5. Sekce biologických a lékařských věd
Seznam anotací:
- Úloha postupné zástavy rekombinace v evoluční historii pohlavních chromozomů rostlin (BFÚ)
- Propojení navigačních hodin se slunečním kompasem v mozku motýla monarchy stěhovavého (ENTÚ)
- Proč je paleorefugiální entomofauna rašelinišť prioritou ochrany přírody? (ENTÚ)
- Nový animální model psychózy (FGÚ)
- Odhalení kandidátních genů metabolického syndromu (FGÚ)
- Mitochondriální glycerofosfát dehydrogenáza - nové místo produkce reaktivních kyslíkových radikálů (FGÚ)
- Indukce systémové protinádorové rezistence směrovanými polymerními léčivy (MBÚ)
- Faktory virulence Neisseria meningitidis (MBÚ)
- Nové enzymové aktivity v biosyntéze linkosamidových antibiotik a nový typ rezistence vůči linkosamidům; Cesta k účinnějším hybridním látkám s antibakteriálními a antimalarickými účinky (MBÚ)
- Auxiny inhibují endocytosu u rostlin a stimulují svůj vlastní transport z buněk (ÚEB)
- Nové cytokininy s významnými biologickými vlastnostmi (ÚEB)
- Unikátní materiál pro genomiku žita a pšenice (ÚEB)
- Molekulární mechanismy podmiňující proliferaci a diferenciaci embryonálních kmenových buněk (ÚEM)
- Chromosomové aberace v lymfocytech zdravých osob a riziko nádorového onemocnění (ÚEM)
- Klonování a molekulární analýza regulačního faktoru HlMyb1 z chmelu (Humulus lupulus l.) a potenciál chmelu produkovat bioaktivní prenylované flavonoidy ÚMBR)
- Nový typ uspořádání světlosběrných antén u fotosystému I pozorovaný u sinice Prochlorothrix hollandica (ÚMBR)
- Segmentální trisomie chromosomu 17: myší model lidských aneuploidních syndromů (ÚMG)
- Identifikace potenciálních lidských onkogenů prostřednictvím mapování obecných retrovirových integračních míst v ptačích nefroblastomech (ÚMG)
- Transkripční faktor c-Myb se účastní regulace epitelo-mesenchymového přechodu buněk ptačí neurální lišty (ÚMG)
- Nová technika ve studiu zubního vývoje (ÚŽFG)
- Miniaturní laboratorní prase je nenahraditelý biomedicínský model (ÚŽFG)
- Klonální obratlovci v přírodě - model sekavců rodu Cobitis (ÚŽFG)
5.1 Úloha postupné zástavy rekombinace v evoluční historii pohlavních chromozomů rostlin
Boris Vyskot a kol.
K pochopení evoluce potlačování rekombinace mezi pohlavními chromozomy a jejích následků v evoluci DNA sekvencí Y-vázaných genů jsme ve spolupráci s ENS de Lyon a University of Edinburgh studovali čtyři X/Y alelické páry u rostlin skupiny blízce příbuzných dvoudomých druhů rodu Silene, které se vyznačují sex determinačním systémem X/Y. X-vázané kopie genů jsme využili ke konstrukci genetické mapy chromozomů X. S výjimkou částečné recentní restrukturalizace u S. dioica je pořadí genů na chromozomech X shodné u všech tří druhů. Synonymní divergence mezi X-ovými a Y-ovými sekvencemi různých genů vzrůstá se vzdáleností těchto genů od pseudoautozomální oblasti. Toto naznačuje postupnou zástavu rekombinace mezi chromozomy X a Y. Tento závěr byl potvrzen i fylogenetickou analýzou čtyř genů, která též odhalila, že poslední divergentní pár X/Y zastavil rekombinaci u dvoudomých druhů nezávisle až po jejich speciaci. Analýza aminokyselinových substitucí vs. synonymních změn ukázala, že Y-vázané kopie jsou u všech tří druhů funkční, nicméně určité náznaky degenerativních procesů byly identifikovány. Ačkoliv se X-Y systém determinace pohlaví vyvinul u rostlin ve srovnání se savci relativně nedávno, naše výsledky naznačují, že podobné procesy se realizují v evoluci pohlavních chromozomů u rostlin a savců.
Genetické mapy tří dvoudomých druhů versus plot synonymní divergence:
| A) Uspořádání a genů a mapové vzdálenosti |  |
| B) Plot synonymní divergence mezi X-ovými a Y-ovými sekvencemi. |
Publikace (* společné prvoautorství):
Nicolas* M., Marais* G., Hykelová* V., Janoušek B., Laporte V., Vyskot B., Mouchiroud D., Negrutiu I., Charlesworth D., Moneger F.: A gradual and ongoing process of recombination restriction in the evolutionary history of the sex chromosomes in dioecious plants. Public Library of Science, Biology 3:47-56 (2005) [IF 13.868]
5.2 Propojení navigačních hodin se slunečním kompasem v mozku motýla monarchy stěhovavého.
Při své každoroční velkolepé migraci ze Severní Ameriky do svých zimovišť ve středním Mexiku využívá motýl monarcha stěhovavý (Danaus plexipus) k navigaci úhel roviny polarizovaného slunečního světla ve spojení s časově kompenzovaným slunečním kompasem. Ve spolupráci s laboratoří prof. Repperta se nám podařilo v očích monarchy identifikovat fotoreceptory specializované pro detekci polarizovaného světla v UV oblasti. Dále jsme objevili a charakterizovali molekulární nervovou dráhu, která propojuje cirkadiánní biologické hodiny se signální dráhou polarizovaného světla vstupujícího do mozku tohoto migrujícího motýla. Informace z cirkadiánních biologických hodin je vzhledem k neustále se měnící poloze slunce na obloze zcela kritická pro udržování správného směru při migraci motýla, kdy vzdálenost přeletu často přesahuje tisíce kilometrů. Monarcha stěhovavý představuje první organismus, u kterého se tuto unikátní nervovou dráhu podařilo identifikovat. Zprávu o tomto objevu přinesla celá řada světových periodik včetně prestižního časopisu "The Scientist".
