PROJEKT / PROJECT: MaMes

IP-2020-02-3446

NAZIV PROJEKTA / PROJECT TITLE: Manganovi metalosenzori / Manganese Metallosensors

Trajanje / Duration: 1. 2. 2021. – 31. 1. 2025.

Financiranje / Funding: Hrvatska zaklada za znanost / Croatian Science Foundation

VODITELJ PROJEKTA / PRINCIPAL INVESTIGATOR: prof. dr. sc. Branimir Bertoša

INSTITUCIJE KOJE SUDJELUJU U PROJEKTU / INSTITUTIONS:

Prirodoslovno-matematički fakultet Sveučilišta u Zagrebu / Faculty of Science at University of Zagreb (UniZg)

Institut Ruđer Bošković (IRB) / Ruđer Bošković Institute (RBI)

Sveučilište u Pretoriji / University of Pretoria

Sveučilište u Portu / University of Porto

SAŽETAK / ABSTRACT:

Manganovi metalosenzori su transkripcijski faktori odgovorni za regulaciju homeostaze mangana u mnogim bakterijama. Četiri manganova metalosenzora su u fokusu projekta, a izabrani su tako da su po dva metalosenzora međusobno homologni proteini od kojih je jedan iz patogene, a drugi iz bakterije koja je uglavnom bezopasna za čovjeka. Jedan par magnanovih metalosenzora tvore međusobno homologni MntR proteini iz bakterije Mycobacterium tuberculosis, uzročnika tuberkuloze, i Bacillus subtilis, nepatogene bakterije koja je sastavni dio crijevne flore kod ljudi. MntR metalosenzori su esencijalni za navedene bakterije. Drugi par tvore manganovi metalosenzori SloR iz bakterije Streptococcus mutans i ScaR iz bakterije Streptococcus gordonii koji su međusobno homologni i oba su od esencijalne važnosti za bakteriju. Bakterija Streptococcus mutans je glavni uzročnik karijesa. Alosterički mehanizmi manganovih metalosenzora i njihove interakcije s pripadnom DNA sekvencom istražit će se interdisciplinarnim pristupom koji uključuje računalne i eksperimentalne metode istraživanja. Od računalnih metoda koristit će se primarno simulacije molekularne dinamike te kvantno mehaničke metode u svrhu parametrizacije interakcija Mn²⁺ iona i proteina. Eksperimentalne metode koje će se koristiti za istraživanje u sklopu projekta su: izotermalna titracijska mikrokalorimetrija (ITC), UV/Vis spektrofotometrija, nuklearna magnetska rezonancija (NMR), elektronska paramagnetska rezonancija (EPR), fluorescencijska anizotropija (FA) te genetičke i biokemijske metode potrebne za dobivanje i pročišćavanje odgovarajuće količine proteina. S obzirom da se projekt bazira na temeljnom znanstvenom istraživanju, rezultati projekta imat će prvenstveno fundamentalni značaj. Međutim, s obzirom da su dva od četiri manganova metalosenzora esencijalni za patogene bakterije, rezultati projekta mogli bi predstavljati temelj za buduća farmakološka istraživanja.

Manganese metallosensors are transcriptional factors that regulate manganese homeostasis in bacteria. The focus of the project is on two pairs of manganese metallosensors, each pair consisting of two homologous proteins, one from a pathogenic bacterium and the other from a bacterium that is mostly harmless for humans. We will study the MntR manganese metallosensors from Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of tuberculosis, and Bacillus subtilis, a non-pathogenic bacterium that is part of the normal gut flora of humans. Both MntR proteins are essential for their bacteria and are homologues. Manganese metallosensors SloR from Streptococcus mutans, and ScaR from Streptococcus gordonii, are also homologous proteins and both are essential for bacteria. The bacterium Streptococcus mutans is the main causative agent of caries. Allosteric mechanisms of manganese metallosensors and their interactions with the target DNA sequences will be studied by interdisciplinary approach consisting of computational and experimental methods. Computational methods will mostly rely on molecular dynamics simulations. Quantum mechanics calculations will be used for parametrisation of interactions between manganese ions and proteins. Experimental methods will consist of: isothermal titration calorimetry (ITC), UV-Vis spectrophotometry, fluorescence anisotropy (FA), nuclear magnetic resonance (NMR) and electron paramagnetic resonance (EPR), preceded by molecular biology and biochemistry methods necessary to produce sufficient amounts of proteins. The expected results of the project will primary have impact on fundamental science. However, considering the fact that two out of four metallosensors are essential for pathogenic bacteria, the results of the project might serve as a basis for future pharmacological research.

PROJEKTNI TIM / PROJECT TEAM:

Branimir Bertoša

Nikola Bregović

Ignacy Cukrowski

Pedro Alexandrino Fernandes

Zoe Jelić Matošević

Iva Juranović Cindrić

Katarina Radman

Ivana Leščić Ašler

Predrag Novak

Martina Manenica

NAGRADE / AWARDS:

DIPLOMSKI RADOVI / MASTER THESES:

• Michaela Batković, "Računalno istraživanje kompleksa DNA i proteina MntR iz bakterije Bacillus subtilis" PMF, Zagreb, 2023.
• Ana Marija Knez, "Simulacije molekulske dinamike proteina MntR iz bakterije Halalkalibacterium halodurans" PMF, Zagreb, 2023.
• Mislav Brajković, "Simulacije molekulske dinamike proteina MntR iz bakterije Mycobacterium tuberculosis", PMF, Zagreb, 2022.

PUBLIKACIJE / PUBLICATIONS:

M. Kožić, B. Bertoša, Trajectory maps: molecular dynamics visualization and analysis, NAR genom. bioinform. 6 (2024) 1-8.

K. Radman, Z. Jelić Matošević, D. Žilić, I. Crnolatac, N. Bregović, M. Kveder, I. Piantanida, P. A. Fernandes, I. Leščić Ašler, B. Bertoša, Structural and dynamical changes of the Streptococcus gordonii metalloregulatory ScaR protein induced by Mn²⁺ ion binding, Int. J. Biol. Macromol. 253 (2023) No. 127572.

Z. Jelić Matošević, K. Radman, J. Loubser, I. Crnolatac, I. Piantanida, I. Cukrowski, I. Leščić Ašler, B. Bertoša, Structural Dynamics of the Bacillus subtilis MntR Transcription Factor Is Locked by Mn²⁺ Binding, Int. J. Mol. Sci. 24 (2023) 957-978.