"Institutsionaalne uurimistoetus" projekt IUT2-21
IUT2-21 "Molekulaarsed lülitid eukarüootsetes süsteemides (1.01.2013−31.12.2018)", Mart Loog, Tartu Ülikool, Loodus- ja täppisteaduste valdkond, tehnoloogiainstituut.
IUT2-21
Molekulaarsed lülitid eukarüootsetes süsteemides
Molecular switches in eukaryotic systems
1.01.2013
31.12.2018
Teadus- ja arendusprojekt
Institutsionaalne uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.1. BiokeemiaP310 Proteiinid, ensümoloogia1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.1. BiokeemiaB191 Taimebiokeemia1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt25,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.3. GeneetikaB225 Taimegeneetika1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt25,0
PerioodSumma
01.01.2013−31.12.2013224 000,00 EUR
01.01.2014−31.12.2014224 000,00 EUR
01.01.2015−31.12.2015224 000,00 EUR
01.01.2016−31.12.2016224 000,00 EUR
01.01.2017−31.12.2017224 000,00 EUR
01.01.2018−31.12.2018224 000,00 EUR
1 344 000,00 EUR

Peamised molekulaarsed lülitid raku signaalivõrgustikes on proteiini kinaasid. Need ensüümid lisavad valkudele fosfaatrühmi muutes seeläbi nende omadusi. Organismides on sadu proteiini kinaase ning kümneid tuhandeid substraatvalke. Uute lülitusmehhanismide uurimine on tänapaeval eriline väljakutse, mis omab suurt tähtsust ravimiarenduse ja muude rakenduslike suundade kontekstis. Käesolevasse taotlusesse koondatud laborid uurivad fosforüleerimise protsesse mudelsüsteemides Saccharomyces cerevisiae ja Arabidopsis thaliana. Mart Loogi rühm uurib rakkude pooldumist reguleerivaid kinaase. Selle töö käigus loodud mudelid aitavad mõista ka vähirakkude paljunemist. Hannes Kollisti rühm uurib taimede õhulõhede sulgumist reguleerivaid signaaliradu ja nendega seotud fosforegulatsiooni mehhanisme aidates luua strateegiaid stressitaluvamate põllukultuuride aretuseks. Vastavalt institutsionaalsete uurimistoetuste uuele strateegiale esitavad need laborid ühise taotluse, et saavutada oluline sünergia.
The most widespread mechanism of molecular switching in eukaryotes is performed by protein kinases and protein phosphorylation. There are hundreds of protein kinases in most eukaryotes and they are involved in virtually all important signaling circuits. Kinases are also connected to many disease mechanisms. The joint research grant combines the groups working on protein kinases in eukaryotic model organisms Saccharomyces cerevisiae and Arabidopsis thaliana. The group led by Mart Loog is studying the cyclin-dependent kinases regulating the cell cycle. The group led by Hannes Kollist is studying the kinase/phosphatase regulated signaling pathways leading to the stomatal closure in plants. The synergy coming from the expertise of both groups, especially in applying the methods to study kinases and protein phosphorylation in the plant projects has strong potential and has already proven to be fruitful in the collaboration between these groups in the past.
Rakkudes on tuhandeid regulatsioonimehhanisme ja nendega seotud lülitusi, mis võimaldavad reageerida muutustele ümbritsevas keskkonnas ja raku sees. Üks levinuim lülitusmehhanism on valkude fosforüülimine. Ensüümid proteiinkinaasid ja fosfataasid lisavad ja eemaldavad fosfaatrühmi valkude spetsiifilistel aminohapetel ja muudavad seeläbi valkude aktiivsust luues võimaluse signaaliülekandeks läbi binaarse lülituse. Projekti raames loodud koostöö kahe labori vahel võimaldas teha olulise edasimineku fosforüülimisprotsesside mõistmises pärmirakkude jagunemise ja taimede veekasutuse regulatsiooni näitel. Loogi juhitud rühm näitas, kuidas eukarüootsete rakkude pooldumise pealüliti, tsükliinist sõltuv proteiinkinaas (CDK – cyclin-dependent kinase) kasutab fosforüülimismustreid struktuuritutes valguahelates, et kodeerida rakutsükli sadade erinevate lülitite ajastatust. Seni oli teadmata, kuidas rakutsükli kontrollmehhanism garanteerib sündmuste täpse järgnevuse ja väldib hilisemate ja varasemate sündmuste ajalisest koordineerimatusest tekkivaid vigu. Kollisti rühm tegi olulise edasimineku taimede veekasutuse efektiivsust mõjutavate protsesside regulatsiooni mõistmisel. Demonstreeriti, et taimehormooni abstsiishappe signaalirada mängib olulist rolli taimede õhulõhede avatuse reguleerimisel vastusena muutustele keskkonnatingimustes. Kirjeldati kahe proteiinkinaasi vaheline lülitusmehhanism, mis rakendub õhulõhede reguleerumisel sõltuvalt muutustele fotosünteesi substraadi CO2 kontsentratsioonis. Kirjeldatud lüliti ei mõjuta õhulõhede sulgumist põua tingimustes ja omab seetõttu rakenduslikku potentsiaali taimede veekasutuse reguleerimisel kasvava CO2 kontsentratsiooni taustal. Saadud tulemused võimaldavad luua molekulaarseid markereid, et aretada põuakindlaid kultuurtaimi. Mõlema projekti tulemused selgitasid proteiinkinaaside signaaliradade mehhanisme sellise detailsuseni, mis võimaldab de novo kinaasilülitite disainimist sünteetilise bioloogia praktilisteks rakendusteks.