Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Čajka, Ph.D.

Anotace

Během posledního desetiletí se metabolomika a lipidomika využívající hmotnostní spektrometrii staly klíčovými metodami pro analýzu polární metabolitů a komplexních lipidů v biologických vzorcích (plazma, sérum, moč, tkáně). Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií (LC-MS) je nejčastěji používanou technikou v metabolomice a lipidomice umožňující účinnou separaci a detekci širokého spektra metabolitů. Stále však chybí dostatečné informace o složení metabolomu a lipidomu kapalných materiálů a tkání, které mohou být snadno dostupné a použitelné pro budoucí studie. Disertační práce bude zaměřena na vývoj nových postupů pro komplexní charakterizaci metabolomu a lipidomu biologických vzorků jakými jsou (i) slučování cílených a necílených metabolomických a lipidomických metod, (ii) zvýšení pokrytí spektrálních knihoven používaných pro anotování metabolitů, (iii) aplikace programů pro vizualizaci a interpretaci dat získaných v rámci metabolomických a lipidomických analýz. Práce bude realizována na Fyziologickém ústavu AV ČR, v.v.i. a finančně zajištěna projekty GAČR, MŠMT a AZV.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	MUDr. Jan Kopecký, DrSc.

Anotace

Naše nedávné výsledky získané na myších naznačují možnost snížení obezity prostřednictvím adaptivního zvýšení netřesové termogeneze (NST) v kosterním svalstvu. Tento doktorský projekt se zaměřuje na charakterizaci: (i) role genetického pozadí myší na svalovou NST a její následný vliv na obezitu; (ii) mechanismů odpovědných za trvalé nastavení hladin svalové NST během kritického časového okna krátce po narození, jak naznačují naše nepublikované výsledky; a (iii) in vitro účinků kandidátních sloučenin na energetický výdej ve svalových satelitních buňkách odvozených od myší lišících se v kapacitě svalové NST. Projekt bude využívat: (i) dlouhodobé experimenty na myších s fenotypizací metabolismu celého těla in vivo; (ii) omické techniky a související analýzy dat; a (iii) aplikaci bioanalytických metod in vitro. Tento výzkum prohloubí pochopení svalové NST a jejího potenciálu jako nového terapeutického cíle pro léčbu obezity. Zkoumáním genetických a vývojových faktorů ovlivňujících NST a testováním účinků vybraných sloučenin ve svalových buňkách může tento projekt připravit půdu pro inovativní zásahy proti obezitě. Projekt bude probíhat ve Fyziologickém ústavu AV ČR, přičemž celkový dohodnutý příjem bude garantován po dobu 4 let trvání projektu.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

Nejdůležitější funkce beta-buněk pankreatu, tj. sekrece inzulinu, není stále dostatečně prozkoumána, co se týče molekulárních mechanismů. V naší laboratoři jsme objevili redoxní signály H2O2 jako esenciální pro sekreci inzulinu stimulovanou glukózou (NADPH oxidáza 4 je zdrojem) a mastnými kyselinami (mitochondrie jsou zdrojem). Nejsou však známy detailně všechny metabolické dráhy doprovázející stimulanty sekrece inzulinu (sekretagogy) včetně rozvětvených aminokyselin aj. Proto vyvíjíme mitochondriální metabolomiku a proteomiku po magnetické separaci mitochondrií beta buněk s HLA antigenem exprimovaným na povrchu vnější mitochondriální membrány transgenních myší. Pomocí 13C-metabolitů prozkoumáme metabolické dráhy při sekreci inzulinu i simulacích diabetické patogeneze. Určíme zdroje superoxidu/ H2O2 a stanovíme práh a podmínky lipotoxicity. Viz reference doi: 10.1016/j.redox.2024.103283 a doi: 10.2337/db19-1130.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Katarína Smolková, Ph.D.

