Projekti / Programi
Strukturne osnove regulacije človeskega alfa-aktinina s kalcijem
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Aktinski citoskelet, stresna vlakna, α-aktinin, regulacija s kalcijem, strukturna biologija
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
08327 |
dr. Kristina Djinovic Carugo |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2017 - 2020 |
346 |
| 2. |
33160 |
dr. Sara Drmota Prebil |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2017 - 2020 |
12 |
| 3. |
26334 |
dr. Gregor Ilc |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2017 - 2020 |
93 |
| 4. |
03422 |
dr. Brigita Lenarčič |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2017 - 2020 |
338 |
| 5. |
23575 |
dr. Miha Pavšič |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2017 - 2020 |
203 |
| 6. |
10082 |
dr. Janez Plavec |
Kemija |
Raziskovalec |
2017 - 2020 |
1.255 |
| 7. |
19648 |
dr. Petra Prijatelj Žnidaršič |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2019 - 2020 |
37 |
Organizacije (2)
Povzetek
Cytoskeleton is a fundamental structural and functional feature of all cells. In eukaryotes, it has evolved into an extremely complex network of various filaments of which the actin filaments provide the most flexibility in terms of shape-linked functions (e.g. microvili of intestinal epithelial cells and neurites of neural cells), cell movements (e.g. lamellipodia and filopodia of migrating cells) and contraction (muscle cells). Such diverse functionality is enabled by a plethora of accessory proteins of which α-actinins are the most common ones. Four α-actinin isoforms exist: two calcium-insensitive muscle-restricted isoforms (α-actinin-2 and -3), and two ubiquitously expressed isoforms (α-actinin-1 and -4). These latter two crosslink actin filaments into suprastructures - three-dimensional networks and bundles of tightly packed parallel actin filaments. Actin bundles function as scaffolds that support or stabilize cellular structures such as focal cell adhesion contacts, protrusions and stress fibres. The inherent functional feature of these structures is their dynamics, which is vital to alterations in cell state and its environment. The key player that regulates the assembly and reorganization of actin bundles is calcium which binds to calmodulin-like domain of α-actinin-1 and -4 and thereby modulates their actin bundling activity. The reversible nature of the process is enabled by fluctuations of the cytosolic calcium levels and is key to the dynamics of actin cytoskeleton reorganization with direct implications in other cellular structures. Although the current knowledge on basic structural and functional features on the α-actinins does enable construction of plausible models of their action, the mechanistic details remain largely unknown and only recently our published data shed some light on the structural features of α-actinin-1 regulation via calcium ions. On the basis of these preliminary results we build our hypothesis: calcium binding to the calmodulin-like domain of α-actinin-1 triggers conformational changes which fasten juxtaposed actin-binding domain, affects proper relative orientation of actin-binding domains and, consequently, impairs the ability to bundle actin filaments while still retaining the capacity to bind them. In the light of this we aim to analyze the structure and associated dynamics of α-actinin-1 using an integrative structural biology approach, characterize calcium-bound and calcium-free forms by various biochemical and biophysical methods, and validate the hypothesized molecular model using in vivo approach. By addressing this lack of knowledge, we will answer one of the fundamental questions of cell biology: how do cells dynamically reorganize actin cytoskeleton simply by calcium ion fluctuations? Additioanlly, the data generated on α-actinin-1 will be applicable to the other non-muscle isoform, α-actinin-4. Furthermore, since genetic mutations in α-actinin genes are associated with several inherited diseases (congenital macrothrombocytopenia, focal segmental glomerulosclerosis, cardiomyopathies) our data will be indispensable for understanding of their development and devising therapeutic approaches or prevention strategies. Last and not the least, the interdisciplinary nature of the project will bring together top-quality research groups, sprout further collaboration outside the scope of this project, fertilize expertise exchange, and through educative function extension of the Chair of Biochemistry at UL FKKT contribute to knowledge dissemination.
Pomen za razvoj znanosti
Osnovni cilj tega projekta je raziskati in pojasniti molekularni mehanizem delovanja a-aktinina-1 (nemišična oblika) pri povezovanju aktinskih filamentov v svežnje, kjer odločilno regulatorno vlogo igrajo kalcijevi ioni, ki se vežejo na njegovo kalmodulinu-podobno domeno. Razlago delovanja bo mogoče aplicirati tudi na drugo nemišično izoobliko (a-aktinin-4), katere delovanje je prav tako direktno odvisno od kalcijevih ionov. V primerjavi z mehanizmom delovanja od kalcija neodvisnih (mišičnih) izooblik a-aktinina (izoobliki 2 in 3), kjer igra ključno vlogo regulacija preko PIP2, je namreč vloga kalcijevih ionov pri nemišičnih izooblikah bistveno slabše raziskana, sploh na atomskem nivoju. Ker sta nemišični izoobliki a-aktinina (izoobliki 1 in 4) prisotni v vseh celicah gre pravzaprav za enega od osnovnih mehanizmov, ki je ključen za oblikovanje, stabilnost in dinamiko aktinskega citoskeleta, s tem pa hkrati naslavljamo eno od ključnih bioloških vprašanj in bistveno prispevamo k razumevanju številnih pomembnih bioloških procesov (na primer, oblikovanje in preoblikovanje tkiv, imunski odziv, metastaziranje rakavih celic). Dodatno, naši rezultati bodo pomagali pri razumevanju dednih bolezni, povezanih z mutacijami v genih, ključnih za oblikovanje in dinamično preoblikovanje aktinskega citoskeleta (makrotrombocitopenija, kariomiopatije, fokalna segmentna glomeruloskleroza).
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt spada med osnovne raziskave, rezultati pa bodo v prvi vrsti prispevali k razumevanju kompleksnega delovanja a-aktinina-1 na molekulskem nivoju. Naši rezultati bodo imeli tudi uporabno vrednost in sicer v smislu razumevanja nekaterih bolezni, v razvoj katerih so vključene genetske variante nemišičnih a-aktininov, ter razvoja terapij za njihovo zdravljenje ali celo strategije preprečevanje njihovega razvoja. Na primer, fokalna segmentna glomeruloskleroza je bolezen ledvic, ki lahko v skrajnem primeru vodi celo do njihove odpovedi, njen razvoj pa je povezan z mutacijami znotraj eksona 8a nemišičnega a-aktinina-4 (paralog a-aktinina-1), ki zapisuje za regijo med ABD in paličasto domeno. Te mutacije imajo za posledico povečano afiniteto a-aktinina-4 do aktina, razumevanje molekularnega ozadja, ki vključuje Ca2+-regulatorno regijo, pa bi vsekakor bistveno prispevali k razumevanju omenjene bolezni. Še več, poglobljeno razumevanje delovanja ene izmed tako osnovnih celičnih struktur kot je aktinski citoskelet bi vsekakor prispevalo k razvoju najnovejših celičnih tehnologij kot so celične tovarne in makromolekulski stroji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
