Oszcilláló kémiai reakciók tervezése komplex- és csapadékképződési egyensúlyok alkalmazásával = Systematic design of chemical oscillators using complexation and precipitation equilibria

Az általunk korábban (Nature, 2005) javasolt módszer szisztematikus alkalmazásával jelentősen kibővítettük a periodikus kémiai folyamatokban részt venni képes elemek számát. A módszerrel, amely egy ismert (primer) pH-oszcillátor és a célelemet magába foglaló pH-érzékeny komplex-, vagy csapadékképződéses egyensúly összekapcsolásán alapul, bizonyos feltételek teljesülése esetén megvalósítható a nem-redox tulajdonságú kationok és anionok koncentrációjának indukált oszcillációja. pH-oszcillátorok és egyensúlyi reakciók sok variációját próbáltuk ki. Ennek kapcsán előállítottuk a Ca2+, Al3+, F– oszcillátorokat, amelyekben primer oszcillátorként a bromát–szulfit–ferrocianid és a bromát–szulfit–mangán(II) CSTR pH-oszcillátorokat, egyensúlyi folyamatként a Ca2+ +EDTA, Al3+ +H2O és Al3+ +F– reakciókat használtuk. Az eredeti módszer kis módosításával megvalósítottuk a szulfit-csapadékokat képező kétértékű kationok, a Cd2+, Ca2+, Zn2+, Ni2+, Co2+ koncentráció oszcillációját. Az indukált ion-oszcillátorokkal térben periodikus mintázatok (pl. Ca2+ hullámok) előállítását célzó munkánkban komoly előrelépésként tekinthető, hogy az előző példákban említett CSTR pH-oszcillátorokat zárt rendszerben is működő formába tudtuk átalakítani, sokkal reálisabbá téve a kitűzött cél elérését. A nem-redox tulajdonságú ionok koncentráció oszcillációjának laboratóriumi előállítása egy lehetséges mechanizmusát képezheti a vegyértékváltásra nem képes ionok biológiai folyamatokban kimutatott oszcillációjának. | Using the method developed by us earlier (Nature, 2005) to generate oscillations in the concentration of elements possessing only a single stable oxidation state in solutions, we were successful with significantly extend the number of elements that are capable of participating in periodical chemical processes. To bring about oscillatory behavior of non-redox ions we coupled a known (primer) pH-oscillator to pH-sensitive complexation or precipitation equilibria in which these ions participate. After testing many variations high amplitude oscillations in the concentration of Ca2+, Al3+ and F– ions were induced when the Ca2+ + EDTA, the hydrolysis of Al3+ and the Al3+ + F– reactions, respectively were connected to the bromate – sulfite – ferrocyanide or the bromate – sulfite – manganese(II) core oscillators in a flow reactor. With modification of the original method concentration osillations of some divalent ions, like Cd2+, Ca2+, Zn2+, Ni2+and Co2+ were generated due to the reactions taking place between the target ion and the components of the primer oscillator. In our efforts to involve the non-redox ions into formation of 2-dimensional periodic patterns, the pH-oscillators used as core systems in the above examples were converted to batch systems, in which finding and studying patterns (e.g. Ca2+ waves) are easier than under open conditions. The results presented here suggest a way how non-redox ions may participate in periodic processes in living systems

ADA2 tartalmú hiszton acetiltranszferáz komplexek szerepe a génműködés szabályozásában = The role of ADA2-containing histone acetyltransferase complexes in gene

A projekt eredményei hiszton módosító komplexek szerepét és együttműködését bizonyítják a génműködés és a kromoszóma szerkezet szabályozásában. Jellemeztük két rokon szerkezetű ADA2 fehérje faktort tartalmazó acetiltranszferáz komplex működését, melyek (SAGA és ATAC), szigorúan specifikusan módosítják a nukleoszóma hiszton komponenseit. A SAGA a hiszton 3 lizin 9 és 14, az ATAC a hiszton 4 lizin 5 és lizin 12 oldalláncokat acetilálja. Egy harmadik általunk jelemzett faktor (ADA3) mindkét komponens esszenciális része. A SAGA és ATAC komplexek egyes gének működését specifikus transzkripciós faktorokon át szabályozzák, az ATAC komplex pedig az aktív kromatin szerkezet kialakításán keresztül az általános génműködés szabályozásban is fontos szerepet játszik. Az ATAC működésével létrejövő hiszton 4 acatiláció hiányában csökken a JIL-1 hiszton kináz aktivitása és ez a transzkripciósan inaktív heterokromatin kialakulásának irányába tolja el a kromatin szerkezet változásokat. Ehhez kapcsolódva azt is kimutattuk, hogy a hiszton 4 ATAC-al történő acetilációjához egy másik nukleoszóma módosító komplex, az ATP energiájával a nukleoszómákat atrendező NURF működése szükséges. Adataink így a kromatin szerkezet kialakításában fontos szerepet játszó fehérje komplexek koordinált együtműködését bizonyítják. | The results of this project demonstrate the roles of different histone acetyltransferase complexes in the regulation of gene expression and chromatin structure and the interplay of different histone modifying and nucleosome remodeling complexes. We showed that in Drosophila melanogaster two related ADA2 proteins participate in the SAGA and ATAC GCN5-containing histone acetyltransferase complexes which have distinct specificity for different histone tails. The dADA2b-containing dSAGA complex is involved in histone H3 lysine 9 and lysine 14 acetylation, while the dADA2a-containing ATAC complex modifies histone H4 lysine 5 and lysine 12. Both of these complexes harbor the ADA3 factor which we have also identified and characterized. The loss of function of these complexes results in changes both in global gene expression and on the transcription of specific genes. The reduced level of histone H4 lysine 12 acetylation by the ATAC histone acetyltransferase complex also leads to chromatin structural changes by decreasing the phosphorylation level of histone H3 serine 10 by the JIL-1 kinase. The acetylation of histone H4 is dependent on the function of NURF chromatin remodeling complex which activity provides access ATAC to the chromatin. Altogether these data demonstrate an interdependence and delicate balance among the action of chromatin remodeling and modifying complexes in regulating chromatin organization and function

