Odseki

Šifra projekta: J1-7515

Obdobje trajanja projekta: 1.1.2016 - 31.12.2018

Vodja: prof. Anderluh Gregor

POVZETEK

Izgube pri pridelavi poljščin zaradi rastlinskih bolezni znašajo v svetovnem merilu v povprečju 20 % in tako močno zmanjšujejo proizvodnjo, kakovost in varnost hrane. Glavne krivce lahko, poleg virusov, najdemo med glivami, bakterijami in oomicetami. Praksa zaščite pridelka se postopoma preusmerja k zmanjšanju števila aktivnih sestavin v pesticidih in na tiste pesticide, ki so bolj selektivni in manj toksični. Glavna tema tega predloga so proteini iz družine NLP (ang. Nep1-like proteins), ki so pogosti v taksonomsko nepovezanih mikroorganizmih, kot so glive, bakterije in oomicete. Ti mikroorganizmi so zelo razširjeni in lahko okužijo celo paleto različnih pridelkov, kot so krompir, paradižnik, soja in tobak ter povzročajo ogromno gospodarsko škodo po vsem svetu. Kljub svoji raznoliki filogenetski razporeditvi je proteinom NLP skupna visoka stopnja podobnosti zaporedij, ki je značilna le za mikroorganizme in so zaradi tega odlična tarča protimikrobnih učinkovin. Predlagali so, da proteini NLP delujejo kot citolitični toksini, ki povzročijo puščanje plazemske membrane, kar deluje citotoksično. Na podlagi znanih kristalnih struktur lahko proteine NLP prištevamo med daljne sorodnike dobro proučevanih aktinoporinov, toksinov, ki tvorijo pore. Značilnost aktinoporinov je, da je njihova aktivnost, ki vodi k večji propustnosti membrane, močno povečana v prisotnosti sfingomielina. Glede na podobnost kristalnih struktur med temi proteini lahko tudi pri proteinih NLP pričakujemo obstoj specifičnih receptorskih molekul sfingolipidnega porekla iz rastlin, zato bodo naše raziskave osredotočene na opredelitev teh molekul. Poleg tega načrtujemo podrobno proučitev molekularnih mehanizmov poškodb membrane, ki jih povzročijo proteini NLP v interakciji z rastlinskimi plazemskimi membranami. To bo omogočilo oblikovanje specifičnih inhibitorjev proteinov NLP, zanimivih za nadaljnjo pripravo komercialnih izdelkov za varstvo pridelkov. Glavna cilja naše raziskave so tako poiskati specifične rastlinske lipide, receptorske molekule za proteine NLP in ugotoviti molekularni mehanizem delovanja proteinov NLP.

Za dosego teh ciljev bomo izrazili rekombinantne proteine NLP, s katerimi bomo lahko opredelili interakcijo z rastlinskimi lipidi. Poleg tega bomo podrobno proučevali interakcije proteinov NLP z receptorskimi molekulami s pomočjo molekul, ki posnemajo strukturne značilnosti rastlinskih lipidov in ocenili toksični učinek teh molekul na proteine NLP in vitro in in vivo. Interakcije bomo merili in ovrednotili z uporabo številnih sodobnih metod, kot so površinska plazmonska resonanca, tekočinska kromatografija z masno spektrometrijo, termoforeza, diferenčna dinamična fluorimetrija, kristalografsko določanje strukture ter virtualno rešetanje in sidranje vezavnih molekul na tridimenzionalno strukturo proteinov NLP. Ta projekt predstavlja sodelovanje med različnimi raziskovalnimi skupinami iz Slovenije, kot tudi raziskovalne skupine iz Nemčije in Japonske. Projekt bo razkril pomembne podrobnosti o mehanizmu toksičnosti, ki jo povzročajo proteini NLP in bo predstavljal trdno podlago za nadaljnji razvoj fitofarmacevtskih sredstev, katerih tarča bodo nekateri najbolj pereči rastlinski patogeni.

SODELUJOČI

Dr. Gregor Anderluh
Dr. Apolonija Bedina Zavec
Dr. Matej Butala
Dr. Stanislav Gobec
Dr. Marko Jukič
Dr. Urban Košak
Dr. Nada Kraševec
Jelka Lenarčič
Dr. Tea Lenarčič
Dr. Peter Maček
Nina Orehar
Dr. Katja Pirc
Dr. Marjetka Podobnik
Dr. Kristina Sepčić
Tea Tomšič
Dr. Tom Turk

BIBLIOGRAFSKE REFERENCE

Izvirni znanstveni članek:
Lenarčič Tea, Albert Isabell, Böhm Hannah, Hodnik Vesna, Pirc Katja, Bedina Zavec Apolonija, Podobnik Marjetka, Pahovnik David, Žagar Ema, Pruitt Rory, Greimel Peter, Yamaji-Hasegawa Akiko, Kobayashi Toshihide, Zienkiewicz Agnieszka, Gömann Jasmin, Mortimer Jenny C., Fang Lin, Mamode-Cassim Adiilah, Deleu Magali, Lins Laurence, Oecking Claudia, Feussner Ivo, Mongrand Sébastien, Anderluh Gregor, Nürnberger Thorsten, Eudicot plant-specific sphingolipids determine host selectivity of microbial NLP cytolysins, 2017, Science, 358, 6369, 1431-1434

Pregledni znanstveni članek:
Podobnik Marjetka, Kraševec Nada, Bedina Zavec Apolonija, Naneh Omar, Flašker Ajda, Caserman Simon, Hodnik Vesna, Anderluh Gregor, How to study protein-protein interactions, 2016, Acta chimica slovenica, 63, 3, 424-439

Patentna prijava; mednarodni patent:
Anderluh Gregor, Podobnik Marjetka, Lenarčič Tea, Hodnik Vesna, Gobec Stanislav, Brus Boris, Sosič Izidor, Nürnberger Thorsten, Albert Isabell, Böhm Hannah, Inhibitors of NLP proteins as phytopharmaceuticals for plant pathogen control, 2018, European Patent and Trademark Office

Domača nagrada:
Hodnik Vesna, Anderluh Gregor, Pirc Katja, Sosič Izidor, Hreljac Irena, Fabjan David Aleksander,  Novi načini varovanja najpomembnejših kulturnih rastlin- Rektorjeva nagrada, 2018, Univerza v Ljubljani

Doktorska disertacija:
Lenarčič Tea, Molekularna evolucija proteinske domene za vezavo na površino celic, 2018, Univerza v Ljubljani, XX, 105 str.

Vabljeno predavanje:
Anderluh Gregor, Lenarčič Tea, Hodnik Vesna, Podobnik Marjetka, Mechanism of membrane interactions of Nep1-like proteins, 2018, Slovenian Biophysical Society, Book of abstracts, 2018; str. 68