Sauman, I., Briscoe, A., Zhu, H., Shi, D., Froy, O., Stalleicken, J., Yuan, Q., Casselman, A. and Reppert, S.M. (2005). Connecting the navigational clock to sun compass input in monarch butterfly brain. Neuron 46, 457-467. [IF 14.439]
Obr.: Monarchové stěhovaví na zimovišti
5.3 Proč je paleorefugiální entomofauna rašelinišť prioritou ochrany přírody?
Boreální rašeliniště střední Evropy jsou osídleny specifickými taxony hmyzu, které kromě široce rozšířených generalistů zahrnují výhradně rašeliništní druhy (tyrfobionty) a druhy charakteristické (tyrfofilní), které ale mohou kolonizovat i jiné biotopy. Archaická rašeliniště (paleorefugia) jsou oligotrofní mokřady s dominancí převážně acidofilních rostlin - vytvářejí tak charakteristické biotopové ostrovy na jihu boreální a uvnitř temperátní zóny. Rašeliniště představují reliktní ekosystémy ve vztahu k subarktickým biomům a žijí zde převážně izolované populace charakteristických chladnomilných druhů. Rašeliništní entomofauna má proto klíčový biogeografický a ekologický význam, její citlivost k ekologickým změnám z ní vytváří nesmírně cenný komplex bioindikátorů. Mezi příklady nejvýznamnějších modelových skupin reliktního hmyzu náleží tyrfobiontní střevlíci a noční motýli, kteří sledují výrazný ekologický gradient mezi okrajem a středem rašeliniště, s výraznou preferencí ke středu biotopu. Stupeň této biotopové preference je taxonomicky specifický a statisticky významný. Tyrfofilní a tyrfoneutrální druhy jsou rozšířeny uvnitř rašeliniště spíše nahodile. Ochrana biodiverzity entomofauny izolovaných rašelinišť závisí na úplném zachování původních ekologických podmínek edafického klimaxu fragilního biotopového ostrova a jeho prostorové struktury.
Spitzer K., Danks H.V. (2006): Insect biodiversity of boreal peat bogs. Annual Review of Entomology, 51: 137-161. [IF 10.151]
Bezděk A., Jaroš J., Spitzer K. (2006): Spatial distribution of ground beetles (Coleoptera: Carabidae) and moths (Lepidoptera) in the Mrtvý luh bog, Šumava Mts (Central Europe): a test of habitat island community. Biodiversity and Conservation, in press. [IF 1.197]
5.4 Nový animální model psychózy
D. Klement a A. A. Fenton,
Hipokampus je důležitý pro kognici. Pomocí behaviorálních úloh vyvinutých v naší laboratoři jsme u potkanů objevili dosud nepopsanou kognitivní funkci hipokampu. Ukázali jsme, že tato část mozku je důležitá pro utřídění potenciálně konfliktních podnětů a zkušeností do uceleného poznatku a že tento proces je na úrovni neuronální sítě implementován odlišně než reprezentace znalostí. Dále jsme ukázali, že současná aktivace neuronů, mezi nimiž nebylo detekovatelné funkční propojení, způsobí narušení tohoto procesu. Protože porucha uspořádávat podněty a zkušenosti do logických celků navozená společnou aktivací původně funkčně nepropojených neuronů fenomologicky odpovídá kognitivní poruše u psychózy, představuje tato práce elektrofyziologický model psychózy na potkanech.
Publikace:
1. Wesierska M, Dockery C, Fenton AA. Beyond memory, navigation, and inhibition: behavioral evidence for hippocampus-dependent cognitive coordination in the rat. J Neurosci. 2005 Mar 2;25(9):2413-9.
2. Kubik S, Fenton AA. Behavioral evidence that segregation and representation are dissociable hippocampal functions. J Neurosci. 2005 Oct 5;25(40):9205-12.
3. Olypher AV, Klement D, Fenton AA. Cognitive disorganization in hippocampus: a physiological model of the disorganization in psychosis. J Neurosci, in press.
5.5 Odhalení kandidátních genů metabolického syndromu
M. Pravenec
Metabolický syndrom postihuje 15 až 25 % obyvatelstva rozvinutých zemí. Jedná se o onemocnění, které je charakterizováno současným nálezem inzulinové rezistence, obezity, dyslipidémie (zvýšená hladina triglyceridů a snížený HDL cholesterol) a často i hypertenze. Ačkoli je z dosud nashromáděných dat jasné, že metabolický syndrom má poměrně podstatnou genetickou složku, její zkoumání je u lidí obtížné vzhledem k mnoha složitým interakcím mezi genetickými faktory a faktory prostředí. Proto se v biomedicínském výzkumu často využívají geneticky definované zvířecí modely. V rámci rozsáhlé mezinárodní studie byly vyhledávány geny predisponující k rozvoji metabolického syndromu. Byla použita nová metoda, tzv. genetická genomika, tj. kombinace klasických vazebných studií a analýz profilů genové exprese u unikátní sady rekombinantních inbredních kmenů laboratorního potkana. Celkem se podařilo identifikovat 73 kandidátních genů, důležitých zejména pro patogenezi lidské esenciální hypertenze.
Publikace:
1. N. Hübner, C. A. Wallace, H. Zimdahl, E. Petretto, H. Schulz, F. Maciver, M. Müller, O. Hummel, J. Monti, V. Zídek, A. Musilová, V. Křen, H. Causton, L. Game, G. Born, S. Schmidt, A. Müller, S. Cook, T. W. Kurtz, J. Whittaker, M. Pravenec, T. J. Aitman: Integrated transcriptional profiling and linkage analysis for disease gene identification, Nature Genetics 37:243-253, 2005 (korespondující autoři: Pravenec, Aitman)
5.6 Mitochondriální glycerofosfát dehydrogenáza - nové místo produkce reaktivních kyslíkových radikálů
Z. Drahota a J. Houštěk, Fyziologický ústav AV ČR
Studium mechanizmů, které se uplatňují v regulaci oxidoredukčního stavu buněk a zejména hladin reaktivních kyslíkových radikálů (ROS) ukázalo, že mitochondriální glycerofosfát dehydrogenáza (mGPDH) představuje nové místo tvorby ROS v savčím respiračním řetězci. Exprese genu pro tento enzym je výrazně tkáňově specifická a je vysoká v řadě lidských tkání, zejména v hnědé tukové tkáni a v placentě. Množství ROS, které může být v placentě tvořeno prostřednictvím mGPDH je mnohem vyšší než tvorba na dalších místech respiračního řetězce - komplexech I a III. Mitochondriální tvorba ROS se uplatňuje v patogenezi řady mitochondriálních onemocnění. Studium analogu koenzymu Q, idebenonu, který je využíván v terapii těchto chorob ukázalo, že idebenon specificky reaguje s mGPDH a výrazně snižuje tvorbu ROS spojenou s oxidací glycerofosfátu. Studium hormonální regulace biogeneze mGPDH dále prokázalo vysoce selektivní indukci mGPDH tyroxinem v játrech, vzhledem k působení tyroxinu na ostatní komponenty respiračního řetězce. Indukce mGPDH je velmi rychlá a je přímým důsledkem aktivace mGPDH genu. mGPDH také vykazuje poměrně krátký poločas, což ukazuje na rychlý obrat tohoto enzymu v mitochondriální membráně. Tyto výsledky získané ve spolupráci s 1LF UK a Univerzitou v Boloni, Itálii, prokázaly význam mGPDH v mechanizmech, které se uplatňují při oxidativním poškození savčích tkání.
Publikace:
1. Drahota Z, Chowdhury SKR, Floryk D, Mráček T, Wilhelm J, Rauchová H, Lenaz G and Houštěk J: Glycerophosphate-dependent hydrogen peroxide production by brown adipose tissue mitochondria and its activation by ferricyanide, J. Bioenergetics Biomembranes 2002, 34(2):105-13.
