text size

Structural studies of selected signaling protein complexes.

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Structural studies of selected signaling protein complexes.
Title (in czech):
Strukturní studie vybraných komplexů signálních proteinů.
Type:
Dissertation
Author:
Bc. Katarína Pšenáková
Supervisor:
doc. RNDr. Tomáš Obšil, Ph.D.
Opponents:
doc. Ing. Richard Hrabal, CSc.
RNDr. Pavlína Maloy Řezáčová, Ph.D.
Consultants:
RNDr. Veronika Obšilová, Ph.D.
Ing. Václav Veverka, Ph.D.
Thesis Id:
171350
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
Study programm:
Physical Chemistry (P1404)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
26/02/2019
Defence result:
Pass
Publication of the thesis:
The thesis publication was postponed to 25.02.2021
Language:
English
Keywords (in czech):
protein-protein interakce, enzym, proteinkinasa, struktura
Keywords:
protein-protein interaction, enzyme, protein kinase, structure
Abstract (in czech):
ABSTRAKT Schopnost proteinů vázat jiné molekuly v reakci na různé podněty ve svém mikrookolí je základem rozsáhlých regulačních sítí, které koordinují následnou činnost buněk. Správná funkce těchto signálních drah závisí převážně na nekovalentních interakcích, které často ovlivňují strukturu proteinů a proteinových komplexů. Pochopení molekulárního mechanismu funkce proteinu v buněčné signalizaci je proto často závislé na znalosti jeho trojdimenzionální struktury. V této disertační práci představuji studie, které vedly na molekulární úrovni k pochopení několika protein-proteinových a ligand-proteinových interakcí podílejících se na buněčné signalizaci. Použila jsem nukleární magnetickou rezonanci (NMR), malo- úhlový rozptyl rentgenového záření (SAXS) a další biofyzikální metody pro určení molekulární podstaty inhibice čtyř signálních proteinů: vápník/kalmodulin (Ca2+/CaM)- dependentní proteinkinasy kinasy 2 (CaMKK2); proteasy kaspasa-2; forkhead transkripčního faktoru FOXO3 a proteinkinasy ASK1. Konkrétněji byla zkoumána role proteinu 14-3-3 a CaM v regulaci CaMKK2 aktivity. Dále byl detailně studován mechanizmus, jakým protein 14-3-3 ovlivňuje schopnost oligomerizace a jaderné lokalizace kaspasy-2 a také byla objasněna podstata modulace transkripční aktivity FOXO transkripčních faktorů díky zkoumání inhibičních schopností malé organické sloučeniny vážící se na DNA-vazbovou doménu proteinu FOXO3. Strukturní studie komplexu TRX vazebné domény proteinkinasy ASK1 s TRX odhalily, že TRX interaguje s ASK1 prostřednictvím redox-aktivního místa a oxidační stres způsobuje strukturní změny na vazebném rozhraní v komplexu ASK1 s TRX. To naznačuje, že oxidace ASK1 je důležitým regulačním signálem pro disociaci komplexu. Disertační práce poskytuje přehled o vztahu mezi porozuměním molekulárním mechanismům modulace aktivity signálních proteinů a znalostí strukturních detailů jejich složitých interakcí. Integrovaný interdisciplinární přístup potom poukazuje na nové příležitosti oboru studia biologických struktur, kde tradiční metody již dosáhly svých hranic.
Abstract:
ABSTRACT The ability of proteins to bind other molecules in response to various stimuli in their microenvironment serves as a platform for extensive regulatory networks coordinating downstream cell actions. The correct function of these signaling pathways depends mostly on noncovalent interactions often affecting the structure of proteins and protein complexes. Understanding the molecular mechanism of a protein function in cell signaling therefore often depends on our knowledge of a three-dimensional structure. In this doctoral thesis, I present the work that led to the understanding of several protein-protein and protein-ligand interactions implicated in cell signaling at the molecular level. I applied nuclear magnetic resonance spectroscopy, small angle X-ray scattering and other biophysical methods to determine the molecular basis of inhibition of four signaling proteins: Calcium/Calmodulin (Ca2+/CaM)-dependent protein kinase kinase 2 (CaMKK2); protease Caspase-2; Forkhead transcription factor FOXO3, and Apoptosis signal-regulating protein kinase 1 (ASK1). In particular, I investigated the distinct roles of 14-3-3 and Ca2+/CaM in the regulation of CaMKK2 activity. I also studied in detail the mechanism how 14-3-3 interferes with the caspase-2 oligomerization and its nuclear localization as well as provided a basis for transcriptional activity modulation of FOXO transcription factors by investigating a small-molecule compound binding to the DNA-binding domain of FOXO3. The structural studies of the complex between TRX binding domain of ASK1 and TRX revealed that TRX interacts with ASK1 through its redox active site and the oxidation induces structural changes in the ASK1 TRX binding interface, suggesting that the ASK1 oxidation is an important regulatory signal for the complex dissociation. This doctoral thesis provides a comprehensive insight into the intriguing relationship between understanding the molecular mechanisms of activity modulation of signaling proteins and the knowledge of structural details of their complex interactions. The integrative interdisciplinary approach used in this work points at the new opportunities in the world of biological structures, where the traditional methods have already reached their limits.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Bc. Katarína Pšenáková 52.96 MB
Download Abstract in czech Bc. Katarína Pšenáková 185 kB
Download Abstract in english Bc. Katarína Pšenáková 113 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Bc. Katarína Pšenáková 978 kB
Download Opponent's review doc. Ing. Richard Hrabal, CSc. 85 kB
Download Opponent's review RNDr. Pavlína Maloy Řezáčová, Ph.D. 286 kB
Download Defence's report 755 kB