tudjunk egymásról bugyi beáta 22/11/2012 - ttk.pte.hu egymásról ‐bugyi beáta 22/11/2012 1...

Tudjunk Egymásról ‐ Bugyi Beáta 22/11/2012

1

PTE ÁOKBiofizikai Inté[email protected]

"Tudjunk Egymásról„ - Magyar Tudomány Ünnepe - 2012. november 22. Reymann et al. Science 2012

Reymann et al. MBC 2012

Loisel, Boujemaa et al. Nature 1999

Reymann et al. Nature Materials 2010

Bugyi B et al. EMBO Journal 2010

Bosch, Bugyi B et al. Molecular Cell 2007

Listeria monocytogenes

Összetett aktin hálózatok

ADF/aktin

Akto‐miozin kontraktilitásLamellipodium/lamella

Spire/formin szinergia

sejtmozgás

fagocitózis

endocitózis

sejtosztódás

intracellulárispathogének mozgása

endoszóma

lamellipodiumalak

polaritás

sejtmag

lamella

fillopodium

stressz rostok

podoszómaGolgi

sejt-sejt kapcsolatok

kontraktilitás

mechanikai stabilitás

Renault L., Bugyi B. és mtsai. Trends in Cell Biology 2009, Hild G., Bugyi B. és mtsai. Cytoskeleton 2010

AKTIN… LENYŰGÖZŐ FUNKCIONÁLIS POLIMORFIZMUS

…és AKTIN-SZABÁLYOZÓ FEHÉRJÉK TÁRHÁZA


2

vizsgálatokÉLŐ SEJTBEN

☺ „TERMÉSZETES-KOMPLEX”SZÁMTALAN ÖSSZETEVŐISMERETLEN KOMPONENSEK

☺ eredmény: „KÉP”

vizsgálatok „küvettában”EGYEDI FEHÉRJÉKEN

„MESTERSÉGES-EGYSZERŰ”KEVÉS ÖSSZETEVŐ

☺ ISMERT KOMPONENSEK☺ eredmény: „GÖRBÉK”

FUNKCIÓ

☺ ISMERT KOMPONENSEK„sejtmentes”, tisztított komponensek, fehérjék szabályozott biokémiai környezet

☺ „TERMÉSZETES-KOMPLEX”lépésről-lépésre növelve a rendszer minőségi/mennyiségi összetettségét

(fehérjék, izoformák, mutációk, kémiai komponensek)a fehérjerendszerek közötti (antagonisztikus/szinergikus) komplex hatásokeredményeképpena rendszer önszerveződése révéna sejten belüli környezet rekonstruálása

☺ eredmény: „KÉP”szerkezetdinamikamolekuláris összetétel

R. P. Feynman


3

Arp2/3 aktivációelágazó filamentumok

ADFprofilinsapka fehérjeF-aktin Arp2/3

ADP ATP+ ATPFORMIN (mDia1, DAAM)

+katalizátor

mikrogyöngy

KÖZEGfunkcionalizált mikrogyöngyök

aktin + szabályozó fehérjékATP

↓aktin monomer

↓GYÖNGYFELSZÍN

aktin filamentum képződés↓

aktin hálózatAKTIN CSÓVA

GYÖNGYMOZGÁS

Bugyi B. és mtsai. FEBS Letters 2008

Arp2/3 komplex aktivátor(N-WASP)


4

HMW: 1a/1bLMW: 2a/2b

Schevzov és mtsai. Bioarchitecture 2011. Whitby és mtsai. Proteins 2000. PDB: 1C1G

GENETIKAI aspektus4 gén (TPM1-4)alternativ splicing

> 40 izoforma emlősökben

SZERKEZETI aspektus2 alfa-helikális polipeptid lánc,coiled-coil elrendezésbenkooperatív aktin filamentum kötés„head-to-tail” (C-N) kölcsönhatás

FUNKCIONÁLIS aspektusFUNKCIONÁLIS DIVERZITÁS

N

C

kontrollendogén tropomiozin

Stephanie Gupton és mtsai. Journal of Cell Biology 2005

MEMBRÁN KITÜREMKEDÉSEK

LAMELLA?

LAMELLIPODIUMArp2/3 komplex


5

kontrollendogén tropomiozin

többlet tropomiozinmikroinjektált PtK1 epitéliális sejtek


MEMBRÁN KITÜREMKEDÉSEK


MEMBRÁN KÖZELI AKTIN HÁLÓZAT

MOLEKULÁRIS ÖSSZETÉTELArp2/3 komplex és cofilin↓tropomiozin↑

DINAMIKAaktin turnover↓polimerizációra képes filamentum végek ↓

SZERKEZETegyenletes fűrészfogszerű

LAMELLIPODIUM LAMELLA


6

0 1000 2000 3000 40000

5

10

15

20

25

30

352.5 μM actin297 nM His-VCA50 nM Arp2/3

control: actin + His-VCA

pyre

nyl f

luor

esce

nce,

a.u

.

time, s

[skTm], μM 0 0.07 0.21 0.49 0.99 2.1

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50,0

0,1

0,2

0,3

[skTm], μM[fi

lam

ent e

nd],

nM

LASSABB filamentumképződés

egyedi fehérje:

lassabb filamentumképződésArp2/3 komplex gátlása

sejtben:

gyorsabb kitüremkedések

?