Anotace

Inhibice nebo disfunkce mitochondriálního metabolismu v netukových tkáních indukuje syntézu triglyceridů (TG) a akumulaci lipidových kapének (LD) tím, že inhibuje import mastných kyselin (MK) do mitochondrií (Gotvaldová et al 2024, PMID: 38532464). Jedná se o mechanismus, kterým se buňka bráni potenciálně lipotoxickým účinkům oxidace FA. Předmětem naší studie je prozkoumat mechanismy regulující distribuci MK mezi oxidací a syntézou TG a jejich vliv na poškození mitochondrií. Využijeme buněčný knockout DGAT1, který je částečně deficientní v syntéze TG, a také knockout mitochondriálního enzymu CRAT, který je schopen indukovat pankreatickou tumorigenezi prostřednictvím epigenetických regulací. V tomto projektu chceme identifikovat lipotoxické molekuly zodpovědné za poškození mitochondrií, které ovlivňují jejich funkci a potažmo přežití buněk. Pomocí multi-omických přístupů chceme ukázat metabolické a genetické znaky spojené s lipotoxickým poškozením mitochondrií. Zaměříme se také na posttranslační modifikace v knockoutovaných modelech. Cílem projektu je identifikovat mechanismy komunikace mezi buněčnými kompartmenty, konkrétně mitochondriemi, peroxizomy a LD, se zaměřením na dynamiku MK v těchto organelách. Naše práce by měla propojit mitochondriálních oxidačních procesy s anabolickým metabolismem a odhalit další mechanismy metabolické signalizace v nádorových buňkách.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

Přesné metody měření hmotnosti a funkce beta-buněk pankreatu in vivo jsou nezbytné pro lepší pochopení patogeneze diabetu, jenž je podmíněn nedostatkem pankreatických beta-buněk, a pro vývoj nových možností léčby. Proto vyvineme paramagnetické světlo-konvertující nanočástice (UCNPs) povlečené polymery a konjugované s GLP-1 ligandy (GLP-1 peptidy, liraglutid či agonist 3), abychom zacílili a monitorovali hmotu ?-buněk magnetickým rezonančním zobrazováním (MRI) a luminiscencí. Nově vyvinuté UCNPs budou optimalizovány co do velikosti tak, aby pronikaly do krevních kapilár nativních a transplantovaných pankreatických ostrůvků a umožnily jejich dlouhodobé sledování. Ultramalé UCNPs (5 nm) budou sloužit jako kontrastní látka pro elektronovou mikroskopii k vizualizaci a počítání mtDNA nukleoidů v beta-buňkách, jejichž počet bývá u diabetu snížen. Specifičnost, bezpečnost a účinnost všech vyvinutých UCNPs bude ověřena na modelech in vitro a in vivo pomocí multimodálního zobrazování zahrnujícího luminiscenci, MRI a elektronovou mikroskopii. Viz reference doi: 10.1021/acsami.2c04274.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	MUDr. Lucie Bačáková, CSc.

Anotace

Vaskularizace tkáňových náhrad a modelů je zcela klíčovou záležitostí v tkáňovém inženýrství, neboť v případě tkáňových náhrad zajišťuje jejich dlouhodobou životaschopnost po implantaci příjemci, a v případě tkáňových modelů (majících v moderní vědě 21. století nahradit či alespoň významně omezit používání laboratorních zvířat), jejich adekvátní morfologii a funkci. Bohužel ani v moderním tkáňovém inženýrství není vaskularizace tkáňových konstruktů uspokojivě vyřešena. Je známo, že v trojrozměrných (3D) systémech buněčných kultur, zejména v systémech založených na hydrogelech, vytvářejí endotelové a mezenchymální kmenové buňky (MSC) spontánně pomocí „self-assembly“ duté tubulární struktury podobné kapilárám (doi: 10.33549/physiolres.935294; doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.03.011). Proto budeme v této práci optimalizovat hydrogely z přirozených polymerů (např. kolagen, fibrin) a zejména z polymerů syntetických (např. PEO či Pluronic, funkcionalizované adhezními oligopeptidy, např. RGD) pro tvorbu pre-kapilár z MSC tukové tkáně, kostní dřeně či Whartonova rosolu pupečníku a cévních endotelových buněk. Diferenciace kmenových buněk do buněk požadované tkáně (např. směrem k adipocytům, osteoblastům či hladkým svalovým buňkám cévní stěny) však často tvorbu pre-kapilár narušuje (doi: 10.1089/ten.tea.2020.0330). Proto budeme hledat správné načasování této diferenciace (např. již před vytvořením pre-kapilár), vhodné složení kultivačního média (tj. vhodný poměr vaskulogenního a diferenciačního média), jakož i vhodný poměr kmenových a endotelových buněk. V neposlední řadě zajistíme i vhodné mechanické vlastnosti konstruktu, např. vyztužením nanočásticemi, které budou zároveň uvolňovat růstové a diferenciační faktory (doi: doi: 10.3390/ijms24065692).

