A moduláris szerveződés szerepe a fehérjék térszerkezetének kialakulásában és a katalítikus funkció megvalósításában = Role of Modular Organization in Formation of the Protein Structure and in Realization of the Enzime Function

A 3-foszfoglicerát kináz két doménje közötti együttműködés mechanizmusát írjuk le, amely a domének záródásához vezet és amely az enzim működéséhez szükséges. Funkcionális (enzimkinetika, ligandkötés, irányított mutagenézis) és szerkezeti (krisztallográfia, molekuláris grafika, modellezés, SAXS, DSC) vizsgálatainkból megállapítottuk, hogy i. a kötött szubsztrátok flexibilis foszfátjai időleges kölcsönhatásuk révén hozzájárulnak bizonyos hélixek elmozdulásához és így elősegítik a doménzáródást; ii. az R38 és K215 oldalláncok szükségesek mind a doménmozgáshoz, mind a katalízishez; iii. a terner enzim-szubsztrát komplexben kialakuló speciális H-kötés láncolat felelős az L-jelű béta-redőben lévő fő csukló régió működéséért. A termofil, mezofil és hidegtűrő izopropilmalátdehidrogenázzal végzett összehasonlító denaturációs-renaturációs vizsgálataink megmutatták, hogy a hőstabilitási különbségek a különböző denaturációs sebességekkel hozhatók összefüggésbe. A renaturációs folyamatok hasonló sebessége viszont a konzervativ oldalláncok között létrejövő specifikus kapcsolatoknak tulajdonítható. | Mechanism of interplay between two domains of 3-phosphoglycerate kinase leading to domain closure over the active site, a general problem associated with enzyme function, has been deduced from functional (enzyme kinetic, ligand binding, mutagenesis) and structural (crystallography, molecular graphics, modelling, SAXS, DSC) studies. The main points are: i. the bound substrates assist in movement of certain helices through the temporal interactions with their flexible phosphates and thereby promotes domain closure; ii. the side chains R38 and K215 are essential both in domain movement and the catalysis; iii. a special H-bond network, formed in the ternary enzyme-substrate complex, is responsible for operation of the main hinge at beta-strand L. ? Comparative unfolding-refolding studies with thermophilic, mesophilic and psychrotropic isopropylmalatedehydrogenases have revealed the importance of their different unfolding rates in their different thermal stabilities. The similar refolding rates, however, can be related to formation of specific interactions of the conserved side chains

Fehérjék konformációs dinamikája mint a biomolekuláris felismerés és jelátvitel meghatározó eleme = Protein conformational dynamics as a key determinant in biomolecular recognition and signal transmission

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. | 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