TROPOMIOZIN


7

scale bar: 20 μm

alacsony Arp2/3 - N-WASP sűrűség (d = 6 nm)

0 1 2 30

2

4

6

8

low N-WASP

bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[skTm], μM

ALACSONYArp2/3 - N-WASP

LASSABB MOZGÁS

scale bar: 20 μm

0 1 2 30

2

4

6

8

low N-WASP

bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[skTm], μM

magas Arp2/3 - N-WASP sűrűség (d = 3 nm)

scale bar: 20 μm

0 1 2 30

2

4

6

8

low N-WASP

high N-WASP

bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[skTm], μM

MAGASArp2/3 - N-WASP

ALACSONYArp2/3 - N-WASP

LASSABB MOZGÁS

GYORSABB MOZGÁS

alacsony Arp2/3 - N-WASP sűrűség (d = 6 nm)


8

GYÖNGY

AKTIN HÁLÓZAT

branching disszociáció növekedés

kötött filamentum„ATTACHMENT FORCE”

szabad filamentum„POLYMERISATION FORCE”

0 500 1000 1500 20000

1

2

3

4

5

6

distance between N-WASP molecules, nm24616

bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[N-WASP], nM

ALACSONYArp2/3-N-WASP

SŰRŰSÉG

az elágazások létrejöttének alacsony frekvenciájakorlátozza a mozgást

MAGASArp2/3-N-WASP

SŰRŰSÉG

elágazások létrejöttének magas

frekvenciájakorlátozza a mozgást


9

0 500 1000 1500 20000

1

2

3

4

5

6


bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[N-WASP], nM0 500 1000 1500 2000

0

1

2

3

4

5

6


bead

vel

ocity

, μm

/ m

in

[N-WASP], nM

[skTm], μM: 0, 2.87

ALACSONYArp2/3-N-WASP

SŰRŰSÉG

az elágazások létrejöttének alacsony frekvenciájakorlátozza a mozgást

+ TROPOMIOZIN

LASSABB↓

MAGASArp2/3-N-WASP

SŰRŰSÉG

elágazások létrejöttének magas

frekvenciájakorlátozza a mozgást

+ TROPOMIOZIN

GYORSABB↑

16.10 6.4

0

0.5

[ADF]

[tropomiozin]

[c], μMaz aktin hálózat kezdeti pozíciója


10

skTm Arp2/3 merge

[tropomiozin], μM

0.27

1.1

0.54

0,00 0,25 0,50 0,75 1,000

10

20

30

40

50

60

70"half distance" "half time"

L 1/2, μm

[skTm], μM0,00 0,25 0,50 0,75 1,000

5

10

15

20

25

30

35

40

t 1/2,

min

[skTm], μM

0 20 40 60 80 100 1200

1

2

3

4

5[skTm],μM: 0.27, 0.56, 1.09

skTm

: A

rp2/

3

distance, μm

t1/2 = 14 ± 1 min

tropomiozin kötés: t1/2 = 14 ± 1 min~

elágazások disszociációja oldatban: t1/2 = 13.3 min(Le Clainche és mtsai. PNAS 2003)


11

KONTROLL TÖBBLET TROPOMIOZIN

Bugyi B. és mtsai. EMBO Journal 2010


SEJT

BIOMIMETIKUS RENDSZER

MOLEKULÁRIS MODELL

LAMELLIPODIA LASSÚ KITÜREMKEDÉSEK

GÁTOLT LAMELLIPODIA GYORS KITÜREMKEDÉSEK

WAVE-Arp2/3 LASSÚ MOZGÁS

GÁTOLT WAVE-Arp2/3GYORS MOZGÁS



12

OTKA-PD83648NKTH-REG-DD-09-1-2009-0009-Tirfm_09Bolyai János Posztdoktori Ösztöndíj, MTAPTE ÁOK Posztdoktori ÖsztöndíjEuropean Molecular Biology OrganisationLa Ligue contre le CancerTÁMOP-4.2.2. B-10/1-2010-0029 TÁMOP-4.2.1. B-10/2/KONV-2010-0002 TÁMOP-4.2.2-08/1-2008-0011

Vig AndreaHuber Tamás Tóth Mónika

Marie-France CarlierCytoskeleton dynamics and motility groupLEBS CNRS, Gif‐sur‐yvette, France

Nyitrai Miklós PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Peter GunningDepartment of Pharmacology, Sydney, Ausztrália

Mihály JózsefSZBK, Szeged

Jan FaixHannoverDepartment of Biophysical Chemistry, Medizinische Hochschule, Hannover, Németország

Erostyák JánosPTE TTK Kísérleti Fizika Intézet

tudjunk egymásról bugyi beáta 22/11/2012 - ttk.pte.hu egymásról ‐bugyi beáta 22/11/2012 1...

Documents