2. Drahota Z., Rauchová H., Ješina P., Vojtíšková A., Houštěk J.: Glycerophosphate-dependent peroxide production by brown fat mitochondria from newborn rats. Gen. Physiol. Biophys. 2003, 22:93-102.
3. Ješina P, Kholová D, Bolehovská R, Červinková Z, Drahota Z, Houštěk J. Glycerophosphate-dependent Hydrogen Peroxide Production by Rat Liver Mitochondria, Physiol. Res. 2004, 53(3):305-10.
4. Drahota Z, Křiváková P, Červinková Z, Kmoníčková E, Lotková H, Kučera O and Houštěk J: Tert-butyl Hydroperoxide Selectively Inhibitis Mitochondrial Enzymes in Isolated Rat Hepatocytes, Physiol. Res., 2005, 54(1):67-72.
5. Honzík T, Drahota Z, Bohm M, Ješina P, Mráček T, Paul J, Zeman J and Houštěk J: Specific Properties of Mitochondria from Human-term Placenta - Glycerophosphate-dependent Hydrogen Peroxide Production. Placenta 2005, in press.
6. Mráček T, Ješina P, Kriváková R, Bolehovská Z, Červinková Z, Drahota Z, Houštěk J: Time-course of hormonal induction of mitochondrial glycerophosphate dehydrogenase biogenesis in rat liver. Biochim. Biophys. Acta. 2005, 1726(2):217-23.
7. Rauchová H, Vrbacký M, Bergamini C, Fato R, Lenaz G, Houštěk J, Drahota Z: Inhibition of glycerophosphate-dependent H(2)O(2) generation in brown fat mitochondria by idebenone. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 339(1):362-366.
5.7 Indukce systémové protinádorové rezistence směrovanými polymerními léčivy
B. Říhová
Konjugáty na bázi N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidu (HPMA) představují novou generaci polymerních protinádorových léčiv s cytotoxickou a imunoprotektivní/imunomobilizační aktivitou. Konjugáty HPMA kopolymeru a doxorubicinu s uvolňováním léčiva závislým na pH jsou vysoce účinné v zabíjení nádorových buněk in vitro a eradikaci nádorů in vivo. Předpokládá se, že hlavní aktivita polymerních léčiv bezprostředně po podání je díky jejich vysoké koncentraci cytotoxická a cytostatická. Ve srovnání s nízkomolekulárními léčivy, vykazují makromolekulární terapeutika nižší akutní i pozdní nespecifickou toxicitu vůči nenádorovým tkáním. Důležité je, že polymerní konjugáty spouštějí specifickou protinádorovou imunitní odpověď a umožňují přenos této protinádorové imunity pomocí splenocytů na naivního příjemce, což bylo ověřeno s využitím Winnova neutralizačního testu. Jinými slovy, chemoterapie založená na konjugátech HPMA s doxorubicinem vykazuje imunomodulační vlastnosti. Tento fakt může mít význam pro léčbu pacientů s relabujícími nádory. Podobné vlastnosti byly pozorovány také u dalšího konjugátu obsahujícího jako cytotoxickou složku doxorubicin a jako pasivně směrující molekulu IV lidský imunoglobulin. Doposud bylo toto léčivo v rámci pilotní klinické studie podáno sedmi pacientkám s generalizovaným karcinomem a léčba vedla ke stabilizaci onemocnění trvající 6-18 měsíců.
Struktura konjugátu s pH-řízenou aktivací léčiva
Říhová B., Strohalm J. Kovář L., Mrkvan T., Šubr V., Hovorka O., Šírová M., Rozprimová L., Kubáčková K., Ulbrich K.: Induction of systemic antitumour resistance with targeted polymers. Scand. J. Immunol. 62 (Suppl. 1): 100-105, 2005. Review
Mrkvan T., Šírová M., Etrych T., Chytil P., Strohalm J. Plocová D., Ulbrich K., Říhová B.: Chemotherapy based on HPMA copolymer conjugates with pH-controlled release of doxorubicin triggers anti-tumor immunity. J. Control. Release 110: 119-129, 2005.
5.8 Faktory virulence Neisseria meningitidis
P. Šebo
Invazivní meningokoky Neisseiria meningitidis produkují řadu faktorů virulence, jejichž exprese je regulována koncentrací volných železitých iontů v prostředí. V této práci jsme na celogenomové úrovni analyzovali složení proteomu a transkriptomu lokálního izolátu invazního meningokoka a to pomocí kombinace dvou komplementárních technik - analýzy proteomu metodou dvourozměrné elektroforézy s identifikací proteinů hmotovou spektrometrií a pomocí analýzy transkriptomu metodou charakterizace expresních profilů na DNA microarray. Tato kombinace přístupů umožnila dosáhnout vysoce komplexního popisu steady-state profilů přítomných proteinů a genů exprimovaných genů za podmínek růstu v prostředí s limitující koncentrací železitých iontů. Díky tomu bylo identifikováno 85 genů, jejichž exprese je významně zvýšena za podmínek napodobujících nízkou dostupnost železa na lidské sliznici. Zjistili jsme, že naopak za podmínek vysoké dostupnosti železa je exprese 114 genů potlačena. V souboru nalezených proteinů, jejichž produkce podléhá regulaci závislé na koncentraci železa, jsme pak identifikovali celou řadu potenciálně nových komponent drah pro získávání železa, faktorů virulence a antigenů potenciálně využitelných pro vývoj nových vakcín proti meningitidě. Srovnávací analýza s publikovanými výsledky získanými za jiných experimentálních podmínek na jiných kmenech meningokoků ukazuje, že až 20% všech genů meningokoka podléhá regulaci v závislosti na koncentraci železa v prostředí.
Marek Basler, Irena Linhartová, Petr Halada, Jiří Vohradský, Jana Novotná, Silvie Bezoušková, Radim Osička, Jaroslav Weiser and Peter Šebo. Analysis of the iron regulated transcriptome and proteome of a serogroup C Neisseria meningitidis strain 10/96. manuscript in preparation.
5.9 Nové enzymové aktivity v biosyntéze linkosamidových antibiotik a nový typ rezistence vůči linkosamidům; cesta k účinnějším hybridním látkám s antibakteriálními a antimalarickými účinky
J. Janata
Byla vyřešena kompletní genetická informace biosyntetické dráhy linkosamidového antibiotika celesticetinu, nového zdroje genů pro přípravu hybridních látek s antibakteriálnmi a antimalarickými účinky. V linkomycinovém i nově charakterizovaném celesticetinovém biosyntetickém shluku genů byly prokázány funkce produktů dvojice homologních genů, proteinů LmbC, resp. CcbC. V klíčových enzymech obou příbuzných biosyntetických drah, multimerních syntetázách řídících kondenzaci dvojic stavebních kamenů, zodpovídají za substrátovou specifitu enzymu. Modifikace jejich vlastností je cestou k novým látkám. U klinických izolátů stafylokoků byl nalezen a funkčně prokázán nový rezistenční gen vgaALC, patřící do téže rodiny jako geny producentů linkosamidových antibiotik. Gen udílí rezistenci vůči linkosamidům linkomycinu a klindamycinu i vůči strukturně odlišným streptograminům.
