Izbornik
 

PROJEKT  AARSCODE

IP-2016-06-6272

 

Trajanje / Duration: 1.3. 2017 – 28. 2. 2021.

 

Financiranje / Funding: HRVATSKA ZAKLADA ZA ZNANOST / CROATIAN SCIENCE FOUNDATION

 

VODITELJ PROJEKTA / PRINCIPAL INVESTIGATOR: izv. prof. dr. sc. Ita Gruić Sovulj

 

INSTITUCIJE KOJE SUDJELUJU U PROJEKTU / INSTITUTIONS

Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu / Faculty of Science, University of Zagreb

Nacionalni institut za kemiju, Ljubljana / National Institute od Chemistry, Ljubljana

Tehnološki institut, Berlin / Technical University of Berlin

Institut Ruđer Bošković, Zagreb / Ruđer Bošković Institute, Zagreb

Centar za proteomiku, Tuebingen / Proteome Center Tuebingen


NAZIV PROJEKTA / PROJECT TITLE

Aminoacil-tRNA-sintetaze kao čuvari standardnog genetičkog koda

Aminoacyl-tRNA synthetases as gatekeepers of the standard genetic code

 

SAŽETAK / ABSTRACT

Genetički kod definira zakonitosti koje omogućavaju prevođenje genetičke informacije u funkcionalne molekule proteina. Suodnos kodona i aminokiseline ostvaruje se pomoću aminoacil-tRNA-sintetaza (aaRS), enzima koji sparuju aminokiselinu s pripadnom molekulom tRNA. Visok stupanj točnosti u translaciji osigurava se dijelom kroz korektivne mehanizme enzima aaRS. Učestalost mistranslacije predstavlja važno pitanje u temeljnim istraživanjima i njihovoj primjeni u medicini i biotehnologiji. Korektivni mehanizmi također djeluju kao čuvari standardnog genetičkog koda i sprječavaju ugradnju prirodnih aminokiselina koje nisu definirane genetičkim kodom. Ti mehanizmi, s druge strane, mogu otežati ugradnju sintetskih aminokiselina u dizajnerske proteine. U sklopu projekta predlaže se istraživanje sintetskih i korektivnih mehanizama enzima koji omogućuju ugradnju leucina, valina i izoleucina u proteine. Usporedit ćemo katalitičke principe i specifičnost sintetskog i korektivnog mjesta tih enzima prema proteinogenim aminokiselinama i onima koje nisu kodirane genetičkim kodom. Također, istražit ćemo toksičnost mistranslacije i stanični odgovor na izazvani stres. Cilj je razumjeti principe koji definiraju odabir standardne aminokiselinske abecede te kako narušavanje genetičkog koda utječe na staničnu fiziologiju. Navedene spoznaje olakšat će usmjerenu ugradnju fluoriranih aminokiselina u dizajnerske proteine. Konačno, testirat ćemo postojanje sprege između točnosti translacije i adaptacije na stres izazvan okolišnim uvjetima. Ovo istraživanje, kroz redizajniranje suodnosa kodona i aminokiseline, nalazi se na granici biokemije i kemijske biologije. Atraktivnost i izvedivost predloženog istraživanja uočljiva je kroz suradnje naše grupe, značajno prepoznate u polju biosinteze proteina, s istaknutim internacionalnim (Prof. Budiša, TU Berlin, Prof. Anderluh, NIC, Ljubljana, Prof. Maček, Proteome Center Tübingen) i domaćim (Dr. Vianello, IRB, Zagreb) partnerima.

 

The genetic code provides the basis for translation of genetic information into functional proteins. Codon assignments are established by aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS), which couple amino acids to their cognate tRNAs. Mistakes in translation are generally kept low, in part by inherent aaRS hydrolytic editing. The extent to which mistranslation occurs presents a fundamental question in basic research with impact on medicine and biotechnology. AaRS quality control mechanisms also act as gatekeepers of the standard genetic code and prevent infiltration of natural but non-coded amino acids. Consequently, they present an obstacle for synthetic amino acid translation in rational protein design. Here we propose to investigate the synthetic and editing mechanisms of three aaRSs responsible for translation of amino acids that build the protein core: leucine, valine and isoleucine. We will compare the catalytic principles and gained specificity of the enzymes’ synthetic and editing sites against proteinogenic and non-coded amino acids. The cellular toxicity and stress responses of induced non-canonical mistranslation will be addressed. The goal is to improve our understanding of the basis for selection of the natural amino acid alphabet, and how violation of the coding principles influences cell physiology. Mechanistic insight will extend our ability to apply fluorinated amino acids in protein rational design. A possible link between altered translational fidelity and adaptation to environmental stress will be sought. This research couples biochemistry and chemical biology through the interest in reassignment of the genetic code. The assembled expertise through the international (Prof. Budiša, TU Berlin, Prof. Anderluh, NIC, Ljubljana, and Prof. Maček, Proteome Center Tübingen) and national (Dr. Vianello, RBI, Zagreb) collaborators will strongly enhance the capacity of our group, which is well-recognized in the field of protein translation, to conduct this research.

