4 research outputs found
A domĂ©nzárĂłdás szerepe az aktĂv centrum kialakĂtásában: irányĂtott mutagenezis vizsgálatok a 3-foszfogicerát kinázon = Role of domain closure in formation of the active site geometry by site-directed mutagenesis of 3-phosphogycerate kinase
A kĂ©t domĂ©nbĂłl felĂ©pĂĽlĹ‘ 3-foszfoglicerát kináz (PGK) domĂ©nzárĂłdással működĹ‘ enzim. Nem ismert, hogy mi a domĂ©nzárĂłdás alapvetĹ‘ mozgatĂł rugĂłja, hogy miĂ©rt szĂĽksĂ©ges mindkĂ©t szubsztrát egyidejű kötĹ‘dĂ©se, Ă©s ez milyen molekuláris mechanizmussal indĂtja el a domĂ©nzárĂłdást. Biofizikai mĂłdszerekkel Ă©s az ismert kristályszerkezetek összehasonlĂtásával megállapĂtottuk, hogy miĂ©rt stabilizálja bármelyik szubsztrát kötĹ‘dĂ©se a másik domĂ©nt Ă©s miĂ©rt csak a terner komplexek esetĂ©ben jön lĂ©tre a zárt konformáciĂł. A szubsztrátok egyĂĽttes kötĹ‘dĂ©se működteti a ?L-ben elhelyezkedĹ‘ kettĹ‘s molekuláris kapcsolĂłt. A konformáciĂłváltozások közvetĂtĂ©sĂ©ben rĂ©sztvevĹ‘ interdomĂ©n-rĂ©giĂł Ă©s a MgATP kötĂ©sĂ©ben rĂ©sztvevĹ‘ konzervatĂv oldalláncokat irányĂtott mutagenezissel Ala-ra cserĂ©ltem Ă©s kinetikai ill. biofizikai vizsgálatoknak vetettem alá. MegállapĂtásaim: 1) Az R38 mellett a K215 is katalitikus oldallánc, mely a MgATP ?-foszfátjával egyĂĽtt mozdul el Ă©s azt a megfelelĹ‘ helyzetbe pozĂcionálja a katalĂzis Ă©s a domĂ©nzárĂłdás során. 2) Nukleotid szubsztrát által kiváltott konformáciĂłs hatás molekulán belĂĽli terjedĂ©sĂ©nek mechanizmusában a K219 mellett az N336 Ă©s a E343 játszik kulcs szerepet. 3) A bL redĹ‘ konzervatĂv S392, T393, valamint a környezĹ‘ F165, E192 Ă©s F196 oldalláncoknak is fontos szerepe van a 3-PG indĂtotta konformáciĂłváltozás továbbĂtásában, azonban egyetlen vizsgált oldallánc sem felelĹ‘s egyedĂĽl a molekuláris csuklĂł működtetĂ©sĂ©Ă©rt, hanem ezek egyĂĽttes kapcsolatrendszere szabályozza azt. | 3-Phosphoglycerate kinase (PGK) is a two-domain hinge-bending enzyme with a well-structured interdomain region. The mechanism of domain?domain interaction, its regulation by substrate binding, the requirement of both substrates for binding and the mechanism of substrate assisted domain closure is not yet fully understood. Molecular graphical analysis of the known crystal structures and biophysical investigations have shown, that binding of either substrate stabilizes the other domain and binding of both substrates is essential for domain closure and also directs the operation of a double molecular switch at the ?L. Site directed mutations were designed at the MgATP binding site and the interdomain region: 10 conserved residues were changed to Ala and were investigated in functional and biophysical measurements. Main findings are: 1) K215 is a catalytic residue, like R38. This interacts with the g-phosphate of MgATP and assists in its proper positioning for the catalysis during domain closure. 2) The nucleotide site residues (K219, N336, E343) have essential role in the transmission of the nucleotide induced effect towards the main hinge. 3) S392 and T393 residues in bL and the surrounding F165, E192 and F196 are involved in transmission of the effects of 3-PG from one domain to the other. Neither of these side-chains is responsible alone for functioning of the molecular hinge at the ?L, rather the cumulative effects of their multiple interactions operate in the hinge region
