Témy doktorandského štúdia

Témy doktorandského štúdia vypísané na Katedre biofyziky a v Centre interdisciplinárnych biovied na akademický rok 2019/2020:

.....................................................................................................................................................................................

1. Sledovanie mechanizmu bunkových odpovedí na oxidatívny stres: časovo-rozlíšené zobrazovanie bunky

Školiteľ: RNDr. Veronika Huntošová, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Hlavným cieľom dizertačnej práce je použitie časovo-rozlíšenej fluorescenčnej mikroskopie pri monitorovaní odpovedí bunky na oxidatívny stres. Keďže klasická mikroskopia je intenzitne závislá, viaceré javy odohrávajúce sa na úrovni interakcií molekula-molekula, molekula- biomolekula a molekula bunková štruktúra, je nutné skúmať pomocou merania dôb života fluorescenčných, či fosforescenčných farbičiek (FLIM/PLIM). Takto budeme vedieť nielen to kde sa daná molekula nachádza, ale aj v akom prostredí. FLIM/PLIM bude použitý najmä na sledovanie dôležitých agentov signálnych dráh, ktoré budú ofarbené imuno-fluorescenčne. Na základe zmien vo FLIM/PLIM bude vyhodnotený vplyv daných agentov na prežívanie buniek.

.....................................................................................................................................................................................

2. Sledovanie rezistencie buniek a apoptózy v 3D sféroidoch: prepojenie funkcie proteín kinázy C a ABC transportérov

Školiteľ: RNDr. Veronika Huntošová, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Hlavným cieľom dizertačnej práce je sledovať prepojenie proteín kinázy C a ABC transporterov v procese apoptózy a všeobecne odpovede buniek na stimuláciu pomocou rôznych liečiv. Preferenčne sa bude dávať dôraz na nádorové ochorenia. Keďže nádory sú sférické útvary, štúdium bude prevedené na 3D sféroidoch a výsledky ako aj mechanizmus bude porovnávaný s výsledkami získanými z monovrstiev daných typov bunkových línií. Proteín kináza C (PKC) je zodpovedná za fosforyláciu a následne funkciu viacerých enzýmov, ktoré sú aktívne v signálnych dráhach apoptózy. Vzhľadom na častú rezistenciu nádorov na liečbu je preto zaujímavé skúmať mechanizmus pôsobenia PKC na proteíny zodpovedné za „multi-drug“ rezistenciu. Takými sú napríklad aj ABC transportéry. Mechanizmus sa bude zisťovať použitím dostupných techník prístupných v Centre Interdisciplinárnych biovied a na Katedre biofyziky: steady state a časovo-rozlíšená mikroskopia, spektroskopia, western blot, rôzne izolačné techniky pre stanovovanie expresie jednotlivých proteínov priamo v bunke.

.....................................................................................................................................................................................

3. Chemická štruktúra ferylových intermediátov v respiračných oxidázach

Školiteľ: RNDr. Marian Fabian, CSc. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista: doc. Mgr. Daniel Jancura, PhD. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: V aeróbnych organizmoch sú mitochondrie hlavným zdrojom metabolickej energie. Mitochondriálny dýchací reťazec uskutočňuje premenu energie na biologicky využiteľnú formu. Cytochróm oxidáza (CcO), terminálny komponent tohto reťazca, je integrálny membránový proteín, ktorý katalyzuje redukciu kyslíka na vodu. Táto reakcia je spriahnutá s pumpovaním protónov cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Dva ferylové intermediáty katalytického cyklu CcO, P (peroxy) a F (feryl), sú kľúčové v protónovom pumpovaní. Napriek ich dôležitej úlohe v prenose protónov nie je doposiaľ určená chemická podstata katalytického centra oboch intermediátov. Cieľom práce je poznanie stavu katalytického centra oboch intermediátov P a F a chemickej podstaty ich vzájomnej premeny. Na dosiahnutie tohto cieľa plánujeme využitie biochemických a fyzikálnych metód (UV-Vis absorpčná spektroskopia, izotermálna titračná kalorimetria, meranie magnetickej susceptibility). Štúdie budú prevedené na CcO izolovanej z mitochondrií hovädzieho srdca.