Byl izolován a sekvenčně charakterizován kompletní shluk 24 genů kódující biosyntézu antibiotika celesticetinu. Osmnáct z nich má své homologní protějšky v biosyntéze strukturně příbuzného antibiotika linkomycinu, pět je specifických pouze pro biosyntézu celesticenu a odráží strukturní odlišnosti nově charakterizovaného antibiotika (biosyntéza salicylátové jednotky), jeden gen kóduje rezistenci vůči produkovanému antibiotiku. Dvojice genů obklopující biosyntetický shluk (kóduje transpozázy) dokumentuje způsob jeho začlenění do genomu producenta mechanismem horizontálního přenosu. Toto zjištění je významným argumentem podporujícím hypotézu o horizontálním šíření celých biosyntetických shluků a hlavním výstupem projektu z pohledu základního výzkumu. Nově nalezené biosyntetické geny mohou být kombinovány pro přípravu hybridních látek na bázi linkomycinu, což je hlavní aplikační potenciál výzkumu.
V poslední době nacházejí deriváty linkomycinu širší uplatnění v humánní medicíně nejen pro své účinky antibakterální, ale i jako antimalarika. Jsou známy i účinnější deriváty než v současnosti nejpoužívanější semisyntetický derivát klindamycin. K biotechnologické přípravě účinnějších látek otevírá cestu hlavně identifikace a charakterizace enzymů řídících klíčové kroky biosyntézy, případně genetická modifikace jejich vlastností. Průlomovým poznatkem roku 2005 byl proto funkční průkaz proteinů LmbC a CcbC, podjednotek multimerního enzymového komplexu (syntetázy), řídící ústřední krok biosyntézy linkosamidových antibiotik. Ovládnutí a modifikace vlastností této syntetázy umožní řízenou přípravu účinnějších látek s antibakteriálními a zejména s antimalarickými vlastnostmi.
U deseti klonálně příbuzných kmenů Staphylococcus haemolyticus izolovaných v českých nemocnicích byl nalezen zcela nový LC fenotyp (rezistence k linkomycinu a klindamycinu, avšak citlivost k makrolidům), který naznačil přítomnost u stafylokoků nepopsané genetické determinanty. V roce 2005 byl u všech kmenů této skupiny identifikován a sekvenován nový gen vysoce podobný rezistenčnímu genu vgaA popsanému u stafylokoků. Gen vgaA uděluje vysokou rezistenci vůči streptograminům A, avšak pouze prahovou rezistenci vůči linkosamidům. České izoláty s genem nazvaným vgaALC jsou však vysoce rezistentní vůči oběma skupinám strukturně odlišných antibiotik. Geny vgaALC i vgaA byly přeneseny do citlivého kmene Staphylococcus aureus, kde byl prokázán rozdíl v míře rezistence udílené oběma homologními geny vůči linkosamidovým antibiotikům. Studium nových rezistenčních genů, důkaz jejich účinku i sledování míry rozšíření v klinických izolátech je velmi důležitým podkladem pro definování antibiotické politiky státu i pro přípravu diagnostických metod pro volbu vhodné antibiotické léčby v konkrétních případech.
Novotná, G., Adámková, V., Janata, J., Melter, O. and Spížek. J. Prevalence of resistance mechanisms to macrolides and lincosamides in methicillin-resistant coagulase-negative staphylococci in the Czech Republic and Occurrence of an undefined resistance to lincosamides. Antimicrob. Agents Chemother. 49: 3586-3589 (2005)
Kadlčík, S., Chalupská, D., Koběrská M., Kopecký, J. , Najmanová, L., Lichá, I., Spížek, J., Janata, J.: LmbC and CcbC proteins specifically activate proline aglycones for condensation step of lincosamide biosynthesis (in preparation).
5.10 Auxiny inhibují endocytosu u rostlin a stimulují svůj vlastní transport z buněk
Eva Zažímalová a kolektiv
Jedním z mechanismů, kterým signální molekuly (tj. hormony a růstové regulátory) mohou regulovat životní procesy buňky, je kontrola vnitrobuněčného transportu některých proteinů na místo jejich určení. Tento způsob regulace je u živočišných buněk často založen na působení na specializovaný transport proteinů membránovými váčky, tzv. konstitutivní cyklování. Konstitutivní cyklování sestává ze dvou opakujících se kroků: z přenosu proteinů z plasmatické membrány dovnitř do buňky (endocytosa) a z jejich transportu zpět na plasmatickou membránu (exocytosa). I když některé proteiny u rostlin konstitutivně cyklují, nebyl zde dosud žádný obdobný mechanismus působení rostlinných hormonů nebo růstových regulátorů prokázán.
Tato práce, provedená ve spolupráci s laboratoří Dr. Jiřího Frimla (ZMBP, University of Tübingen, Tübingen, Germany), ukazuje, že auxiny, jedny z hlavních regulátorů vývoje rostlin, inhibují endocytosu. Tento účinek je specifický pro biologicky aktivní auxiny a není závislý na expresi genů ani na aktivitě proteosyntézy.
Auxiny inhibují endocytosu několika typů proteinů. Mezi ně patří i proteiny rodiny PIN, tj. regulátory přenosu auxinů z buňky. Po inhibici endocytosy se zvyšuje výskyt těchto proteinů na plasmatické membráně a tím se zvětšuje kapacita přenosu molekul auxinů z buňky. Takto mohou auxiny podporovat svůj vlastní export z buněk. Biologický význam inhibice endocytosy auxiny a regulace jejich vlastního exportu z buněk byl prokázán např. během gravitropní odezvy (tj. reakce rostlinných orgánů na změnu směru působení gravitace), kdy dochází k asymetrické translokaci auxinů. V kořeni Arabidopsis thaliana bylo zjištěno, že tato asymetrická translokace auxinů koreluje s různou mírou endocytosy proteinů PIN.
Tato pozorování odrážejí dosud nepopsaný mechanismus působení rostlinných hormonů: auxiny inhibují endocytosu, čímž mimo jiné regulují i vnitrobuněčný transport proteinů PIN a tím jejich výskyt a aktivitu na buněčném povrchu. Tímto způsobem mohou auxiny zpětně regulovat svůj vlastní transport.
 |
Obr. Schéma inhibice endocytosy auxiny EX = exocytosa EN = endocytosa  = proteiny PIN = inhibice |
Paciorek T, Zažímalová E, Ruthardt N, Petrášek J, Stierhof Y-D, Kleine-Vehn J, Morris DA, Emans N, Jürgens G, Geldner N, Friml J: Auxin inhibits endocytosis and promotes its own efflux from cells. Nature 435: 1251-1256, 2005.
