Perczel András
- ELTE egyetemi tanára,
az MTA, Szt.István Tud.Akad. és az Academia Europaea tagja
Támogatás összege
Ft
A kutatás rövid ismertetője
Az élő szervezetek működését sok más tényező mellett a fehérjehálózatok egyes elemeinek finoman szabályozott és összehangolt együttműködése teszi lehetővé. Multimerekbe és komplexekbe szerveződésük során a fehérjék térszerkezeti, dinamikai és egyéb változásokon mennek keresztül. Kutatási célunk az ilyen folyamatok molekuláris szintjeinek a jobb megértése, a fiziológiás és patológiás működést meghatározó jellemzők felderítése. Specifikus szakmai kérdéseink közül az alábbi néhány jól mutatja érdeklődésünket és munkánk fókuszait: Milyen specifikus, atomi szintű kölcsönhatások a meghatározók a fehérjekomplexek képződése és önszerveződése során? Hogyan függ össze egy-egy fehérje funkciója, a feltekeredett térszerkezet és belső dinamika meghatározó szerkezeti motívumaival? Az enzimműködés során milyen reakcióutak valósulnak meg? Hogyan befolyásolják ezeket az utakat az egyes, specifikus mutációk? Az amidkötés milyen fizikokémiai tulajdonságai határozzák meg a fehérjék stabilitását?
Letöltések
Vizsgálatainkhoz nagyfelbontású (NMR, röntgendiffrakció, krio-EM), kisfelbontású (ECD, FTIR, VCD) és további képalkotó (AFM) eljárások mellett az alkalmazott kvantumkémiai, molekulamodellező és bioinformatikai módszereket használjuk. Az elmúlt évek, évtizedek során kutatásainkhoz kapcsolódóan számos módszerfejlesztést is végeztünk: pl. fehérje előállítást dolgoztunk kifúziós expressziós rendszerben, az áramlásos peptidszintézis módszerét fejlesztettük [1,2], kiroptikai spektrumok analízisét segítő módszert készítettünk (CCA+), fehérjeszerkezetek összehasonlító elemzését segítő metrikát készítettünk (LoCoHD) [3], NMR-alapú ligandum-kötött fehérje térszerkezetmeghatározáshoz készítettünk új algoritmust [4].
Kutatásainkat olyan gyógyászati szempontból fontos területekre fókuszálódnak, mint pl: a fehérje-önszerveződés egyik fontos megjelenési formája, az amiloidképződés molekuláris hátterének mélyebb megértése. Ennek során a fehérjék konformációs átalakulásának eredményeként, sok fehérjeláncból álló β-redőzött réteg tartalmú aggregátumok és rostok képződését kutatjuk. Visszafordíthatatlan amiloidképződés történik pl. egyes neurodegeneratív betegségek során (Alzheimer kór, Parkinson kór), ezzel szemben vannak olyan fiziológiai folyamatok is, amelyekben az amiloidképződés nemcsak funkcionális, de meg is fordítható. Ilyen pl. a vércukorszint szabályozásában résztvevő egyes homonok (pl. glükagon) tárolása és felszabadulása. Kutatócsoportunk azt is vizsgálja, hogy az amiloidképződésnek milyen környezeti és aminosav-sorrendbeli feltételei vannak. Milyen feltekeredési és letekeredési útvonalon valósul mindez meg, s milyen morfológiájú aggregátumokat eredményez. Célunk annak a felderítése is, hogy az amiloidok magját képező rövid oligopeptidek milyen kölcsönhatási mintázatokkal stabilizálják a képződő nanoszerkezeteket és ezeknek milyen polimorf módosulatai jöhetnek létre [5,6].
Az önszerveződés további és biológiai szempontból fontos funkcionális formája a fehérje multimerek kialakulása, amely lehetővé teszi a szerkezet stabilizálását, az aggregációs gócként viselkedő fehérjeszakaszok leárnyékolását, vagy éppen kihasználását a funkció finomhangolása érdekében. A transztiretin (TTR) szállító fehérje funkcionális egysége a homo-tetramer, aminek disszociációja a térszerkezet gyors elvesztéséhez és az amiloidképződéshez vezet. E fehérje vizsgálatának jelentőségét az is adja, hogy az amiloidózisok második leggyakoribb formája éppen a transztiretin-amiloidózis. Vizsgálataink során azt szeretnénk megérteni, hogy hogyan függenek össze a TTR egyes természetes variánsai az amiloidogenicitásukkal.
