Molecular basis and role of protein-protein interactions in the regulation of Apoptosis Signal-regulating Kinase 1 (ASK1)

• Thesis title in Czech: Molekulární podstata a role protein-proteinových interakcí v regulaci proteinkinasy ASK1
• Thesis title in English: Molecular basis and role of protein-protein interactions in the regulation of Apoptosis Signal-regulating Kinase 1 (ASK1)
• Key words: ASK1, kinasa, protein-proteinová interakce, regulace, mechanismus, apoptosa
• English key words: ASK1, kinase, protein-protein interaction, regulation, mechanism, apoptosis
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: prof. RNDr. Tomáš Obšil, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Veronika Obšilová, Ph.D.

Preliminary scope of work

Proteinkinasa ASK1 je MAP kinasa kinasa kinasa (MAP3K), která řídí buněčnou odpověd na oxidační stres, stres endoplazmatického retikula či příliv vápníku prostřednictvím p38 a JNK signálních drah. Deregulace aktivity ASK1 se podílí na vzniku mnoha onemocnění, včetně neurologických poruch, amyotrofické laterální sklerózy, kardiovaskulárních onemocnění, diabetu a rakoviny. Katalytická aktivita ASK1 je regulována složitým mechanismem, který zahrnuje interakci s řadou různých vazebných partnerů, včetně thioredoxinu (TRX), faktorů asociovaných s receptorem pro tumor nekrotizující faktor (TRAF) a proteinů 14-3-3. Navzdory mnoha letům intenzivního výzkumu zůstává molekulární mechanismus regulace ASK1 nejasný.
Cílem tohoto projektu v oblasti strukturní biologie je objasnit molekulární podstatu regulace ASK1 a pochopit roli vazebných partnerů ASK1 v tomto procesu. Za tímto účelem bude studována struktura komplexů ASK1 s jeho vazebnými partnery TRX1, TRAF2 a 14-3-3 pomocí integrativních metod strukturní biologie, zejména kryo-EM, SAXS, H/D výměny ve spojení s MS a chemického síťování ve spojení s MS. Spolu se strukturou bude studován také vliv těchto protein-proteinových interakcí na kinasovou aktivitu ASK1. Všechny proteiny budou připraveny rekombinantně pomocí bakteriálního expresního systému. Biofyzikální a strukturní experimenty budou prováděny v laboratořích školitele a konzultanta práce (příprava rekombinantních proteinů, měření kinasové aktivity, DSF, SV AUC), v core facilitách Biocev (HDX-MS, XL-MS) a Ceitec (cryo-EM), měření SAXS bude prováděno na sychrotronu DESY v Hamburku v Německu. Projekt je financován z grantů výzkumné skupiny.

Preliminary scope of work in English

Apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) is a MAP kinase kinase kinase (MAP3K) that controls various responses to oxidative and endoplasmic reticulum stress and calcium influx via the p38 and JNK signaling pathways. Deregulation of ASK1 activity is involved in the development of many diseases, including neurological disorders, amyotrophic lateral sclerosis, cardiovascular disease, diabetes and cancer. The catalytic activity of ASK1 is regulated through a complex mechanism that involves interaction with a variety of different binding partners including thioredoxin (TRX), tumor necrosis factor receptor–associated factors (TRAF) and 14-3-3 proteins. Despite many years of intensive research, the molecular mechanism of ASK1 regulation remains unclear.
The aim of this project in the field of structural biology isto elucidate the molecular basis of ASK1 regulation and to understand the role of ASK1 binding partners in its regulation. For this purpose, the structure of ASK1 complexes with its binding partners TRX1, TRAF2 and 14-3-3 will be studied using integrative structural biology methods, in particular cryo-EM, SAXS, H/D exchange coupled to MS and chemical crosslinking coupled to MS. Together with the structure, the impact of these protein-protein interactions on the kinase activity of ASK1 will also be studied. All proteins will be prepared recombinantly using a bacterial expression system. Biophysical and structural experiments will be carried out in the laboratories of supervisor and co-supervisor (expression and purification of recombinant proteins, kinase activity measurements, DSF, SV AUC), at the core facilities of Biocev (HDX-MS, XL-MS) and Ceitec (cryo-EM), SAXS measurement will be performed at the DESY sychrotron in Hamburg, Germany. The project is funded by grants from the research group.