5.11 Nové cytokininy s významnými biologickými vlastnostmi
Miroslav Strnad a kol.
Cytokininy jsou růstové regulátory na bázi N6-substituovaných derivátů adeninu, které vykazují řadu významných biologických aktivit v rostlinách (působí proti stárnutí, urychlují buněčné dělení). Před 10 lety se nám podařilo nalézt látky s vysokou cytokininovou aktivitou, které jsme podle rostlinného objektu, z kterého byly izolovány, nazvali topoliny. To nás vedlo k přípravě řady nových derivátů topolinů a jejich ribosidů, které byly testovány v několika biologických testech. Nejaktivnější ve zpomalení stárnutí se ukázaly být methoxytopoliny (Doležal et al., 2006), u nichž se nám podařilo prokázat i jejich přirozený výskyt (Tarkovská et al., 2003). Některé ribosidy vykazovaly překvapivě i protinádorové účinky. Za nejúčinnější lze považovat 2-hydroxy-3-methoxybenzyladenosin (WO03040144), který vykazuje až 50-krát vyšší in vivo protinádorové účinky než olomoucin a roskovitin a rovněž než řada známých protinádorových léčiv. Připravili jsme i orálně dostupnou formu a vyvinuli citlivou metodu stanovení této látky v krvi, založenou na imunoafinitní chromatografii s využitím monoklonálních protilátek proti aromatickým cytokininům kombinované s kapalinovou chromatografií s hmotnostní detekcí (Hauserová et al., 2005). Výše uvedené látky jsou chráněny mezinárodními patenty ve více než 50 zemích (viz www.espacenet.com).
Obr. 1: Struktury aromatických cytokininů - ortho-topolin ribosid, 2-hydro-3-methoxybenzyladenosin a benzyladenosin.
Tarkovská D, Doležal K, Tarkowski P, Astot C, Holub J, Fuksová K, Schmulling T, Sandberg G, Strnad M: Identification of new aromatic cytokinins in Arabidopsis thaliana and Populus x canadensis leaves by LC-(+)ESI-MS and capillary liquid chromatography/frit-fast atom bombardment mass spectrometry. Physiol Plant 117. 579-590, 2003.
Doležal K, Popa I, Zatloukal M, Lenobel R, Hradecká D, Vojtěšek B, Uldrijan S,Mlejnek P, Werbrouck S, Strnad M: Substitution derivatives of N6-benzyladenosine, methods of their preparation, their use for preparation of drugs and cosmetics. Patent No. EP1575973, 21.9. 2005
Doležal K, Popa I, Holub J, Lenobel R, Werbrouck S, Strnad M, Zatloukal M: Heterocyclic compound based on N6-substituted adenine, methods, of their preparation, their use for preparation of drugs, cosmetic preparations and growth regulators, pharmaceutical preparations, cosmetic preparations and growth regulators containing these compounds. Patent No. US2005043328, 24.2. 2005.
Hauserová E, Swaczynová J, Doležal K, Lenobel R, Popa I, Hajdúch M, Vydra D, Fuksová K, Strnad M: Batch immunoextraction method for efficient purification of aromatic cytokinins J. Chromatogr. A 1100(1):116-125, 2005.
Doležal K, Popa I, Kryštof V, Spíchal L, Fojtíková M, Holub J, Lenobel R, Schmulling T, Strnad M: Preparation and biological activity of 6-benzylaminopurine derivatives in plants and human cancer cells. Bioorg Med. Chem. 14(3): 875-884, 2006.
5.12 Unikátní materiál pro genomiku žita a pšenice
Jaroslav Doležel a kolektiv
Genomika je věda zabývající se analýzou genomů živých organismů, tedy studiem jejich dědičné informace. Většina této dědičné informace je u rostlin i živočichů uložena v buněčném jádře ve formě chromozómů. Množství jaderné DNA, ve které je dědičná informace zapsána, neodpovídá složitosti organismu. Genomy řady rostlinných druhů svou velikostí několikanásobně převyšují velikost genomu člověka. Zatímco ten je představován asi třemi miliardami párů bází, genom žita má velikost přibližně osm miliard a pšenice dokonce sedmnáct miliard párů bází DNA. Analýza takto velkých genomů je nesmírně obtížná a nákladná.
 |
Může být však výrazně zjednodušena rozdělením genomu na jednotlivé chromozómy, případně jejich části (viz obr.). S tímto cílem byla na našem pracovišti vyvinuta metoda, která za použití průtokového cytometru umožňuje třídit jednotlivé typy chromozómů, případně jejich ramena. DNA tříděných chromozómů není poškozená a je vhodná pro konstrukci knihoven DNA klonovaných ve vektoru BAC. Tyto knihovny jsou tvořeny souborem poměrně velkých fragmentů DNA (kolem 100 000 párů bází), které reprezentují celý genom a jsou klíčovým materiálem pro sekvenování a izolaci genů. |
Kubaláková M, Valárik M, Bartoš J, Vrána J, Číhalíková J, Molnár-Láng M, Doležel J: Analysis and sorting of rye (Secale cereale L.) chromosomes using flow cytometry. Genome 46: 893-905, 2003.
Šafář J, Bartoš J, Janda J, Bellec A, Kubaláková M, Valárik M, Pateyron S, Weiserová J, Tušková R, Číhalíková J, Vrána J, Šimková H, Faivre-Rampant P, Sourdille P, Caboche M, Bernard M, Doležel J, Chalhoub B: Dissecting large and complex genomes: flow sorting and BAC cloning of individual chromosomes from bread wheat. Plant J. 39: 960-968, 2004.
Doležel J, Kubaláková M, Bartoš J, Macas J: Chromosome flow sorting and physical mapping. - In: Meksem, K., Kahl, G. (eds.): The Handbook of Plant Genome Mapping. Genetic and Physical Mapping. Pp. 151-171. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005.
*Spolupráce s Dr. B. Chalhoubem (Unité de Recherches en Génomique Végétale, Évry, France)
5.13 Molekulární mechanismy podmiňující proliferaci a diferenciaci embryonálních kmenových buněk
Embryonální kmenové (ES) buňky jsou buněčné linie izolované z časných embryí. Jejich typické vlastnosti, schopnost neomezeného růstu v nediferencovaném stavu a schopnost diferencovat se za vhodných podmínek do libovolného buněčného typu, činí ES buňky slibným nástrojem buněčných terapií. Odhalení molekulárních mechanismů podmiňujících tyto unikátní vlastnosti je jednou z podmínek pro klinické použití lidských ES buněk.