 

PROJEKTNI TIM / PROJECT TEAM

Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu: Ita Gruić Sovulj, Jasmina Rokov Plavec, Marko Močibob, Morana Dulić, Nevena Cvetešić, Mario Kekez, Maja Barači, Igor Živković, Marija Viher

Nacionalni institut za kemiju, Ljubljana: Gregor Anderluh

Tehnološki institut, Berlin: Nediljko Budiša

Institut Ruđer Bošković, Zagreb: Robert Vianello, Aleksandra Maršavelski

Centar za proteomiku, Tuebingen: Boris Maček

 

PUBLIKACIJE / PUBLICATIONS

  1. M. Bilus, M. Semanjski, M. Mocibob, I. Zivkovic, N. Cvetesic, D. S. Tawfik, A. Toth-Petroczy, B. Macek, I. Gruic-Sovulj; On the Mechanism and Origin of Isoleucyl-tRNA Synthetase Editing against Norvaline, JMB (2019), doi:10.1016/j.jmb.2019.01.029.

             

  1. M. Kekez, V. Zanki, I. Kekez, J. Baranasic, V. Hodnik, A.M. Duchene, G. Anderluh, I. Gruic-Sovulj, D. Matković-Čalogović, I. Weygand-Durasevic, J. Rokov-Plavec; Arabidopsis seryl-tRNA synthetase: the first crystal structure and novel protein interactor of plant aminoacyl-tRNA synthetase, FEBS J., 286 (2019), 536-554, doi:10.1111/febs.14735.
  2. M. Dulić, N. Cvetešić, I. Živković, A. Palencia, S. Cusack, B. Bertoša, I. Gruić-Sovulj; Kinetic Origin of Substrate Specificity in Post-Transfer Editing by Leucyl-tRNA Synthetase, JMB, 430 (2018) 1-16. Rad je zbog izvrsne recenzije popraćen komentarom i istaknut na naslovnici izdanja časopisa.

             

 

 

POZVANA PREDAVANJA / INVITED TALKS

  1. I. Gruić Sovulj, Aminoacyl-tRNA synthetases: checkpoints of the proteinogenic amino acid alphabet, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael, 6. studenog 2018.- seminar
  2. I. Gruić Sovulj, Aminoacil-tRNA sintetaze: molekulske tvrđave koje reguliraju ulaz aminokiselina u biosintezu proteina, SiSK 2018 - Simpozij Studenata Kemičara, Zagreb, 27. listopada 2018 - pozvano predavanje
  3. I. Gruić Sovulj, Aminoacyl-tRNA synthetases: canonical roles with
    non-canonical substrates
    , Nacionalni institut za kemiju, Ljubljana, 16. veljače 2018. - seminar
  4. I. Gruić Sovulj, Crosstalk of the synthetic and editing pathways that excludes artificial amino acids from translation, 11th AARS – IUBMB Focused Meeting on Aminoacyl-tRNA synthetases, 29. listopad - 2. studenog 2017., Clearwater Beach, Florida, USA
  5. I. Gruić Sovulj, Quality control in aminoacyl-tRNA synthesis, TU Berlin, Njemačka, travanj 2017. - seminar
  6. I. Gruić Sovulj, Maintaining the Canonical Amino Acid Alphabet: a Story about Aminoacyl-tRNA Synthetases, XXV. Hrvatski skup kemičara i kemijskih inženjera, 19.–22. travnja 2017., Poreč 

 

KONFERENCIJE / CONFERENCES

  1. I. Živković, I. Gruić Sovulj, How hydrophobicity modulates amino acid discrimination by isoleucyl-tRNA synthetase?, Croatian meeting of chemists and chemical engineers, 9.-12.4.2019., Šibenik, Hrvatska

  2. M. Pranjić, M. Močibob, M. Šemanjski, B. Maček, I. Gruić Sovulj, Cellular responses to proteome-wide isoleucine mistranslation, The 3rd COST-sponsored ARBRE-MOBIEU plenary meeting, 18.-20.3.2019., Zagreb, Hrvatska

  3. I. Živković, I. Gruić Sovulj, Discrimination of α-aminobutyrate and its fluorinated analogues in the synthetic and editing reactions of isoleucyl-tRNA synthetaseThe 3rd COST-sponsored ARBRE-MOBIEU plenary meeting, 18.-20.3.2019., Zagreb, Hrvatska

  4. M. Bilus, M. Semanjski, M. Mocibob, I. Zivkovic, N. Cvetesic, D. Tawfik, A.
    Toth-Petroczy, B. Macek, I. Gruic-Sovulj, Trimming a branch: norvaline is more toxic than valine in isoleucine mistranslation3rd International Conference on Post-Translational Modifications in Bacteria, 3.-4. prosinca 2018., University of Tübingen, Tübingen, Njemačka

