Proteomické laboratoře ČR

K hlavním výzkumným tématům v současné době patří:

• Studium molekulárních mechanismů metastazování solidních nádorů (nádory prsu, ledvin, endometria a další) s cílem identifikovat nové terapeutické a diagnostické cíle
• Proteotypování nádorových tkání pomocí proteomiky nové generace – hmotnostní spektrometrie v režimu datově nezávislého sběru dat („data independent acquisition“)
• Integrace proteomických a dalších „high-throughput“ přístupů (genomika, transkriptomika)
• Analýza interaktomu v souvislosti s vývojem nádorů a metastazování
• Funkční charakterizace vybraných prometastatických proteinů a jejich zapojení do signálních drah
• Vývoj a aplikace cílených metod pro rutinní kvantifikaci vybraných proteinů

Pracoviště využívá laboratoří tkáňových kultur, proteomiky, biochemie a molekulární biologie. Proteomické analýzy jsou postaveny na 1D, 2D a 3D technikách kapalinové chromatografie a vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie převážně ve spolupráci s CEITEC MU. K dispozici je výpočetní infrastruktura pro analýzu hmotnostně-spektrometrických dat.

Masarykův onkologický ústav Brno

ETH Zurich, Švýcarsko

Fakultní nemocnice Plzeň

University of British Columbia, Vancouver, Kanada

California Institute of Technology, Pasadena, USA

K hlavním výzkumným tématům v současné době patří:

• Nové separační metody (LC–MS, kapilární elektromigrační techniky včetně CE–MS) pro fyziologický výzkum
• Analýza extracelulární hmoty – od proteinů po tkáňovou architekturu u idiopatického onemocnění pes equinovarus (noha kososvislá; clubfoot)
• Prediktivní úloha proteomického složení zubů a slin v etiologii zubního kazu
• Mechanismy remodelace stěny plicních artérií během rozvoje plicní hypertenze
• Proteomika pro objevování nových biomarkerů lidského zdraví
• Posttranslační modifikace proteinů v průběhu stárnutí i chorob (např. diabetes mellitus)

1) Vývoj metod pro strukturní hmotnostní spektrometrii

– nové kovalentní sondy a síťovací činidla pro modifikaci bílkovin a nukleových kyselin

– výzkum kyselých proteas pro štěpení bílkovin za účelem

automatizace pracovních postupů za HDX-MS a CX-MS podmínek včetně softwarového zpracování dat

a aplikace nástrojů strukturní hmotnostní spektrometrie na vybrané biologické problémy (medicínsky nebo biotechnologicky důležité proteiny)

– membránové bílkoviny

– velmi flexibilní nebo silně post-translačně modifikované bílkoviny

– bílkovinné komplexy nebo komplexy bílkovin s ligandy nebílkovinné povahy (lipidy, nukleové kyseliny, anorganické ionty nebo malé organické molekuly)

2) Příprava biologicky aktivních substrátů pro hmotnostní spektrometrii

– imobilizace bílkovin technikou napařování iontů za atmosferického tlaku

– příprava imunoafinitních substrátů pro klinickou diagnostiku

– biochemicky aktivní substráty pro desorpční hmotnostní spektrometrii

Akademická:
Prof. David C. Schriemer, University of Calgary, Calgary, Canada
Prof. Daniele Fabris, University of Connecticut, Storrs, U.S.A.
Prof. Merritt Maduke, Stanford University, California, U.S.A.
Prof. Jan Černý, Charles University, Prague, Czech Republic

Průmyslová:
TriLAB Group s.r.o., Hradec Králové, Czech Republic
CF Plus Chemicals s.r.o., Brno, Czech Republic
Biovendor a.s., Brno, Czech Republic
Beactica Therapeutics AB, Uppsala, Sweden
Novozymes A/S, Lyngby, Denmark

Primární úkol katedry molekulární patologie a biologie je studium interakcí hostitel-patogen na molekulární úrovni. Základním modelem pro tyto studie je bakterie Francisella tularensis, které způsobuje onemocnění známé pod názvem „tularemie“. Mezi mnohými nástroji pro studium těchto interakcí a mechanismů infekce bakterií Francisella tularenis je i proteomická analýza zahrnující separační techniky (elektroforéza, kapalinová chromatografie), hmotnostní spektrometrii a bioinformatické vyhodnocení. Jsou zde využívány nástroje pro identifikaci a relativní kvantifikaci proteinů (iTRAQ, TMT, SILAC, label-free), jakož i studium posttranslačních modifikací (fosforylace, glykosylace aj.). Další cíle proteomické skupiny naší katedry jsou identifikace markerů různých patologických procesů a aplikace metod cílené proteomické analýzy pro identifikaci toxinů proteinového původu.

