Významné výsledky výzkumu v BFÚ s přínosem pro praxi
Čtenáři je jistě známa důležitost nukleových kyselin (NK), ve kterých je zaznamenána veškerá genetická informace o buňkách i organismech. Poznání NK (DNA a RNA) bylo provázeno řadou převratných objevů jako např. nalezením struktury DNA a principu kopírování genetické informace do dceřiných buněk, rozluštění genetického kódu a mechanismu syntézy proteinů. V poslední době k tomu přibyl objev malých molekul RNA (siRNA a mikroRNA), které řídí syntézu proteinů. Jedním z významných objevů důležitých pro výzkum NK, byl také objev elektrochemických vlastností NK, který byl učiněn před padesáti léty Emilem Palečkem na půdě Biofyzikálního ústavu AV ČR. Tento objev vedl ke zrození a rozvoji nové vědní disciplíny "Elektrochemie nukleových kyselin". Oddělení Miroslava Fojty, ve kterém Emil Paleček pracuje, si uchovalo svoji úroveň a patří i v současné době k nejlepším v tomto oboru. Byl připraven
poster, který je vystavován v budově AV ČR, Praha, Národní 3.
Město Brno je v celém světě známo jako místo, kde se zrodila nauka o dědičnosti, čili genetika. Je to zásluha augustiánského mnicha Johanna Gregora Mendela, který zhruba před 150 lety ve starobrněnském klášteře prováděl své slavné pokusy s hybridy rostlin hrachu a formuloval základní pravidla dědičnosti. Bohužel 20. století na výsledky příliš nenavázalo. V poslední době se na světovou špičku dostalo Oddělení vývojové genetiky rostlin Biofyzikálního ústavu AV ČR, v.v.i., vedené prof. B. Vyskotem. Pracovníci tohoto oddělení jsou zváni jako řečníci na všechny významnější akce v oboru rostlinné genetiky ve světě, publikují ve špičkových vědeckých časopisech a spolupracují s předními zahraničními pracovišti. Oddělení patří k nejcitovanějším ve svém oboru ve světě. Výsledky v oblasti molekulární genetiky sexuality rostlin jsou shrnuty v
posteru.
Strukturní vlastnosti DNA - nositelky genetické informace
Jedním z renomovaných světových pracovišť, systematicky a dlouhodobě se zabývajících studiem strukturních vlastností nukleových kyselin je laboratoř Prof. RNDr. Michaely Vorlíčkové, DrSc. Laboratoř je zaměřena na studium vybraných úseků zejména lidské DNA, které jsou významné
pro biologii a medicínu.
Komplexy platiny a ruthenia: Od poškození DNA k léčbě rakoviny
Vývoj nových léků proti rakovině představuje velmi aktuální téma jak pro základní, tak i pro aplikovaný výzkum. Oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie Biofyzikálního ústavu AV ČR, v.v.i. v Brně vedené prof. RNDr. Viktorem Brabcem, DrSc. se zabývá studiem molekulárních mechanismů protinádorové účinnosti komplexů přechodných kovů moderními metodami molekulární biofyziky a biologie. Tyto studie poskytují teoretické zázemí nezbytné pro vývoj nových léčiv proti rakovině a způsob jejich podání. V oddělení prof. Brabce se již delší dobu úspěšně testuje hypotéza, podle které zejména ty komplexy platiny a ruthenia, které se váží k deoxyribonukleové kyselině (DNA) způsobem zásadně odlišným od způsobu vazby komplexů přechodných kovů již využívaných v klinické praxi a jejích analogů, mají šanci vykazovat biologické účinky (včetně protinádorových) výrazně odlišné od účinků cisplatiny. Testování této hypotézy vedlo k syntéze několika skupin nových komplexů platiny a ruthenia, vykazujících výrazně lepší protinádorové účinky než metalofarmaka doposud v klinice využívaná a které jsou v různých fázích klinického zkoušení.
Z více jak stovky původních sdělení v plném znění publikovaných v posledních 10 letech prof. Brabcem a jeho kolegy v prestižních mezinárodních časopisech je zřejmé, jak může být základní výzkum založený na metodách molekulární biofyziky užitečný při vývoji nových léčiv proti rakovině. Pracovníci tohoto oddělení jsou zváni jako řečníci na významné mezinárodní akce v oboru a publikují ve špičkových vědeckých časopisech. Publikace z tohoto oddělení patří také k nejcitovanějším jak v rámci ústavu, tak i v oboru. Důležitá je také okolnost, že se členům oddělení prof. Brabce podařilo pro řešení tématiky, které souvisí se základním výzkumem protinádorové účinnosti komplexů platiny a ruthenia, získat v náročných mezinárodních soutěžích výraznou grantovou podporu mimo jiné také od prestižních institucí v USA jako jsou Howard Hughes Medical Institute (mezi posuzovateli návrhů projektů je několik nositelů Nobelovy ceny), a to již pro třetí pětileté období, dále National Institutes of Health a britské instituce Wellcome Trust. Pracovníci oddělení jsou vyhledávanými partnery pro spolupráci s předními zahraničními pracovišti, což dokumentuje také skutečnost, že prof. Brabec koordinuje projekt Evropské komise/European Science Foundation, jehož se zúčastní dalších 8 laboratoří ze zemí EU, Izraele a Austrálie.