Az acilaminoacil-peptidáz enzim
Az acilaminoacil-peptidáz enzim (AAP) mint a rákterápia egyik potenciális célpontja került a látókörünkbe. Az AAP modulálja az ubikvitin/proteaszóma rendszert és az onkogén kRas mutánsok lokalizációját és működését is. Térszerkezetének vizsgálatával rávilágítottunk arra, hogy az enzim tetramer felépítésével kialakuló belső csatornarendszer és hajlékony hurokrégiók összjátéka teszi lehetővé a fehérje szelektív működését: csak kis méretű és már letekeredett peptidláncokat képes hidrolizálni. Ez az enzim felelős az antipszichotikumként használt valproát és a karbapenem típusú antibiotikumok közötti gyógyszer-kölcsönhatásért. E munkánk keretében derítettük fel a kölcsönhatás molekuláris hátterét és az antibiotikumkötés és inhibíció mechanizmusát krio-elektronmikroszkópia segítségével [7]. Eredményeink olyan molekuláris mechanizmusokra világítottak rá, melyekkel antibiotikumok – eddig ismeretlen – mellékhatásokat okozhatnak.
A Ras fehérjék olyan molekuláris kapcsolók, amelyek képesek a sejtnövekedést szabályozni. Gyógyászati jelentőségüket az adja, hogy legtöbb ráktípusban megtalálhatók a kRas és a hRas kulcsfontosságú pontmutációi. Mutáns változatai (pl. G12V, G12D, G12C), amelyek nem képesek a negatív szabályozó GAP fehérjéhez kötődni – a jelpálya túlzott erősítését okozzák, ami korlátlan sejtosztódáshoz és így tumorképződéshez vezet. A kRas és onkogén mutánsainak esetében az inaktív (GDP-kötött) és aktivált (GTP-kötött) forma összehasonlító vizsgálatára új protokollt dolgoztunk ki, és felderítettük, hogy a fehérje melyik részét érinti a mutálódott aminosav által okozott szerkezeti-dinamikai különbég, és ez hogyan befolyásolja a katalitikus mechanizmust [4,8]. Idevonatkozó szerves hatóanyagok fejlesztésében is részt veszünk (PharmaLab).
A peptidek és fehérjék előállítása nagy kihívást és jelentős anyagi terhet jelent a kutatás és a gyógyszeripar számára. Szintézisük költséges és nagy környezeti terheléssel jár. Az általunk továbbfejlesztett áramlásos kémián alapuló módszer gyorsan és hatékonyan képes peptideket és kisméretű fehérjéket előállítani. Módszerünkkel a szintézisek költségét sikerült jelentősen, akár egy nagyságrenddel lecsökkenteni, s így a bioaktív peptidek és fehérje fragmensek előállítását jóval gazdaságosabbá tenni [1,2]. A rutinszerűen használt mérgező oldószereket (pl. dimetilformamid) sikeresen váltjuk ki fenntartható alternatívákkal, így a keletkező vegyszerhulladék nagy része újrahasznosíthatóvá vált.
Kutatási eredmények
Kutatási eredményeink hozzájárulhatnak a daganatos megbetegedések, a cukorbetegség, valamint a vírusok okozta megbetegedések elleni küzdelemhez, másrészről az intermolekuláris kölcsönhatások, és fehérjék által létrehozott (szupra-)molekuláris mintázatok jobb megértéséhez is.
[1] V. Farkas et al. Organic Process Research & Development (2021) 25:1 82
[2] K. Ferentzi et al. Reaction Chemistry & Engineering (2024) 9: 58
[3] Zs. Fazekas et al. Nature Communications (2024) 15: 4029
[4] M. Gadanecz et al. Int J Mol Sci (2023) 24: 12101
[5] N. Taricska et al. Chemistry – A European Journal (2020) 26: 1968
[6] D. Horváth et al. Nature Communications (2023) 14: 4621
[7] A. J. Kiss-Szemán et al. Chemical Science (2022) 13: 14264
[8] D.K. Menyhárd et al. Chemical Science (2020) 11, 9272
