A csoportról

Kutatócsoportunk ultragyors spektroszkópiai módszerekkel (tranziens abszorcpió, fluoreszcencia upkonverzió stb.) vizsgálja a fehérjék funkcióját meghatározó dinamikai folyamatokat.

Kutatásaink részleteivel foglalkozó kutatói és oktatói blogjaink a következő linkeken találhatóak:

http://www.biofizika.aok.pte.hu/blog/A_fenynel_sebesebben

http://www.biofizika.aok.pte.hu/blog/Igy_kutatunk_mi_-_Ultragyors_spektroszkopia

Kutatási témák

Kutatócsoportunk elsődlegesen egy fotoszintetikus baktériumban található fehérje (AppA) és a fénnyel működő DNS-javító enzim, a fotoliáz működésének molekuláris eseményeit vizsgáljai. Az ultragyors spektroszkópia használatával képesek rakjuk össze annak a "molekuláris mozinak" az egyedi filmkockáit, amelyek bemutatják, hogy hogyan valósul meg a fényindukált reguláció az említett fehérjékben.

BLUF domén fehérjék 

A fotoaktív flavoproteinek egy különleges családját alkotják azok a fehérjék, amelyben a fényabszorpciót követően a fehérjében strukturális átrendeződés valósul meg szoros összefüggésben a fehérje funkciójával. A legismertebb és legtöbbet vizsgált BLUF domén fehérje a Rhodobacter sphaeroides-ben található AppA, amely a transzkripciós regulációban vesz részt. Sötétben az AppA hozzákötődik a PpsR nevű transzkripciós faktorhoz, intenzív kék színű fény hatására az AppA-PpsR₂ komplex disszociálódik lehetővé téve a PpsR DNS-hez kötődését megakadályozva a fotoszintetikus rendszer fehérjéinek bioszintézisét. Az AppA-val kapcsolatos vizsgálatok célja annak megértése, hogy az N terminálisnál elhelyezkedő BLUF doménben végbemenő fotokémiai folyamatok, hogyan vezetnek a C terminálisnál bekövetkező strukturális változásokhoz, amelynek eredményeképpen a PpsR leválik az AppA-ról. 

Fotoliáz

A fotoliáz a flavoproteinek családjába tartozik, amelyek esetében a flavin kofaktor számos biokémiai reakcióban játszik intermedier szerepet; a flavoproteinekben található flavin kromofór jellegzetes abszorpciós spektrummal rendelkezik UV és látható hullámhosszokon egyaránt; legtöbbjük esetében a fiziológiai funkciót nem befolyásolja a fényabszorpció. A fotoliáz ebből a szempontból kivételt képez, az enzim működését ugyanis – és ennek következtében a DNS-szál javítását – egy UV/látható foton abszorpciója katalizálja.

Módszerek és műszerek

A tranziens abszorpció egy úgynevezett pumpa-próba módszer, amelynek esetében pumpának hívjuk a gerjesztő impulzust – az oxidált állapotban levő flavoproteinek esetében tipikusan 400 nm , a félig redukált állapotban levő fotoliáz esetében pedig 530-590 nm. A próba impulzus egy széles spektrummal rendelkező szintén 100 fs-os impulzus, amellyel a gerjesztést követő meghatározott időpontokban világítjuk meg a vizsgált mintánkat. Látható tartományban működő tranziens abszorpciós rendszer esetében a próba impulzust tipikusan egy CaF₂ lemezben állítjuk elő, a mintegy 100 fs-os impulzushosszal rendelkező lézer egy széles spektrumú fehér fény kontinuumot (380 nm – 700 nm) állít elő, így ezen a tartományon vizsgálhatjuk az időfüggő abszorpcióváltozást. A tranziens abszorpciós spektrumok számot adnak arról, hogy milyen redox állapotban van a vizsgált fotoaktív fehérje, illetve ezeknek az állapotoknak a változásának időbeliségéről.

Munkatársak

Dr. Lukács András, egyetemi adjunktus

Dr. Orbán József, egyetemi adjunktus

Raics Katalin, fizikus, PhD hallgató

Dr. Grama László, egyetemi adjunktus

Hoffmanné Simon Éva, biológus, asszisztens

Pasitka Jonatán, orvostanhallgató

Publikációk

Richard Brust, Allison Haigney, Andras Lukacs, Agnieszka Gil, Shahrier Hossain, Kiri Addison, Cheng-Tsung Lai, Michael Towrie, Gregory M Greetham, Ian P Clark, Boris Illarionov, Adelbert Bacher, Ryu-Ryun Kim, Markus Fischer, Carlos Simmerling, Stephen R Meech, Peter J Tonge Ultrafast Structural Dynamics of BlsA, a Photoreceptor from the Pathogenic Bacterium Acinetobacter baumannii  JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 5:(1) pp. 220-224. (2014) IF: 6.585