Nová strategie léčby maligního melanomu - příspěvek Laboratoře molekulární epigenetiky
Znepokojujícím trendem v evropské populaci je nárůst výskytu rakoviny kůže (maligního melanomu), který je charakterizován relativně vysokou úmrtností a omezenými možnostmi terapie. Jedním z mála užívaných léčebných postupů je immunoterapie založená na aplikaci stimulační látky, interferonu alfa. Bohužel léčba interferonem je úspěšná jen u přibližně 20% pacientů, ostatní jsou buď bez odezvy nebo dokonce dochází k progresi onemocnění a metastazování. V kontextu s moderními teoretickými poznatky o přenosu stimulačního signálu zprostředkovaného interferonu do jádra jsme pátrali po příčinách tohoto neuspokojivého stavu. Původní a unikátní výsledky jsme získali molekulární a cytologickou analýzou aktivačního potenciálu několika signálních proteinů u pacientů s maligním melanomem a následnou korelací výsledků s průběhem onemocnění. Tyto výsledky ukázaly na význam sledování aktivovaného genu STAT 3 v prognostice onemocnění. Jako perspektivní se jeví klasifikace nemocných podle hyper-reaktivity signálního proteinu STAT 3, na jejímž základě by bylo možno rozhodnout, zda lze, či nelze očekávat terapeutický efekt interferonu alfa. Podobněji na
obrázku a v práci Humpolíkova-Adámková a spol.: European Journal of Cancer 45, 1315-1323, 2009).
Prevence a léčba nádorů - význam buněčných signalizací
Poznání procesů buněčného dělení, diferenciace a smrti buněk je velmi aktuální a ve světě sledovanou oblastí, neboť poruchy v řízení těchto procesů mají za následek řadu chorob jako jsou např. nádorová onemocnění. Porozumět těmto procesům znamená zaměřit se na pochopení podstaty přenosu signálů těch regulátorů (molekul), které jsou za tyto pochody zodpovědné. Tato problematika je systematicky rozvíjena na Oddělení cytokinetiky vedené doc. A. Kozubíkem v rámci spolupráce jak mezinárodní tak s výrobní sférou (Pliva-Lachema, a. s., Biomedica Praha, s. r. o.). Práce skupiny přinesla řadu prioritních
výsledků, z nichž mnohé jsou prakticky uplatnitelné v oblasti protinádorové terapie,
toxikologie/ekotoxikologie a
výrobě tukových potravních doplňků a klinických výživ. Dosavadní grantová úspěšnost skupiny umožnila v nebývalém rozsahu podpořit výchovu studentů VŠ (zejména Masarykovy university), kteří jsou bezprostředně do výzkumu zapojeni.
Fagocyty ve zdraví a nemoci
Fagocyty (neutrofily, monocyty, makrofágy) jsou nezastupitelnými buňkami první obranné linie, chránicími tělo před invadujícími mikrobiálními patogeny. V Oddělení patofyziologie volných radikálů je pozornost soustředěna zejména na tvorbu volných radikálů fagocyty během zánětu ve fyziologických a patologických podmínkách a na možnosti jejího ovlivnění. Širším cílem našich projektů je specifikovat nové látky a léčebné postupy, které by vedly ke snížení negativních dopadů chronických a akutních zánětlivých procesů. V posledních letech byla získána řada originálních výsledků s možným praktickým využitím. Ve spolupráci s brněnskými klinickými pracovišti byl hodnocen a porovnáván oxidativní stres u pacientů s operací srdce, s chronickou hemodialýzou, se zánětem slinivky břišní nebo s transplantací srdce, jater nebo ledvin (
12,
66,
75). Výsledky společných projektů s Ústavem experimentálnej farmakológie a toxikológie Slovenské akademie věd v Bratislavě vedly k charakterizaci vlivu vybraných léčiv ze skupiny antihistaminik a betablokátorů na fagocyty (
1,
2). Důležitou aktivitou oddělení je zapojení do klastru
Nanomedic, který je konsorciem firem, univerzit a výzkumných ústavů, usilujících o spolupráci při výzkumu a vývoji výrobků z oblasti přípravků na hojení ran, tkáňových náhrad, přípravků pro cílenou distribuci léčiv a přípravků pro genovou terapii, s cílem prosadit se na světovém trhu (
3,
56).
