Jelenleg futó témák
- Fémionszabályzó fehérjék
Számos fémion, köztük átmenetifémionok is, jelentős szerepet játszanak biokémiai folyamatok lejátszódásában. Ugyanakkor több fémion egyértelműen toxikus hatású az élő szervezetek számára. Az esszenciális fémionok is káros folyamatokat idéznek elő, amennyiben koncentrációjuk meghaladja az adott szervezet számára optimális koncentráció-tartományt. A fémionok koncentrációjának szabályozása, illetve a toxikus fémionokkal szembeni védekező mechanizmusok működtetése alapvető fontosságú minden organizmusban. A fémionok homeosztatikus egyensúlyát különböző szállítási, átalakítási, raktározási és szabályzó folyamatok összessége biztosítja. A bakteriális fémion-homeosztázisban kulcsfontosságú szerepet töltenek be olyan fémion-érzékeny, a transzkripció szintjén működő szabályzó fehérjék, melyek az adott ion koncentrációjának megváltozására úgy reagálnak, hogy az annak szintjét befolyásoló fehérjék képződését indukálják vagy gátolják. Kutatásaink elsősorban a MerR és ArsR fehérjecsaládokba tartozó fehérjékre fokuszálnak, melyek közül is elsősorban a réz-effluxot szabályozó CueR fehérje fémion-szelektív működésének jobb megismerésére koncentrálunk. A vizsgálatok során a fehérjék fémion-kötőhelyein alapuló modellpeptidek, illetve a természetes fehérjék és tervezett mutánsaik különböző fémionokkal történő kölcsönhatását tanulmányozzuk. A vizsgált fehérjék speciális szabályzó-érzékelő mechanizmusa kihasználható arra is, hogy olyan genetikailag módosított baktériumokat tervezzünk, melyek egy adott fémion jelenlétében fluoreszcens fehérjét (is) termelnek, ezzel jelezve a fémion jelenlétét, ill. koncentrációjának megváltozását.


A CueR fehérje szerkezete és felépítése (balra), valamint a féionkötő hurok (jobbra) (PDB: 1q05)

A CueR-AgI kísérletileg meghatározott szerkezete (rózsaszín, PDB 1q06) átfedésben a fémionkötőhely geometria-optimalizált szerkezetével a Cys112 aminosav protonált (jobbra) és nem protonált (balra) állapotában
D. Szunyogh, H. Szokolai, P.W. Thulstrup, F.H. Larsen, B. Gyurcsik, N.J. Christensen, M. Stachura, L. Hemmingsen, A. Jancsó, "Specificity of the Metalloregulator CueR for Monovalent Metal Ions: Possible Functional Role of a Coordinated Thiol?", Angew. Chem. Int. Ed., 54, 15756-15761 (2015).
- Peptidek, mint potenciális fémion-érzékelők
A környezetünkben megjelenő, természetes vagy mesterséges forrásokból származó nehézfémion szennyezők az élő szervezetek számára kockázatot jelentenek. A környezeti és (bio)analitikai kémiai kutatások egyik aktuális, népszerű témája olyan módszerek kidolgozása/fejlesztése, melyek a robusztus, nagyműszeres technikák alternatíváiként a fémion szennyezők érzékeny, gyors, egyszerű (akár helyszíni) kimutatását teszik lehetővé. Kutatásaink olyan, a toxikus fémionokat (illetve félfémeket) hatékonyan kötő oligopeptidek kifejlesztését és vizsgálatát célozzák, melyek potenciálisan fémion-receptorként működhetnek optokémiai szenzorokban. A vizsgált vegyületek szekvenciáit különböző metalloproteinek (dajka-, szállító- és fémszabályzó fehérjék) fémkötő helyei inspirálják. A molekulákba a fémion-megkötődés optikai érzékelését lehetővé tevő fluorofor csoportokat építünk be és törekszünk a vegyületek immobilizált (szilárd hordozókon, pl. gyanta, üveg, kvarc, rögzített) formában történő előállítására és vizsgálatára is.

Egy két ciszteint tartalmazó fluoreszcens hexapeptid Hg2+ és Cd2+ megkötési sémája savas (pH = 2,0) és enyhén savas (pH = 6,0) körülmények között oldatfázisban és szilárd hordozón immobilizált formában


L.I. Szekeres, S. Bálint, G. Galbács, I. Kálomista, T. Kiss, F.H. Larsen, L. Hemmingsen, A. Jancsó, “Hg2+ and Cd2+ binding of a bioinspired hexapeptide with two cysteine units constructed as a minimalistic metal ion sensing fluorescent probe”, Dalton Trans., 48, 8327-8339 (2019).
- AsIII (és SbIII) kölcsönhatása tiol-ligandumokkal: biospeciáció, biokémiai hatás, kelátor fejlesztés

Az arzén különböző megjelenési formáinak sejtekre és szövetekre gyakorolt káros hatásai közismertek. Ezek éles kontrasztjaként az arzén vegyületeit évezredek óta használják különböző betegségek, elváltozások pl. a pestis, malária vagy fekélyek, kezelésére. Ezen vegyületek közül a legfontosabb az arzén-trioxid (As2O3), melynek jelentős antitumor hatását mutatták ki a human akut promileucitás leukémiával szemben. A feltételezések szerint a terápiás és toxikus hatások kialakulásában hasonló mechanizmusok játszhatnak szerepet, azonban ezek molekuláris részleteit még nem tárták fel. Az arzén +3-as oxidációs állapotában kapcsolódni képes tiol ligandumok redukált formáihoz, különösen, ha több ilyen csoport áll rendelkezésre, és ez a kölcsönhatás az arzén több fiziológiás hatásában szerepet játszik. Meglepő módon az AsIII és tiolcsoportokat tartalmazó kismolekulák oldatbeli speciációs viszonyait alig tanulmányozták, annak ellenére, hogy az AsIII-tiol kölcsönhatás modellezése alapvető jelentőségű lehet az arzén változatos, gyakran paradox biológiai hatásainak megértéséhez. Kutatásaink célja, hogy feltérképezzük az AsIII lehetséges és preferált koordinációs helyeit és koordinációs környezetét biológia rendszerekben. A cél eléréséhez az AsIII jellemző vizes oldatbeli formájának, az arzénessavnak (H3AsO3) különböző tiolcsoportokat tartalmazó modelligandumokkal, nehézfémion-kelátor molekulákkal illetve peptidekkel, történő kölcsönhatását tanulmányozzuk.

Két tiolcsoport és az alkoholos hidroxilcsoport koordinációjával kialakuló részecske azonosítása NMR spektroszkópiával az arzénessav - dimerkaprol (British anti-Lewisite - BAL) rendszerben

Az AsIII:BAL koncentráció arány függvényében szimulált részecskeeloszlás görbék és a monokomplex mikrorészecskék szerkezete (pH = 7,0, cBAL = 0,5 mM)


L.I. Szekeres, B. Gyurcsik, T. Kiss, Z. Kele, A. Jancsó, "Interaction of Arsenous Acid with the Dithiol-Type Chelator British Anti-Lewisite (BAL): Structure and Stability of Species Formed in an Unexpectedly Complex System”, Inorg. Chem., 57, 7191-7200 (2018).