Richard Brust, Andras Lukacs, Allison Haigney, Kiri Addison, Agnieszka Gil, Michael Towrie, Ian P Clark, Gregory M Greetham, Peter J Tonge, Stephen R Meech Proteins in Action: Femtosecond to Millisecond Structural Dynamics of a Photoactive Flavoprotein JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 135:(43) pp. 16168-16174. (2013) IF: 10.677*

Emőke Bódis, Katalin Raics, Miklós Nyitrai, Zsuzsa Majer, András Lukács FLUORESCENCE LIFETIME DISTRIBUTIONS REPORT ON PROTEIN DESTABILISATION IN QUENCHING EXPERIMENTS: The effect of acrylamide on the protein stability JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY B-BIOLOGY 129C: pp. 108-114. (2013) IF: 3.110*

Andras Lukacs, Allison Haigney, Richard Brust, Kiri Addison, Michael Towrie, Gregory M Greetham, Garth A Jones, Atsushi Miyawaki, Peter J Tonge, Stephen R Meech Protein Photochromism Observed by Ultrafast Vibrational Spectroscopy JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B - CONDENSED MATTER MATERIALS SURFACES INTERFACES AND BIOPHYSICAL 117:(40) pp. 11954-11959. (2013) IF: 3.607

Lukacs A, Zhao RK, Haigney A, Brust R, Greetham GM, Towrie M, Tonge PJ, Meech SR Excited State Structure and Dynamics of the Neutral and Anionic Flavin Radical Revealed by Ultrafast Transient Mid-IR to Visible Spectroscopy J. Phys Chem B 116:(20) pp. 5810-5818. (2012) IF: 3.696

Haigney A, Lukacs A, Brust R, Zhao RK, Towrie M, Greetham GM, Clark I, Illarionov B, Bacher A, Kim RR, Fischer M, Meech SR, Tonge PJ Vibrational Assignment of the Ultrafast Infrared Spectrum of the Photoactivatable Flavoprotein AppA J. Phys Chem B 116:(35) pp. 10722-10729. (2012) IF: 3.696

Andras Lukacs, Allison Haigney, Richard Brust, Rui-Kun Zhao, Allison L Stelling, Ian P Clark, Michael Towrie, Gregory M Greetham, Stephen R Meech, Peter J Tonge Photoexcitation of the Blue Light Using FAD Photoreceptor AppA Results in Ultrafast Changes to the Protein Matrix Journal of American Chemical Society  133:(42) pp. 16893-16900. (2011) IF: 9.907

Rui-Kun Zhao, Andras Lukacs, Allison Haigney, Richard Brust, Gregory M Greetham, Michael Towrie, Peter J Tonge, Stephen R Meech Ultrafast transient mid IR to visible spectroscopy of fully reduced flavins Phys Chem Chem Phys 13: pp. 17642-17648. (2011) IF: 3.573

Allison Haigney, Andras Lukacs, Rui-Kun Zhao, Allison L Stelling, Richard Brust, Ryu-Ryun Kim, Minako Kondo, Ian Clark, Michael Towrie, Gregory M Greetham, Boris Illarionov, Adelbert Bacher, Werner Romisch-Margl, Markus Fischer, Stephen R Meech, Peter J Tonge Ultrafast Infrared Spectroscopy of an Isotope-Labeled Photoactivatable Flavoprotein Biochemistry 50:(8) pp. 1321-1328. (2011) IF: 3.422

Lukacs A, Eker AP, Byrdin M, Brettel K, Vos MH Electron hopping through the 15 A triple tryptophan molecular wire in DNA photolyase occurs within 30 ps. Journal of American Chemical Society 130:(44) pp. 14394-14395. (2008) IF: 8.091

Lukacs A, Eker AP, Byrdin M, Villette S, Pan J, Brettel K, Vos MH Role of the middle residue in the triple tryptophan electron transfer chain of DNA photolyase: ultrafast spectroscopy of a Trp-->Phe mutant. J. Phys Chem B 110:(32) pp. 15654-15658. (2006) IF: 4.115 

Byrdin M, Lukacs A, Thiagarajan V, Eker AP, Brettel K, Vos MH Quantum yield measurements of short-lived photoactivation intermediates in DNA photolyase: toward a detailed understanding of the triple tryptophan electron transfer chain. J. Phys Chem A 114:(9) pp. 3207-3214. (2010) IF: 2.732