  5. I. Živković, I. Gruić Sovulj, Mehanizmi diskriminacije izoleucil-tRNA-sintetaze prema
    α-aminobutiratu i njegovim fluoriranim analozima
    , Simpozij studenata doktorskih studija PMF-a, 22. veljače 2019., Zagreb

  6. J. Baranašić, M. Kekez, A. Mihalak, J. Rokov Plavec, Plant aminoacyl-tRNA synthetases in abiotic stressFEBS3+ From molecules to living systems, 2.–5. rujna 2018., Siofok, Mađarska

  7. M. Kekez, V. Zanki, I. Kekez, D. Matković-Čalogović, J. Rokov Plavec, Where translation meets plant steroid metabolism: interaction of seryl-tRNA synthetase and BEN1 protein from Arabidopsis thalianaFEBS3+ From molecules to living systems, 2.–5. rujna 2018., Siofok, Mađarska

  8. M. Biluš, M. Šemanjski, M. Močibob, A. Toth-Petroczy, B. Maček, I. Gruić Sovulj, IleRS editing primarily targets norvaline whose misincorporation is more toxic than of valine, The 27th tRNA Conference (tRNA2018), 23.–27. rujna 2018., Strasbourg, Francuska

  9. I. Živković, I. Gruić Sovulj, Kinetička razdioba u sintetskom mjestu izoleucil-tRNA-sintetaze određuje mehanizam diskriminacije nepripadnih aminokiselina, Simpozij studenata doktorskih studija PMF-a, 9. veljače 2018., Zagreb - Dodijeljena nagrada za najbolje postersko priopćenje
  10. I. Živković, M. Dulić, N. Cvetešić, B. Bertoša, I. Gruić Sovulj, Exclusion of the cognate substrate from the leucyl-tRNA synthetase editing pathway, XXV. Hrvatski skup kemičara i kemijskih inženjera, 19.–22. travnja 2017., Poreč – Dodijeljena nagrada Znanstveno-organizacijskog odbora 25HSKIKI za najbolji poster u području kemije

 

OSTALE AKTIVNOSTI / OTHER ACTIVITIES

  1. Diplomski rad: Alojzije Brkić, Utjecaj mistranslacije na stabilnost modelnih proteina u staničnom ekstraktu, 2019, Kemijski odsjek, Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu (Mentor: Ita Gruić Sovulj, Marko Močibob)
  2. Radni posjet I. Gruić Sovulj grupi prof. Dana Tawfika, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael, 3-10. studenog 2018.
  3. Radni posjet. Marko Močibob proveo je 4 tjedna tijekom rujna i početkom listopada u laboratoriju prof. dr. sc. Borisa Mačeka tijekom kojih se usavršavao u metodama spektrometrije masa i kvantitativne proteomike. Koristeći navedene metode, proučavao je uzrokuje li ugradnja pogrešne aminokiseline na izoleucinske kodone agregaciju pogrešno sintetiziranih proteina u bakteriji E. coli., rujan - listopad 2018., Quantitative Proteomics & Proteome Center Tuebingen, Tübingen
  4. Radni posjet. Marija Pranjić boravila je u laboratoriju prof. dr. sc. Borisa Mačeka od kraja kolovoza do sredine listopada 2018. godine gdje se usavršavala u metodama kvantitativne proteomike, kako bi usporedila klijente šaperona DnaK u mistranslatirajućim (zamjenom određenog broja izoleucinskih mjesta nekanonskom aminokiselinom – norvalinom, odnosno kanonskom aminokiselinom - valinom) i nemistranslatirajućim uvjetima, te istražila postoji li razlika u klijentima DnaK između kanonske i nekanonske mistranslacije. 29. kolovoza - 17. listopada 2018. Quantitative Proteomics & Proteome Center Tuebingen, Tübingen
  5. Radni posjet Nacionalnom institutu za kemiju, Ljubljana: I. Gruić Sovulj, J. Rokov Plavec, I. Živković, 16. veljače 2018.
  6. Diplomski rad: Andrea Hloušek-Kasun, Elongacijski faktor Tu kao potencijalni marker mistranslacijskog stresa u bakteriji Escherichia coli, 2018, Kemijski odsjek, Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu (Mentor: I. Gruić-Sovulj)
  7. Rad nagrađen rektorovom nagradom Sveučilišta u Zagrebu: Marta Bošnjaković, Andrea Hloušek-Kasun, Minimal tRNALeu analog that can be efficiently aminoacylated by leucyl-tRNA synthetase, Zagreb, 9. lipnja 2017. (Mentor: M. Dulić)

Tražilica
 

 

 

Sva prava pridržana. Kemijski odsjek Prirodoslovno-matematičkog fakulteta
Sveučilište u Zagrebu