Laboratoř molekulární cytologie a cytometrie z Biofyzikálního ústavu Akademie věd České republiky má rozsáhlou zkušenost ve studiu 3D-jaderné architektury buněčných jader pomocí konfokální mikroskopie (Bártová et al., 2005, 2008; Harničarová et al., 2006; Kozubek M. et al., 1999; Kozubek S., 1997, 2000). Pro zobrazování jaderných struktur používáme fluorescenční techniky jako například imunofluorescence, DNA a RNA fluorescenční in situ hybridizace (FISH). Vazbu proteinů na DNA a expresi genů studujeme pomocí chromatinová imunoprecipitace (ChIP-PCR, ChIP-on-chip) a RT-PCR. Náš výzkum směřuje mimo jiné ke studiu živých buněk na modelech reporterových buněčných linií. Tyto experimenty umožňují odhalit dynamiku jaderných proteinů in vivo. Zajímáme se také o jaderné radiální distribuce genů, chromozómů a proteinů regulujících chromatin. Systém konfokální mikroskopie s vysokým rozlišením nám umožňuje zkoumat modifikace histonů, které představují základní stavební jednotky chromatinu. Změny v jaderném uspořádání genů a karyotypové změny dáváme do kontextu nádorové transformace buněk. Těmito experimenty bychom chtěli objasnit vzájemné vztahy mezi jadernou architekturou a jadernými/buněčnými procesy jako je transkripce, reparace DNA a buněčná diferenciace. Přispíváme tak ke znalostem biologie chromatinu nádorových buněk a lidských embryonálních kmenových buněk.
Úloha molekul ribonukleové kyseliny v buněčných procesech
Zjištění centrální role dlouho opomíjených molekul RNA v klíčových biologických procesech v posledních 25 letech je považováno za jeden z největších převratů v biologii. Dnes víme, že RNA je zodpovědná za translaci (syntézu bílkovin), lokalizaci bílkovin, regulaci exprese genů, replikaci virů, zpracování (processing) RNA a další funkce. Je pravděpodobné, že molekula RNA je primární biologickou molekulou schopnou evoluční reprodukce, která si později během evoluce vytvořila molekulu DNA na lepší a stabilnější kódovaní a molekuly bílkovin na účinnější katalýzu. Oddělení prof. Šponera se zabývá počítačovým modelováním molekul RNA a DNA, s využitím metod od fyzikální kvantové chemie až po moderní strukturní bioinformatiku. Cílem je pochopit úlohu molekulových interakcí při formování strukturní dynamiky, funkce a evoluce nukleových kyselin. V posledních pěti letech se oddělení zaměřilo například na studium vybraných regulačních oblastí ribosomu, což je pravděpodobně nejsofistikovanější biomolekulární stroj, který na základě genetické informace překódované z DNA do messenger RNA syntetizuje všechny bílkoviny ve všech dnes existujících buňkách. Jedná se o interdisciplinární výzkum na pomezí fyzikální chemie, biochemie a molekulární biologie. Oddělení patří ve svém oboru mezi přední mezinárodní pracoviště a je unikátní svým mezioborovým profilem. Prof. Šponer patří mezi nejužší skupinu absolutně nejcitovanější vědců pracujících v ČR. Oddělení se podílí na výuce na třech českých univerzitách.
Farmakologická stimulace ionizujícím zářením poškozené krvetvorby
Ozáření masivními dávkami ionizujícího záření, k jakému může dojít např. při haváriích jaderných zařízení nebo v důsledku teroristického zneužití zdrojů radiace, vede k vážným, často smrtelným následkům. Tyto následky mají svůj základ v poškození životně důležitých orgánů, jakými jsou trávicí trakt nebo kostní dřeň. Léčba vzniklé akutní nemoci z ozáření je zatím nedostatečná a je předmětem zájmu preklinického výzkumu. Pracovní skupina experimentální hematologie, vedená doc. MUDr. Michalem Hoferem, CSc., se touto problematikou dlouhodobě zabývá. V poslední době jsou v popředí zájmu substance aktivující adenosinové receptory a inhibitory syntézy prostaglandinů. Výsledky své práce skupina publikuje ve kvalitních radiobiologických a farmakologických časopisech, např. Radiation Research a European Journal of Pharmacology. Získané nálezy svědčí o výhodnosti podávání látek obou zmíněných typů v kombinaci s granulocytárním kolonie stimulujícím faktorem (G-CSF), který je v současnosti klinicky využíván pro léčbu útlumu kostní dřeně různé etiologie. Kombinovanou aplikací lze dosáhnout významnějších léčebných efektů. Tento terapeutický přístup rovněž umožňuje podávat nižší dávky obou složek kombinace, čímž se snižuje intenzita a incidence nežádoucích vedlejších účinků léčby. V neposlední řadě pak snížení spotřeby velmi drahého rekombinantní technikou připraveného G-CSF může vést k finančním úsporám, které by byly zvlášť významné v případě hromadného ozáření velkého počtu osob.