Přední náplní pracoviště je hmotnostní spektrometrie v analýze proteinů. K dispozici je instrumentální vybavení pro separaci proteinů a peptidů doplněné hmotnostními spektrometry s ionizací MALDI a ESI. Využívá se běžných metod pro přípravu a přečištění vzorků. Provádí se rutinní identifikace proteinů, relativní a absolutní kvantifikace a analýza posttranslačních modifikací. Záběr je široký: od analýzy vybraného proteinu po mapování proteomů. Hmotnostní spektrometrie intaktních buněk a spor slouží k identifikaci mikroorganismů (oomycety, plísně, sinice, řasy). Studují se také enzymy, zejména rostlinného a mikrobiálního původu, např. dehydrogenasy, oxidasy a proteasy. Tyto enzymy se získávají izolací z jejich přirozených zdrojů nebo rekombinantní expresí příslušných genů. Jejich studium zahrnuje popsání molekulových vlastností, určení typických substrátů a inhibitorů, případně krystalizaci a strukturní analýzu. Hledá se rovněž praktické využití enzymů v potravinářské analýze. Nakonec je možné zmínit zkoumání metabolických drah pro biosyntézu a biodegradaci určitých metabolitů (např. rostlinných hormonů).

Centrum biomedicínského výzkumu (CBV) vzniklo v roce 2011 s cílem zvýšit vědecký potenciál Fakultní nemocnice v Hradci Králové (FNHK). Cílem proteomického výzkumu na CBV je charakterizovat změny na proteinové úrovni a propojit tuto informaci s mechanismy daného onemocnění. Takto můžeme nalézt proteiny, které mohou sloužit jako diagnostické ukazatele pro rychlý záchyt nemoci v raném stádiu, nebo mohou být zajímavým cílem pro terapeutickou léčbu. V současné době se věnujeme např. problematice nádorových onemocnění (mnohočetný myelom, karcinom štítné žlázy, buněčná senescence, proteomika u organoidových modelů) a kardiotoxicitě protinádorových léčiv. Dlouhodobě také spolupracujeme s Porodnickou klinikou FNHK na výzkumu infekčních a zánětlivých změn u předčasného porodu.

Klinická a diagnostická pracoviště FNHK (IV. Interní Hematologická klinika, Porodnická a gynekologická klinika, Ústav klinické mikrobiologie, Ústav klinické biochemie a diagnostiky)

Lékařská Fakulta UK v Hradci Králové

Ústav molekulární genetiky AV ČR

Ústav histologie a embryologie, Lékařská fakulta MUNI

V naší laboratoři se zaměřujeme zejména na studium post-transkripční regulace genové exprese u lidského patogena Bordetella pertussis. Zajímá nás tedy především vztah mezi genovou expresí a produkcí či sekrecí proteinů a proto ve většině projektů používáme RNA-seq a LC-MS/MS metody. Tento přístup jsme například použili při charakterizaci regulonu RNA chaperonu Hfq či při globální omics analýze historických a současných českých izolátů B. pertussis. Proteomickou analýzu jsme využili i při identifikaci imunogenních antigenů B. pertussis pomocí imunoprecipitace s lidskými séry získanými z pacientů pozitivně testovaných na černý kašel. Jedním ze současných projektů je studium interakce mezi B. pertussis a lidskými makrofágy. Jako infekční model používáme diferencovanou monocytární buněčnou linii THP-1. Naše výsledky ukazují, že B. pertussis je schopná se adaptovat na prostředí uvnitř makrofágů a přežívat v hostitelských buňkách a naznačují tak, že intracelulární fáze může být důležitou součástí jejího infekčního cyklu.

LAPA vznikla jako samostatná laboratoř v roce 2013 v rámci výzkumného centra PIGMOD.  Ve výzkumu se zaměřuje na dvě hlavní biologické otázky. První je studium neurodegenerativních onemocnění na zvířecích a buněčných modelech hlavně Huntingtonovy nemoci a procesu diferenciace nervových kmenových buněk. Druhou hlavní oblast výzkumu  představuje skupina nádorové biologie sledující mezibuněčnou komunikaci mezi buňkami nádoru a nádorového stromatu v rámci spolupráce s Centrem nádorové ekologie (CNE) a nádorovou imunologii na prasečím modelu maligního melanomu.

Tyto dvě výzkumné oblasti spojuje společný metodický přístup, založený na studiu buněčných populací, jejich proteomů a sekretomů pomocí protilátkových a na protilátkách nezávislých metod, jako je imunocyto a imunohistochemie, průtoková cytometrie, multiplexní imunoanalýzy a proteomika založená na hmotnostní spektrometrii. Další spojující oblastí je zaměření na využití miniaturního prasete jako zvířecího modelu.