1. Ontogeneza transportních funkcí střevního epitelu a jejich regulace
2. Buněčné a molekulární mechanismy epitelální absorpce a sekrece
3. Biochemie a endokrinologie kortikosteroidních hormonů
4. Strukturální a funkční diferenciace tubulárního epitelu a cév v embryonální ledvině

Oddělení se zabývá studiem biologie epiteliálních buněk s důrazem na transportní mechanismy střevního epitelu. Neustále se obnovující střevní epitel představuje atraktivní systém pro studium mechanismů spojených s buněčnou diferenciací. Základní jednotka střevního epitelu – krypta+klk e v zásadě tvořena dvěmapopulacemi buněk - proliferujícími málo diferencovanými buňkami střevních krypt a diferencovanými enterocyty klků tenkého střeva a povrchu tlustého střeva. Díky přítomnosti nediferencovaných proliferujících buněka enterocytů různého stupně maturace nejsou transportní a trávicí funkce epitelu rozloženy podél osy krypta-klk homogenně (tzv. vertikální gradient). Podobná nehomogenita trávicích a transportních funkcí existuje také podél osy duodenum-rektum (tzv. horizontální gradient) Regulace růstu epitelu a jeho transportních a trávicích funkcí je zabezpečována celou řadou mechanismů, které zahrnují humorální, nervové, imunitní a dietetické signály, a které jsou odpovědné za regulaci horizontálního a vertikálního gradientu. V zásadě představují formy regulace střevního epitelu dva odlišné typy - (1) reversibilní regulaci specifického a nespecifického typu a (2) ireversibilní regulaci. Ireversibilní regulace se často uplatňuje při vývojových změnách odrážejícíchzměny funkčních požadavků kladených na střevo, tj. (1) střevo nahrazuje funkci placenty, (2) odstav je spojen s rozsáhlými kvalitativními změnami diety a (3) rostoucí organismus potřebuje více živin a iontů než je potřeba v dospělosti. Z těchto důvodů proto prodělávají mnohé trávicí a transportní funkce výrazné změny během časné postnatální ontogeneze Experimentální práce laboratoře se koncentruje do tří výzkumných okruhů. První okruh představuje studium vývoje absorpčních a sekrečních mechanismů a maturace jejich regulačních systémů. Druhou oblastí zájmu je otázka buněčných a molekulárních mechanismů regulace kortikosteroidních funkcí s důrazem na regulaci ve střevě. Třetí okruh představuje studium interakce mezi strukturální a funkční diferenciací epitelu renálních tubulů kuřecího mesonephros (model funkční embryonální ledviny). Cílem je porozumět na buněčné a molekulární úrovni mechanismům pohybu solutů přes epitel a jeho regulace tak, aby splňoval potřeby organismu za vývoje. Naše studie vedou k závěru, že střevní transport iontů a vody prodělává výrazné změny v údobí kojení a odstavu a že v tomto období vykazuje organismus relativní nedostatek NaCl. Prokázali jsme výrazné rozdíly v transportu sodných a draselných iontů v tračníku, které závisí na stupni vývoje a na prostorové lokalizaci podél střeva. Prokázali jsme, že zvýšená absorpce sodných iontů v nezralém tračníku je důsledkem elektrogenního sodíkového transportu citlivého na amilorid, za který jsou odpovědné epiteliální sodíkové kanály apikální buněčné membrány. Tato zvýšená sodíková absorpce v údobí kojení je doprovázena zvýšenou draslíkovou sekrecí. Během údobí odstavu zcela mizí elektrogenní sodíková absorpce a výrazně klesá draslíková sekrece. Zvýšená transportní aktivita v časné postnatální ontogenezi je doprovázena zvětšením povrchu cytoplazmatické membrány enterocytů. Hlavním signálem regulujícím tyto změny je aldosteron, ale thyroidní hormony mají v tomto procesu výrazný permisivní účinek. Hypothyroidismus blokuje stimulační efekt aldosteronu, zatímco podáváním trijodthyroninu hypothyroidním jedincům dojde k obnově efektu aldosteronu. Cílovou strukturou pro účinek thyroidních hormonů není basolaterální sodíková pumpa ale apikální sodíkové kanály. Role thyroidních hormonů v mineralokortikoidní regulaci střevního epitelu je spojenase zvýšenou plazmatickou hladinoutěchto hormonů v údobí kojení a odstavu. Další analýza zmíněného fenomenu na molekulární úrovniukázala, že permisivní efekt thyroidních hormonů je lokalizován na posttranskripční úrovni regulace sodíkových kanálů. Studium mechanismu zvýšené dralíkové sekrece prokázalo, že draselné ionty vstupují do enterocytů přes bazolaterální membránu pomocí přenašeče Na⁺/Cl^-/K⁺ blokovatelného furosemidem a buňku opouštějí přes apikální membránu draslíkovým kanálem inhibovatelným barnatými ionty. Studium účinků kortikosteroidních hormonů ve vyvíjejícím se střevě prokázalo, že tyto účinky korelují se změnami enzymu dehydrogenázy 11-hydroxysteroidů (11 HSD). Tento enzym metabolizuje glukokortikoidy na jejich biologicky neaktivní deriváty a tím zabraňuje navázání glukokortikoidů na mineralokortikoidní receptory. Zatímco aktivita 11 HSD v ileu je nízká během údobí kojení a několikanásobně stoupá během odstavu, je aktivita 11 HSD v tračníku vysoká již od narození. Tento rozdílný vývojový vzorec 11 HSD podporuje na jedné straně mineralokortikoidní specificitu cílové tkáně tračníku již od narození a na druhé straně usnadňuje maturační efekty glukokortikoidů v tenkém střevě v údobí časné postnatální ontogenezi. Detailním studiem prereceptorové modulace kortikosteroidních signálů ve střevě jsme prokázali nejen výrazné vývojové změny 11HSD, ale také změny za patologických stavů jako je hypertenze. V některých případech se jako další mechanismus prereceptorové modulace glukokortikoidů může uplatňovat enzym dehydrogenáza 20-hydroxysteroidů.Embryonální studie, které charakterizovaly účinek některých chemikálií včetně xenobiotik na růst nefronu, jeho maturaci a indukci anomálií morfologie tubulu prokázaly, že cystická dilatace tubulu je doprovázena změnami v strukturálních proteinech a defekty v enzymové výbavě dilatovaných tubulů Hlavním cílem laboratoře v současné době je studium vývojových změn doprovázejících vznik a udržování gradientu transportních funkcí podél osy krypta-klk v nezralém střevě. Pomocí elektrofyziologických (terčíkový zámek, epiteliální napěťový zámek), fluorescenčních (pH a Ca⁺⁺ indikátory) a histochemických technik jsme schopni monitorovat distribuci transportních proteinů podél osy krypta-klk a studovat jejich regulaci. Pro studium regulace transportních proteinů na transkripční úrovni používáme metodu RT-PCR.  Práce laboratoře je podporována granty Grantové Agentury ČR, Akademie věd ČR, Ministerstva zdravotnictví a Univerzity Karlovy. 

Publikace