A moduláris szervezĹ‘dĂ©s szerepe a fehĂ©rjĂ©k tĂ©rszerkezetĂ©nek kialakulásában Ă©s a katalĂtikus funkciĂł megvalĂłsĂtásában = Role of Modular Organization in Formation of the Protein Structure and in Realization of the Enzime Function
A 3-foszfoglicerát kináz kĂ©t domĂ©nje közötti egyĂĽttműködĂ©s mechanizmusát Ărjuk le, amely a domĂ©nek zárĂłdásához vezet Ă©s amely az enzim működĂ©sĂ©hez szĂĽksĂ©ges. Funkcionális (enzimkinetika, ligandkötĂ©s, irányĂtott mutagenĂ©zis) Ă©s szerkezeti (krisztallográfia, molekuláris grafika, modellezĂ©s, SAXS, DSC) vizsgálatainkbĂłl megállapĂtottuk, hogy i. a kötött szubsztrátok flexibilis foszfátjai idĹ‘leges kölcsönhatásuk rĂ©vĂ©n hozzájárulnak bizonyos hĂ©lixek elmozdulásához Ă©s Ăgy elĹ‘segĂtik a domĂ©nzárĂłdást; ii. az R38 Ă©s K215 oldalláncok szĂĽksĂ©gesek mind a domĂ©nmozgáshoz, mind a katalĂzishez; iii. a terner enzim-szubsztrát komplexben kialakulĂł speciális H-kötĂ©s láncolat felelĹ‘s az L-jelű bĂ©ta-redĹ‘ben lĂ©vĹ‘ fĹ‘ csuklĂł rĂ©giĂł működĂ©sĂ©Ă©rt. A termofil, mezofil Ă©s hidegtűrĹ‘ izopropilmalátdehidrogenázzal vĂ©gzett összehasonlĂtĂł denaturáciĂłs-renaturáciĂłs vizsgálataink megmutatták, hogy a hĹ‘stabilitási kĂĽlönbsĂ©gek a kĂĽlönbözĹ‘ denaturáciĂłs sebessĂ©gekkel hozhatĂłk összefĂĽggĂ©sbe. A renaturáciĂłs folyamatok hasonlĂł sebessĂ©ge viszont a konzervativ oldalláncok között lĂ©trejövĹ‘ specifikus kapcsolatoknak tulajdonĂthatĂł. | 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
Enzimreakciók vizsgálata a moduláris szerveződés, az atomi kölcsönhatás és a kvantummechanika szintjein. A fehérje biofizika tudományos iskolája = Insight into the Enzyme Action at Levels of modular Organization, Atomic Interactions and Quantum-Mechanics. School of Protein Biophysics
Az elmĂşlt 3 Ă©v koherens kutatĂł munkája során szĂĽlettek speciális tudományos eredmĂ©nyek Ă©s levontunk ezekbĹ‘l általános következtetĂ©seket is. Munkánk mĂ©rlege a nemzetközi folyĂłiratokban megjelent 30 közlemĂ©ny összesen 130 IF-al. Molekuláris immunolĂłgiai kutatásaink keretĂ©ben meghatároztuk 4 komplement proteáz Ă©s a C1-inhibitor szerkezetĂ©t, kĂĽlönösen az utĂłbbi hozott számunkra nagy nemzetközi elismerĂ©st. A szerkezetek Ă©s funkcionális eredmĂ©nyeink alapján általánosan elfogadott aktiválási modellt dolgoztunk ki a komplement rendszer lektin Ăştjának szabályozási mechanizmusára. JelentĹ‘snek tartjuk a C1-inhibitor heparin által törtĂ©nĹ‘ potencirozásának mechanizmusára javasolt, szerkezeti alapĂş modell kidolgozását, a flagellin fehĂ©rje egyik rendezetlen szakaszának export szignálkĂ©nt törtĂ©nĹ‘ azonosĂtását (szabadalom is szĂĽletett belĹ‘le), a foszfoglicerátkináz enzim domĂ©n zárĂłdásban rĂ©sztvevĹ‘ allosztĂ©rikus jeltovábbĂtĂł hálĂłzat azonosĂtását, az enzimaktivitás rendhagyĂł hĹ‘mĂ©rsĂ©kletfĂĽggĂ©sĂ©nek a konformáciĂłs flexibilitás alapján törtĂ©nĹ‘ Ă©rtelmezĂ©sĂ©t a izopropilmalát dehidrogenáz esetĂ©ben, átmeneti zĂłna felfedezĂ©sĂ©t a rendezett Ă©s rendezetlen szerkezetet kĂłdolĂł aminĂłsav