration Layer of Tropocollagen: A QM Study, J. Comput. Chem., 31, 764-777., 2010
Harmat V, Domokos K, Menyhárd DK, Palló A, Szeltner Z, Szamosi I, Beke-Somfai T, Náray-Szabó G, Polgár L: Structure and catalysis of acylaminoacyl peptidase: closed and open subunits of dimer oligopeptidase, J. Biol. Chem. 286, 1987-1998, 2011
Takács E, Nagy G, Leveles I, Harmat V, Lopata A, Tóth J, Vértessy BG: Direct contacts between conserved motifs of different subunits provide major contribution to active site organization in human and mycobacterial dUTPases, FEBS Lett., 584, 3047-3054, 2010
Pécsi I, Leveles I, Harmat V, Vértessy BG, Tóth J: Aromatic stacking between nucleobase and enzyme promotes phosphate ester hydrolysis in dUTPase, Nucl. Acids Res., 38, 7179-7186., 2010
Zotter, Á Oláh, J Hlavanda, E Bodor, A Perczel, A Szigeti, K Fidy, J Ovádi, J: Zn(2+)-Induced Rearrangement of the Disordered TPPP/p25 Affects Its Microtubule Assembly and GTPase Activity, Biochemistry 2011, 50, 9568-9578, 2011
Ágoston, BS Kovács, D Tompa, P Perczel, A: Full backbone assignment and dynamics of the intrinsically disordered dehydrin ERD14, BIOMOLECULAR NMR ASSIGNMENTS, 2011, 5, 189-193, 2011
Zsoldos-Mády, V Pintér, I Perédy-Kajtár, M Perczel, A: Transformation of aldose formazans. Novel synthesis of 2-acetamido-2-deoxypentonolactones and a new pent-2-enose formazan, Carbohydrate Research, 2011, 3461, 1534-1540, 2011
Rovó, P Farkas, V Hegyi, O Szolomajer-Csikós, O Tóth, GK Perczel, A: Cooperativity network of Trp-cage miniproteins: probing salt-bridges, Journal of Peptide Science, 2011, 9, 610-619, 2011
Pohl G, Jákli I, Csizmadia IG, Papp D, Matías GF, Perczel A: The role of entropy in initializing the aggregation of peptides: A first principle study on oligopeptide oligomerization, PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 14:(4) pp. 1507-1516., 2012
Pohl G, Beke-Somfai T, Csizmadia IG, Perczel A: Exploiting diverse stereochemistry of b-amino acids: Toward a rational design of sheet-forming b-peptide systems, AMINO ACIDS 43:(2) pp. 735-749., 2012
Jákli I, Knak Jensen SJ, Csizmadia IG, Perczel A: Variation of conformational properties at a glance. True graphical visualization of the Ramachandran surface topology as a periodic potential energy surface, CHEMICAL PHYSICS LETTERS 547:pp. 82-88., 2012
Gorrea E, Pohl G, Nolis P, Celis S, Burusco KK, Branchadell V, Perczel A, Ortuño RM: Secondary structure of short β-peptides as the chiral expression of monomeric building units: A rational and predictive model, JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY 77:(21) pp. 9795-9806., 2012
Gáspári Z, Süveges D, Perczel A, Nyitray L, Tóth G: Charged single alpha-helices in proteomes revealed by a consensus prediction approach, BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS 1824:pp. 637-646., 2012




 

Events of the project

  
2013-09-18 10:29:49
Résztvevők változása



Back »