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Ondřej Kuda, Ph.D.

Anotace

Tento doktorandský projekt zkoumá přesměrování lipidových metabolických drah u karcinomů pomocí integrativního přístupu kombinujícího metabolomiku, fluxomiku, metabolické inženýrství a in silico modelování. Cílem výzkumu je dekonvoluce komplexních lipidových metabolických drah pomocí analýzy metabolických toků a studií se stabilními izotopovými tracery, podpořených postupy pro zpracování dat založenými na Pythonu a výpočetním modelování. Studie zahrnuje experimentální práci, včetně modelů nádorových buněčných kultur a myších modelů in vivo, s cílem ověřit predikované dráhy a kvantifikovat metabolické toky za fyziologických a patologických podmínek. Přístupy strojového učení pomohou při objevování biomarkerů a předvídání metabolických zranitelností, což nabídne vhled do mechanismů řídících progresi karcinomů a potenciálních terapeutických cílů. Tento interdisciplinární projekt propojuje výpočetní biologii, biochemii a experimentální výzkum rakoviny a přispívá k našemu porozumění metabolismu lipidů a vývoji přesných strategií pro metabolické inženýrství a terapii rakoviny. Práce bude probíhat v FGÚ AV ČR. Práce je finančně zajištěna materiálně i úvazkem.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

3D nanoskopie dosud nebyla s to postihnout morfologii mitochondriálních krist a nukleoidů (proteinových komplexů s mtDNA). Vyvineme nové metodiky 3D superrezoluční mikroskopie na prototypu 3D mikroskopu firmy Vutara (dnes součást firmy Bruker) pro stochastickou mikroskopii PALM a dSTORM s rozlišením xy 25 nm a z 50 nm. Zavedeme nové typy analýz 3D obrazu reflektující nm změny v morfologii krist a 3D-redistribuci proteinů ovlivňujících mitochondriální kristy za normálních či patologických stavů (diabetes). Pro analýzu 3D obrazů vyvineme nové postupy založené na využití Ripleyho K-funkce a Delaunay algoritmu. Rozvineme také 3D imunocytochemii typu dSTORM s tzv. nanobodies a FRETem excitovaný PALM/dSTORM. Zahájíme novou generaci superrezoluční 3D mikroskopie. Analogicky prostudujeme nukleoidy mitochondriální DNA při zvýšené či snížené biogenezi (fyziologické, patologické), při jejich dělení zejména vlastní metodou mitoFISH nanoskopie pro počítání tzv. D-loops (počátků replikace mtDNA). Uměle nastavíme velikost nukleoidů či jejich obsah mtDNA. Využijeme též STED mikroskopie. Získáme tak nové protokoly pro 3D nanoskopii a zkombinujeme molekulární biologii a fyziologii buňky s nejmodernější 3D superrezoluční mikroskopií. Molekulární biologii zajistí pracovníci odd. 75 FgÚ AV ČR, v.v.i. Viz. Ref. doi: 10.1089/ars.2022.0173.