pH-oscillations in the bromate-sulfite reaction in semibatch and in gel-fed batch reactors

L

Nemlineáris dinamikai jelenségek kémiai rendszerekben = Nonlinear dynamical phenomena in chemical systems

Időben és térben periodikus kémiai rendszerek (oszcilláló kémiai reakciók és kémiai mintázatképződés) új variánsainak előállítását, mechanisztikus vizsgálatát és az alkalmazási lehetőségek kutatását jelöltük meg célkitűzésként. -Előállítottunk egy új oszcillátor családot, amelynek általános összetétele: Mn(VII/IV/III)-H2PO2- -Pt felület. Az új rendszerek (3 variáns) a nyitott áramkörű elektrokémiai oszcillátorok közé sorolhatók. -Kidolgoztuk az oszcilláló kémiai rendszerek előállításának egy új módszerét. Alkalmazásával előállítottuk a Ca2+-ion, Al3+-ion és F--ion oszcillátorokat. -Előállítottuk a Briggs-Rauscher típusú oszcillátor család egy új tagját, megadtuk a valószínű mechanizmust és szimuláltuk az oszcillációkat. -A BrO3- -CHD-katalizátor összetételű oszcilláló kémiai rendszerek működését egy 30 reakcióból álló mechanizmussal szimuláltuk. - Mechanizmust javasoltunk a bromát-aceton-hipofoszfit-Mn(II)-Ru(II) összetételű oszcilláló kémiai rendszerben észlelt dinamikai viselkedés magyarázatára. - Előállítottuk a "kettős szubsztrát-kettős katalizátor"-t tartalmazó bromát oszcillátorban a primer oszcillátort (összetétele: BrO3- -BrAc-Ru(II)). - Egy pH-oszcillátorból és egy pH-érzékeny gélből összeállított rendszerben megkíséreltük az oszcilláció kémiai energiáját mechanikai munkává alakítani. Eredményeinket 13 közleményben (Össz. i.f. 60,8) publikáltuk. | The goals of the proposed research were to design new variants of chemical systems that are periodic in time and space, to study their mechanism and to look for practical applications. -A new oscillatory family (composition: Mn(VII/IV/III)-H2PO2- -Pt surface) was designed. The new systems (3 variants) belong to the group of the open circuit electrochemical oscillators. -A systematic approach for design of chemical oscillators was developed. The new method has significantly extended the number of elements that are able of participating in oscillatory processes. So far sustained periodic pulses in the concentration of Ca2+, Al3+ and F- ions were induced by using the method. -A new member of the Briggs-Rauscher type oscillators was found. Mechanism for explaining the oscillations was proposed. -A 30-step mechanism was suggested to simulate the rich dynamical behavior observed in the BrO3- -CHD- catalyst type oscillators. -The BrO3- -BrAc-Ru(II) subsystem was found to be the core oscillator what is responsible for the long lasting temporal and spatial periodicity that appear in the 5-component BrO3- -Aceton-H2PO2- -Mn(II)-Ru(II) batch oscillatory system. -An attempt was made to convert the chemical energy of the oscillatory reaction to mechanical work by coupling a pH oscillator to a pH-sensitive gel. -The results have been published in 13 scientific papers (Sum. i.f.: 60.8)

Functional characterization and gene expression profiling of Drosophila melanogaster short dADA2b isoform-containing dSAGA complexes

The data presented here are in accord with results of genetic complementation experiments, and support the hypothesis that different isoforms of dADA2b contribute to the functional variations of dSAGA multiprotein HAT complexes