Klíčovou komponentou kultivačních podmínek umožňujících nediferencovanou propagaci lidských ES buněk je bazický fibroblastový růstový faktor (FGF-2). V naší studii jsme analyzovali expresi FGF-2 a jeho receptorů (FGFR) v nediferencovaných a diferencujících se lidských ES buňkách a také jsme testovali biologické efekty inhibice signálování tímto růstovým faktorem. Zjistili jsme, že nediferencované lidské ES buňky obsahují několik molekulárních forem FGF-2, jejichž exprese zůstává stejná i po vstupu buněk do diferenciace. FGF-2 je lidskými ES buňkami také uvolňován do kultivačního média, což naznačuje jeho autokrinní aktivitu. Ukázali jsme, že lidské ES buňky exprimují všechny čtyři FGF receptory, jejichž kvantita se však mění během diferenciace. Exogenní FGF-2 v našich podmínkách indukoval fosforylaci proteinů v lidských ES buňkách, avšak proliferační aktivita buněk jím nebyla výrazně ovlivněna. Chemická inhibice funkce FGFR indukovala diferenciaci, naznačujíc tak význam autokrinních FGF signálů v udržování nediferencovaného fenotypu lidských ES buněk. Na základě těchto našich výsledků předpokládáme, že významnou roli v sebeobnově a diferenciaci lidských ES buněk hraje zejména endogenní FGF.
Jednou z molekul, jejíž kvantita dramaticky roste během diferenciace ES buněk je inhibitor cyklin dependentních kináz - p27Kip1 (p27). Abychom mohli studovat funkci p27 v diferenciaci ES buněk, připravili jsme linie myších ES buněk deficientních v genu pro p27. Efekty absence p27 jsme potom analyzovali u ES buněk diferencujících se v trojrozměrných agregátech - tzv. embryoidních tělíscích (EB). Ukázali jsme, že absence p27 má za následek abnormality ve vývoji EB, zahrnující a) větší velikost EB, b) eliminaci buněk nesoucích TROMA antigen a c) tvorbu dutin vznikajících z buněk nesoucích antigen Lewis-X. Naše výsledky tak ukázaly, že p27 hraje během diferenciace ES buněk dvojí úlohu: reguluje proliferaci ES buněk a současně se účastní řízení vývoje některých specifických aspektů diferencovaného fenotypu.
References
Dvořák P, Dvořáková D, Košková T, Vodinská M, Najvirtová M, Krekáč D, Hampl A. Expression and potential role of fibroblast growth factor 2 and its receptors in human embryonic stem cells. Stem Cells 2005, 23:1200-1211. IF = 5.500
Bryja V, Čajánek L, Pacherník J, Hall AC, Horváth V, Dvořák P, Hampl A. Abnormal development of mouse embryoid bodies lacking p27Kip1 cell cycle regulator. Stem Cells 2005, 23:965-974. IF = 5.500
Dvořák P, Hampl A. Basic fibroblast growth factor and its receptors in human embryonic stem cells. Folia Histochemica et Cytobiologica 2005, 43:203-208. IF = 0.672
5.14 Chromosomové aberace v lymfocytech zdravých osob a riziko nádorového onemocnění
Je prokazováno, že zvýšená frekvence chromosomových aberací (CA) v periferních lymfocytech je prediktorem nádorového onemocnění, je však nezbytné získat další výsledky, aby chromosomové aberace mohly být charakterizovány jako marker rizika nádorového bujení. Z archivů l5 laboratoří jsme získali záznamy cytogenetického vyšetření 11 834 osob, u nichž v době odběru nebylo diagnostikováno nádorové onemocnění a u kterých bylo provedeno cytogenetické vyšetření v rámci preventivních prohlídek v České republice v období 1975-2000. Získané záznamy byly propojeny s Národním onkologickým registrem, kde bylo zjištěno 485 případů s nádorovým onemocněním. Jedinci byli klasifikováni podle percentil distribuce CA v každé laboratoři jako nízká (0-33 percentil), střední (34-66 percentil) a vysoká (66-100 percentil). Dále byli klasifikováni podle profesionální expozice a typu chromosomových aberací. Signifikantní asociace byla zjištěna pro incidenci všech nádorových onemocnění a přítomnost typu chromosomových aberací (relativní riziko [RR] pro vysokou vs. nízkou úroveň CA = 1.24; 95% konfidenční interval [CI] 1.03-1.50), ale nikoliv pro chromatidový typ aberací. Silná asociace s frekvencí celkových chromosomových aberací byla zjištěna u nádoru žaludku. Prediktivita CA pozorovaná u osob exponovaných různých třídám karcinogenů se nelišila významně od neexponovaných jedinců. Naše studie přispívá k validaci CA jako prediktivního markeru rizika nádorového onemocnění, zejména u nádoru žaludku. Vztah mezi frekvencí chromosomových aberací a rizika nádorového onemocnění může být však omezen pouze na chromosomový typ aberací. Možnost zavedení preventivních programů při profesionální expozici karcinogenům u pracovníků s vysokou frekvencí chromosomových aberací by patrně mohla modifikovat jejich riziko nádorového onemocnění. Práce je nejrozsáhlejší studií na světě o vztahu mezi frekvencí chromosomových aberací a nádorovým onemocněním.
Odkazy:
Rössner P., Boffeta P., Ceppi M., Bonassi S., Šmerhovský Z., Landa K., Jůzová D., Šrám R.J.(2005) Chromosomal aberrations in lymphocytes of healthy subjects and risk of cancer. Environ. Health Perspect. 2005, 113:517-520. IF 3.929
Šrám,R.J., Rössner P., Šmerhovský, Z. (2004) Cytogenetic analysis and occupational health in the Czech Republic. Mutation Res. (Rev.in Mut.Res.), 2004, 566:21-48. IF 5.783
5.15 Klonování a molekulární analýza regulačního faktoru HlMyb1 z chmelu (Humulus lupulus l.) a potenciál chmelu produkovat bioaktivní prenylované flavonoidy.
MATOUŠEK, J., VRBA, L., NOVÁK, P., PATZAK, J., DE KEUKELEIRE, J., ŠKOPEK, J., HEYERICK, A., ROLDÁN-RUIZ, I., DE KEUKELEIRE, D.
V práci jsme analyzovali genetický potenciál českého chmelu produkovat ozdravné látky tzv. prenylflavonoidy, mající mnohočetné protirakovinové, antiosteoporozní a další biologické aktivity. Tyto látky jsou syntetizovány v lupulinových žlázkách chmelových hlávek za účasti enzymu chs_H1, který byl českými spoluautory prioritně objeven. Tento potenciál souvisí s expresí regulačních faktorů typu MYB R2R3. V práci jsme popsali první takovýto faktor chmelu HlMyb1 (Obr. 1). Z vybraných českých chmelů, které jsou v současné době komerčně využívány, byla nejvyšší hladina těchto látek pozorována u kultivaru Agnus.
Obr 1. Struktura domény R2R3 faktoru HlMyb1, znázorněná s použitím programu RasWin v. 2.6.4. N a C označují N a C koncovou část polypeptidu. DBD označuje pozici domény jež zprostředkuje vazbu na DNA.
Matoušek, J., Vrba, L., Novák, P., Patzak, J., De Keukeleire, J., Škopek, J., Heyerick, A., Roldán-Ruiz, I., De Keukeleire, D.: Cloning and molecular analysis of the regulatory factor HlMyb1 in hop (Humulus lupulus L.) and the potential of hop to produce bioactive prenylated flavonoids. - J. Agric. Food Chem. 53: 4793-4798 (2005).
