Schéma cholinergní synapse.
1. Neurochemie
Tento tématický okruh zahrnuje studium fyziologie, biochemie a farmakologie cholinergních neuronů na molekulární úrovni, a molekulární farmakologii dalších GPCR. Ke studiu využíváme především buněčných linií, ale i zvířecích modelů. Zabýváme se hlavně výzkumem v těchto oblastech:
- biochemická fyziologie a farmakologie cholinergních neuronů
- vývoj a diferenciace cholinergních neuronů
- syntéza, skladování a uvolňování acetylcholinu
- regulace uvolňování acetylcholinu presynaptickými receptory
- cholinergní mechanismy v patogenezi Alzheimerovy nemoci
- vliv beta-amyloidu na metabolismus acetylcholinu a přenos signálu muskarinovými receptory
- molekulární farmakologie muskarinových receptorů
- alosterická modulace aktivace receptorů
- interakce receptorů s G-proteiny
- modelování přenosu signálu do buňky.
2. Biochemie membránových receptorů
Tento tématický okruh zahrnuje studium buněčných a molekulárních mechanismů desenzitizace. Tento proces se podílí na regulaci intenzity účinku vyvolaném vazbou hormonů na receptory spřažené s G proteiny (GPCR). Receptory spřažené s G proteiny jsou integrálními bílkovinami plazmatické membrány, které zprostředkují přenos extracelulárních signálů do nitra buňky. GPCR hrají klíčovou roli v regulaci řady fyziologických procesů a funkcí. Význam GPCR rovněž dokládá skutečnost, že tyto bílkoviny jsou místem působení téměř poloviny celosvětově předepisovaných léků. Hlavní směry našeho výzkumu jsou:
- úloha buněčné membrány a membránové domény
- opioidní receptory a drogová závislost
- vliv monovalentních iontů na delta-opioidní receptory - analýza účinku lithia v živých buňkách a izolovaných buněčných membránách.
Prezentace, přednášky a práce studentů Publikace 2015 - 2021
Aktuální projekty
Ektopičtí agonisté představují novou skupinu látek, které se vážou mimo klasické vazebné místo a vykazují jedinečnou funkční podtypovou selektivitu, jejíž mechanismus není znám. Provádíme podrobnou analýzu aktivace receptorů vyvolanou ektopickými a klasickými agonisty s cílem odhalit molekulární mechanismy, které jsou odpovědné za funkční selektivitu.
Více
"Biased" agonista je ligand, který stabilizuje pro sebe specifickou aktivní konformaci receptoru, čímž aktivuje některé signální dráhy, ale jiné ne. Biased agonisté mohou představovat nový typ farmakoterapeutika s s potlačenými vedlejšími účinky.
Více
Cílem projektu je za využití myšího modelu s delecí podjednotky β2 nikotinového receptoru pro acetylcholin v GABAergních interneuronech ve striatu zjistit, jak narušení cholinergní aktivace GABAergních interneuronů ve striatu mění signalizaci a striatem řízené chování.
Více
Bylo zjištěno, že cholesterol ko-krystalizuje s řadou GPCR. Naše současné experimenty ukazují, že membránový cholesterol se specificky váže na muskarinový receptor a zpomaluje jeho aktivaci.
Více
Užívání drog a léčiv na bázi opioidů je dlouhodobý celospolečenský problém. Drogová závislost postihuje lidstvo po staletí. Opium patří mezi nejstarší známé drogy a je používáno pro své léčebné a euforické účinky po tisíce let. Opakované vystavení lidského organismu působení opioidů vede ve výsledku ke stavu závislosti na těchto látkách. Při vzniku drogové závislosti hrají rozhodující úlohu změny v centrální nervové soustavě (CNS) vyvolané dlouhodobým podáváním opioidů jako jsou například morfin, kodein, heroin a podobně.
Více
Zobrazit více
Úspěchy
Proper determination of agonist efficacy is indispensable in the evaluation of agonist selectivity and bias to activation of specific signalling pathways. The operational model of pharmacological agonism is a useful means for achieving this goal.
Více
Vyvinuli jsme nové agonisty muskarinových receptorů, jako frmakofor pro vývoj nových analgetik nezpůsobujících návyk jako opiáty, nebo oslabení imunity jako steroidní analgetika. Tato muskarinová analgetika by nezpůsobovala vedlejší účinky jako je inkontinence, nadměrné slinění a pocení a další.