szekvencák között. A komplement fehĂ©rjĂ©k Ă©s funkcionális komplexeik, a flagelláris rendszerek, multidomĂ©n enzimek egyĂĽttes vizsgálata lehetĹ‘vĂ© tette a fehĂ©rjĂ©k önszervezĹ‘dĂ©sĂ©vel, a molekuláris szintű felismerĂ©ssel Ă©s az allosztĂ©rikus jeltovábbĂtás mechanizmusával kapcsolatos általános következtetĂ©sek levonását. | We have determined the structure of C1-Inhibitor and four complement proteinases: C1r, MASP1, MASP2 in zymogen form and MASP2 in activated form. Based on our structural and functional studies we concluded a mechanistic model for the activation of the lectin pathway of the complement system. We also devised a structure based model for the heparin potentiation of C1-Inhibitor. An intrinsically disordered sequence of the bacterial flagellin protein was identified as an export signal (patented). Other significant achievements: the mapping of an allosteric network involved in the ligand induced hinge closure of phosphoglycerate kinase, the interpretation of the odd temperature dependence in the catalytic activity of isopropylmalate dehydrogenase in terms of concerted conformational fluctuations, discovery of the twilight zone between amino acid sequences encoding ordered and disordered conformations. Our coherent studies on the functional protein complexes of the complement system, on flagellar systems, multidomain enzymes enabled us to make some general conclusions regarding the self assembly, recognition and allosteric behaviour of proteins and protein complexes
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 tĂ©rszerkezet alapján, a konformáciĂłs dinamika figyelembevĂ©telĂ©vel kĂsĂ©reltĂĽk meg az intramolekuláris Ă©s molekulák közötti jelátvitel megĂ©rtĂ©sĂ©t atomi felbontással. KĂsĂ©rleti objektumok: a komplement rendszer, azon belĂĽl is a nemrĂ©g felfedezett lektin Ăşt fehĂ©rjekomplexei, a flagelláris exportrendszer valamint moduláris monomer, dimer Ă©s oligomer felĂ©pĂtĂ©sű enzimek álltak. MegállapĂtottuk, hogy FliI ATPáz, amely kĂ©pes az exportálandĂł fehĂ©rjĂ©je kitekerĂ©sĂ©re, a FliJ, FliH Ă©s FliS komponensekkel egyĂĽtt kĂ©pez olyan szupramolekuláris komplexet, amely kĂ©pes az export szubsztrátumok felismerĂ©sĂ©re. LeĂrtuk a foszfoglicerát kináz enzim alloszterikus működĂ©si mechanizmusát, atomi felbontással. Feltártuk az izopropilmalát dehidrogenáz molekuláris csuklĂłinak működĂ©sĂ©t Ă©s szerepĂ©t az alegysĂ©gek kölcsönhatásaiban. SzelektĂv inhibitorokkal a tankönyvi tĂ©zissel ellentĂ©tes felismerĂ©sre jutottunk, miszerint a komplement rendszer lektin Ăştjának meghatározĂł aktivátora a MASP-1 szerin proteáz. ĂŤgy a komplement aktiválással összefĂĽggĹ‘ betegsĂ©gek Ăşj gyĂłgyszercĂ©lpont molekuláját azonosĂtottuk. FelfedeztĂĽk, hogy a MASP-1 kĂ©pes a kininogĂ©n hasĂtása Ăştján, bradikinint felszabadĂtva, komplement fĂĽggĹ‘ gyulladást keltĂ©sĂ©re. FelfedeztĂĽk, hogy a trombinhoz hasonlĂłan a MASP-1, PAR-4 receptoron keresztĂĽl endotĂ©l sejteket aktivál. BizonyĂtĂ©kot találtunk arra, hogy a fehĂ©rjĂ©k konformáciĂłs dinamikája meghatározza a szerkezet evolĂşciĂłjának lehetsĂ©ges irányait, több milliárd Ă©ves idĹ‘skálán 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