5.16 Nový typ uspořádání světlosběrných antén u fotosystému I pozorovaný u sinice Prochlorothrix hollandica.
BUMBA, L., PRÁŠIL, O., VÁCHA, F.
Studovali jsme strukturu fotosystému I u zvláštního druhu sinice Prochlorothrix hollandica. Tento druh je významný tím, že ve svých světlosběrných anténách váže chlorofyl b, který se jinak vyskytuje jen u mnohem vyspělejších eukaryotních fotosyntetických organismů. Zjistili jsme, že u tohoto druhu jsou antény fotosystému I uspořádány do velmi neobvyklých útvarů, tvořících prstence obepínající tento fotosystém. Podobné útvary byly teprve nedávno pozorovány u sinic stresovaných nedostatkem železa nebo světla. V našem případě jsme prokázali, že k této neobvyklé organizaci světlosběrných antén může docházet i za fyziologických podmínek. Zdá se, že tvorba prstenců ze světlosběrných komplexů tak má mnohem hlubší význam než pouze reakci na světelný nebo nutriční stress.
Na obrázku A) je snímek fotosystému I ze sinice Prochlorothrix hollandica získaný pomocí elektronového mikroskopu zprůměrováním 850 částic. Ve středu zobrazeného útvaru je vidět trimer fotosystému I, který je obklopený prstencem světlosběrných antenních pigment-proteinových komplexů. Na obrázku B) je tento snímek překryt strukturou fotosystému I získanou ze sinice Synechococcus elongatus pomocí rentgenové difrakce (značeno červeně) a modelovou strukturou příslušných svetlosběrných komplexů pcbC (značeno zeleně) jejichž přesná struktura není dosud známa.
Bumba L., Prášil O. and Vácha F.: Antenna ring around trimeric photosystem I in chlorophyll b containing cyanobacterium Prochlorothrix hollandica. Biochim. Biophys. Acta 1708, 1-5 (2005)
5.17 Nový myší model lidského Downova syndromu
Tomáš Vacík, Michael Ort, Soňa Gregorová, Petr Strnad, Radek Blatný, Nathalie Conte, Allan Bradley, Jan Bureš, and Jiří Forejt: Segmentální trisomie chromosomu 17: myší model lidských aneuploidních syndromů. Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 102:4500-4505, 2005.
 |
Přítomnost nadpočetné kopie (trisomie) chromosomu 21 v lidském zárodku působí Downův syndrom a je nejčastější příčinou mentální retardace u dětí, která je navíc spojená s řadou vývojových poruch. Několik myších modelů Downova syndromu bylo připraveno k hledání možného vztahu konkrétních genů nadpočetného chromosomu k určitým vývojovým poruchám. Prezentovaný nový myší model segmentální trisomie, Ts43H, byl připraven k odlišení specifických a nespecifických účinků triplikovaných genů na vývoj embrya včetně rozvoje poznávacích funkcí. S využitím nových metod genomových analýz bylo zjištěno, že tato trisomie ztrojuje vice než 310 známých genů myšího chromosomu 17. Trisomické myši vykázaly kognitivní defekty (pomalejší učení) podobné těm, které byly popsány u pacientů s Downovým syndromem. |
5.18 Identifikace potenciálních lidských onkogenů prostřednictvím mapování obecných retrovirových integračních míst v ptačích nefroblastomech.
Pajer, P., Pečenka, V., Králová, J., Karafiát, V., Průková, D., Zemanová, Z., Kodet, R., Dvořák, M.: Identification of Potential Human Oncogenes by Mapping the Common Viral Integration Sites in Avian Nephroblastoma. - Cancer Res 66: (2006)
Zhoubné nádory jsou vyvolány změnami, mutacemi, genetického materiálu. Mutace, které zasáhnou informačně významné oblasti např. geny, mohou pozměnit jejich informační obsah nebo regulaci. Nastanou-li takové změny v tzv. onkogenech, zvyšují náchylnost buňky k nádorovému zvratu. Nahromadí-li se v jedné buňce mutace v určité sadě onkogenů, může to vyvolat nádorovou transformaci buňky, která se potom nekontrolovatelně rozmnožuje a vytvoří zhoubný nádor. Mnohé nádorotvorné mutace i onkogeny již byly odhaleny, přesto však, a to zvláště v pevných nádorech, většina z nich ještě známá není. V prvním lednovém čísle časopisu Cancer Research vychází práce Petra Pajera a spolupracovníků, která využívá experimentálního kuřecího nefroblastomu vyvolaného integrací retroviru MAV. Retrovirový genom se integruje náhodně na velmi mnoho míst geonomové DNA ledvinné buňky a vyvolává mutace. Ta buňka, v níž je mutacemi zasažena vhodná sada onkogenů, pak vytvoří nádor. V nádorových buňkách jsou pak identifikovány zasažené geny. Jedním z často zasažených genů v nefroblastomech je gen twist. Jak ukazuje obrázek, ke vzniku nádorů přispívají nejvíce mutace vyvolané insercí retroviru na začátek kódující sekvence (plné šipky ve schematu genu), které výrazně aktivují tvorbu informační RNA (prázdná šipka). Práce dokumentuje, že i v některých lidských ledvinných nádorech je tvorba twist informační RNA abnormálně zvýšená. Proto je možné pomocí modelu ptačího nádoru zjistit i geny, které se zřejmě podílejí na tvorbě lidských nádorů. Publikovaná práce identifikuje i několik dalších genů jako potenciální lidské onkogeny.
5.19 Transkripční faktor c-Myb se účastní regulace epitelo-mesenchymového přechodu buněk ptačí neurální lišty
Karafiat, V., Dvorakova, M., Krejci, E., Kralova, J., Pajer, P., Snajdr, P., Mandikova, S., Bartunek, P., Grim, M., Dvorak, M.: Transcription factor c-Myb is involved in the regulation of the epithelial-mesenchymal transition in the avian neural crest. - Cell Mol Life Sci. 62: 2516-2525 (2005).