Více
Structurally diverse agonists for a given receptor induce receptor conformations specific to each structural family. These agonist-specific conformations can lead to non-uniform modulation of signalling pathways. This preferential orientation of signalling of a given receptor towards a subset of its signal transducers is termed signalling bias. This property may be employed to develop drugs that selectively produce desired effects while avoiding side effects associated with activation of unwanted signalling pathways. We modelled conformations of the M2 receptor specific to individual agonists, including the newly developed Gi-biased agonists.
Více
Proper determination of agonist efficacy is essential in the assessment of agonist selectivity and signalling bias. Agonist efficacy is a relative term that is dependent on the system in which it is measured, especially being dependent on receptor expression level. In this work, we analyse limits and pitfalls of fitting OM to experimental data.
Více
Our new publication in journal Neuropharmacology in which we demonstrate that membrane cholesterol plays an important and subtype-specific role in activation of muscarinic acetylcholine receptors. To our knowledge, this is the first demonstration of pharmacological selectivity due to differences in receptor-membrane interactions at any GPCR. The possibility to achieve pharmacological selectivity based on receptor-membrane interactions changes our view on the molecular basis of pharmacological selectivity and opens new ways for the development of a novel pharmaceutics.
Více
Zobrazit více
Publikace
Jakubík; Jan - El-Fakahany; E. E.
Allosteric Modulation of GPCRs of Class A by Cholesterol
.
International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(4)); 1953
.
IF = 4.556
[ASEP]
[
doi
]
Brejchová; Jana - Holáň; Vladimír - Svoboda; Petr
.
Expression of Opioid Receptors in Cells of the Immune System
.
International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(1)); 315
.
IF = 4.556
[ASEP]
[
doi
]
Randáková; Alena - Nelic; Dominik - Ungerová; Dana - Nwokoye; P. - Su; Q. - Doležal; Vladimír - El-Fakahany; E. E. - Boulos; J. - Jakubík; Jan
.
Novel M-2-selective; G(i)-biased agonists of muscarinic acetylcholine receptors
.
British Journal of Pharmacology. 2020; 177(9); 2073-2089
.
IF = 7.730
[ASEP]
[
doi
]
Randáková; Alena - Nelic; Dominik - Doležal; Vladimír - El-Fakahany; E. E. - Boulos; J. - Jakubík; Jan
.
Agonist-Specific Conformations of the M-2 Muscarinic Acetylcholine Receptor Assessed by Molecular Dynamics
.
Journal of Chemical Information and Modeling. 2020; 60(4); 2325-2338
.
IF = 4.549
[ASEP]
[
doi
]
Jakubík; Jan - Randáková; Alena - Chetverikov; Nikolai - El-Fakahany; E. E. - Doležal; Vladimír
.
The operational model of allosteric modulation of pharmacological agonism
.
Scientific Reports. 2020; 10(1)); 14421
.
IF = 3.998
[ASEP]
[
doi
]
Zobrazit více
2D elektroforetická mapa proteinů plazmatických membrán z frontální mozkové kůry potkanů
Vliv deplece cholesterolu na distribuci receptoru pro thyreoliberin (TRH) a morfologii buněk HEK293 stabilně exprimujících fúzní protein TRH-R-eGFP (linie VTGP)
NPY+ interneurony (zeleně) v myším striatu injikovaném AAV5-mCherry (červeně)
Neurony v myším gyru dentatu exprimujici GFP (zeleně).
Oddělení neurochemie, červenec 2019
Oddělení neurochemie
Oddělení neurochemie
Oddělení neurochemie, červenec 2016
Model postsynaptické cholinergní membrány. βA fibrila, ACh - acetylcholin, APP - amyloidní prekurzor, Go G-protein, Kir draslíkový kanál, M2 mukarinový receptor
Acetylcholin (ACh) je v cytoplazmě synaptického zakončení nervu syntetizován cholinacetyltransferázou (ChAT) z cholinu a acetylkoenzymu A (AcCoA). ACh je pomocí váčkového přenašeče pro acetylcholin (VAChT) transportován do váčků, kde je uskladňován až do doby jeho uvolnění. Po příchodu signálu ve formě akčního potenciálu do synaptického zakončení váčky splynou s buněčnou membránou a ACh je tak uvolněn do synaptické štěrbiny. Na post synaptické membráně ACh buď otevírá neselektivní kanály pro kationty – tzv. nikotinové receptory (NAChR) – nebo aktivuje s G proteiny spřažené muskarinové receptory (MAChR). ACh může regulovat své uvolňování prostřednictvím presynaptických MAChR. Účinek ACh je ukončem acetylcholinesterázou, která ACh rozštěpí na cholin a acetát. Cholin je vychytáván zpět do synaptického zakončení cholinovým transportérem (ChT).