Práce publikovaná v CMLS "Transkripční faktor c-Myb se účastní regulace epitelo-mesenchymového přechodu buněk ptačí neurální lišty" přináší první důkaz toho, že bílkovina c-Myb, dobře známá jako klíčový regulátor vývoje nezralých krevních buněk, je rovněž angažovaná v regulaci vývoje buněk neurální lišty. Neurální lišta je skupina buněk krátkodobě existující v časném embryu každého obratlovce. Buňky neurální lišty se tvoří v dorsální části neurální trubice z nepohyblivých progenitorových buněk. Tyto buňky se po aktivaci, jejíž regulace je známá jen z části, uvolní z epitelu neurální trubice a putují na mnoho míst embrya, kde spoluvytvářejí důležité tkáně jako jsou určité prvky kostry, periferní nervový systém, pigmentové buňky kůže a pod. Toto uvolnění buněk epitelu, které se nazývá epitelo-mesenchymový přechod (EMT), je významným biologickým procesem aktivovaným v různých embryonálních tkáních v průběhu normálního vývoje. Tento proces však bývá aktivován i patologicky v nádorech, kde představuje první krok při vzniku metastázy. Publikovaná práce dokumentuje, že v epitelu neurální trubice kuřecího embrya, který je na schematu (panel a) označen NP, není EMT aktivován - žádné buňky se z tkáně neuvolňují (panel b). Zvýšení koncentrace bílkoviny c-Myb však aktivuje EMT a buňky neurální lišty opouštějí původní tkáň (panel c). Některé z uvolněných buněk se po několika dnech vyvinou na pigmentové buňky - melanocyty (panel d). Práce rovněž ukazuje, že zvýšená koncentrace c-Myb je zřejmě součástí signální dráhy faktoru BMP4, který se podílí na regulaci mnoha dalších biologických pochodů. Objevená úloha c-Myb v aktivaci EMT řadí tuto bílkovinu mezi možné aktivátory metastáz zhoubných nádorů.
5.20 Nová technika ve studiu zubního vývoje
Byla zavedena zcela nová technika zubních výseků (tooth slices) a využita pro testování hypotézy týkající se buněčné kontinuity primárního (PEK) a sekundárních sklovinných uzlů (SEK) vyvíjejících se molárů. Morfogeneze zubních výseků byla sledována od stádia zubního pohárku až po zvonek, nebyla však prokázána žádná migrace buněk PEK. SEK se vytvořily normálně, což bylo prokázáno expresí Fgf-4.
Matalová, E., Antonarakis, G.S., Sharpe, P.T., Tucker, A.S. (2005): Cell lineage of primary and secondary enamel knots. Dev Dyn 233: 754 - 759
Vývoj zubního výseku v ex vivo kultuře ukazuje morfogenezi moláru od zubního pupene (A) do fáze pozdního zvonku (C), jejíž dynamiku lze díky této nové technice mikroskopicky sledovat.
Kontaktní osoba RNDr. E. Matalová, PhD.; tel. 41212292, e-mail: matalova@iach.cz
5.21 Miniaturní laboratorní prase je nenahraditelý biomedicínský model
Základním předpokladem pro vyvinutí bezpečných preklinických protokolů v biomedicínském výzkumu je použití vhodných modelů na zvířatech, které mohou poskytnout takové experimentální údaje, které poskytují vysokou záruku, že navržené metodiky mohou být zkoušeny v preklinickém výzkumu. V tomto ohledu zaujímá miniaturní prase, které má celou řadu fyziologických podobností s lidským organizmem, vyjímečné postavení vzhledem k optimálním možnostem rozmnožování a chovu. V tomto článku jsme sumarizovali zkušenosti naší laboratoře s využitím miniaturních prasat v biomedicínském výzkumu, protože v posledních několika letech tento model nabývá na důležitosti. Soustředili jsme se na využití samičích zárodečných buněk prasat v oblasti fyziologie reprodukce, kde slouží hlavně jako model pro studium chromozomálních abnormalit, především aneuploidie u lidských oocytů. Pozornost je také věnována přípravě transgenních prasat za účelem budoucí xenotransplantace orgánů. Těmto experimentům, které budou vyžadovat ještě mnohaleté soustředěné úsilí vědců z celé řady vědních oblastí, se náš tým nevěnuje. Naopak využíváme prasečí epidermis jako jedinečný srovnávací model pro přípravu lidských kožních buněk k transplantaci po závažných poraněních. Stejně tak jsou nervové kmenové buňky prasat zkoumány za účelem jejich využití v modelu míšního poškození. Miniaturní prase je tedy jedinečnou alternativou, která odstraňuje použití primátů k výzkumným účelům, ale umožňuje, po vhodné imunosupresi, i spolehlivou testaci terapeutické vhodnosti lidských buněk.
Vodička, P., Smetana, K. Jr, Dvorankova, B., Emerick, T., Xu. Y.Z., Ourednik, J., Ourednik, V., Motlik, J.: The miniature pig as an animal model in biomedical research. - Ann N Y Acad Sci. 2005 May;1049:161-171.
Obr.: Neurosféra, shluk prasečích nervových kmenových buněk, vysazená na povrchu potaženém lamininem. Diferencující neurony (označeny zeleně protilátkou proti bIII-tubulinu) migrují z neurosféry, ležící v levé spodní části obrázku. Jádra buněk označena červeně pomocí propidium jodidu.
Kontaktní osoba Mgr. Petr Vodička; tel.315 639567, e-mail: vodicka@iapg.cas.cz
5.22 Klonální obratlovci v přírodě - model sekavců rodu Cobitis
U savců je klonování ve středu zájmu nejen odborné veřejnosti, ale stále ještě nebylo dosaženo rozhodujících úspěchů pro nedostatek řady důležitých experimentálních údajů. Naproti tomu u řady nižších obratlovců je klonální rozmnožování součástí evolučních procesů a tyto případy pak nabízejí další pohledy na povahu klonality obecně. Podrobná fylogeografická analýza mtDNA znaků u rodičovských druhů sekavců rodu Cobtis a jejich gynogeneticky se množících hybridních klonů z celého areálu jejich rozšíření v Evropě prokázala celkem několik zřetelných fylogenetických linií pandunajského C. elongatoides stejně jako východo- a severoevropského C. taenia. Některé z těchto linií opakovaně arecipročně daly vznik asexuálním klonům různého fylogenetického stáří, které prokázaly významné disperzní schopnosti a rozšířily jako sperm-dependentní formy po areálech rodičovských, ale i jiných druhů, což dokládají nálezy triploidů s třemi druhovými genomy. V hybridních kombinacích byl také objeven další genom a tento další parentální druh hybridních komplexů byl formálně popsán jako C. taurica.
Janko, K., Culling, M. A., Ráb, P., Kotlík, P., 2005: Ice age cloning - comparison of the Quaternary evolutionary histories of sexual and clonal forms of spiny loaches (Cobitis; Teleostei) using the analysis of mitochondrial DNA variation. Molecular Ecology. 14: 2991-3004.
Janko, J. Vasil´ev, V.P., Ráb, P., Rábová, M., Šlechtová, V., Vasil'eva, E.D.: Genetic and morphological analyses of 50-chromosome spined loaches (Cobitis, Cobitidae, Pisces) from the Black Sea basin that are morphologically similar to C. taenia, with the description of a new species Folia zoologica. 54(4): 405 - 420
Culling, M., Janko, K., Boroń, A., Vasil'ev, V.P., Coté, I.M., Hewitt, G.M.: European Colonisation by the Spined Loach Cobitis taenia from Ponto-Caspian Refugia based on mitochondrial DNA variation. Molecular Ecology (in press).
Kontaktní osoba doc. Ing. Petr Ráb, DrSc.; tel. 315 639546, e-mail: rab@iapg.cas.cz