.....................................................................................................................................................................................

4. Vývoj a charakterizácia lipoproteínových nanočastíc pre cielený transport liečiv do nádorových tkanív

Školiteľ: doc. Mgr. Daniel Jancura, PhD. – KBF PF UPJŠ
Školiteľ špecialista: RNDr. Veronika Huntošová, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Ukazuje sa, že nízkohustotné lipoproteíny (LDL) a vysokohustotné lipoproteíny (HDL), ktoré sú prirodzenou súčasťou biologických organizmov, sú vhdnými prostriedkami pre transport liečiv do nádorových tkanív. Kapacita obidoch typov lipoproteínov viazať hydrofóbne liečivá a ich funkčnosť pre transport liečiv bola preukázaná v mnohých štúdiách. Na druhej strane, ťažkosti spojené s izoláciou týchto molekúl z biologických organizmov, ako aj istá variabilta zloženia a veľkost týchto častíc komplikujú praktické využitie LDL a HDL v medicínskej praxi. Syntetické LDL a HDL a veľké unilamelárne vezikuly (LUV) predstavujú potenciálnu náhradu natívnych lipoproteínov v transporte liečiv. Hlavným cieľom tejto práce je vývoj a charakterizácia viacerých typov syntetických lipidových nanočastíc a veľkých unilamelárnych vezikúl s rôznym obsahom cholesterolu. V rámci práce bude realizovaná komplexná charakterizácia fyzikálno-chemických vlastností týchto systémov: chemické zloženie, veľkosť, zeta potenciál, stabilita. Zároveň budú študované mechanizmy interakcie týchto lipoproteínových molekúl s hydrofóbnymi a amfifilnými molekulami s potenciálnym využitím pri terapii nádorových ochorení. Zisťovaný bude aj záchyt komplexov lipoproteín/liečivo bunkami viacerých bunkových línií.

.....................................................................................................................................................................................

5. Molekulový mechanizmus koloidálnej stability imunoglobulínov

Školiteľ: RNDr. Gabriel Žoldák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista: doc. RNDr. Erik Sedlák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Stabilita imunoglobulínov G (IgG) je jednou z kľúčových vlastností ovplyvňujúcich úspešnú klinickú aplikáciu imunoterapeutík. Získanie korektných parametrov popisujúcich stabilitu a agregáciu IgG je ambicióznou úlohou hlavne v dôsledku zložitosti viac-doménovej štruktúry IgG. Táto dizertačná práca bude zameraná na exogénne (napr. pH, ionová sila, osmolyty) a endogénne (napr. glykozylácia, mutácie, fragmentácia) faktory, ktoré ovplyvňujú kinetickú a koloidálnu stabilitu IgG. Metódy vyvinuté našou skupinou nám umožnia pochopiť molekulovú podstatu spomínaných faktorov. Získané experimentálne dáta nám taktiež umožnia získať unikátny set parametrov kinetickej stability, ktorý budeme môcť implementovať do koncepčného vývoja prediktívnych metód a postupov zameraných na určenie koloidálnej stability IgG.

.....................................................................................................................................................................................

6. Využitie ribozómového displeja pri vývoji enzýmov

Školiteľ: doc. RNDr. Erik Sedlák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista: RNDr. Gabriel Žoldák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Techniky proteínovej evolúcie ponúkajú účinný nástroj v modulácii vlastností proteínov a enzýmov akými sú napríklad stabilita, rozpustnosť, afinita a špecificita viazania k vybranému ligandu a katalytická aktivita. Zlepšenie katalytickej aktivity enzýmov patrí ku komplexným problémom, ktoré sú prakticky neriešiteľné prístupom racionálneho dizajnu. V tejto práci preto na „zlepšenie“ vybraného enzýmu z rodiny dehalogenáz využijeme techniku ribozómového displeja, ktorú sme v súčasnosti etablovali v laboratóriách Centra interdisciplinárnych biovied.

.....................................................................................................................................................................................

7. Transport liečiv v biologických systémoch

Školiteľ: doc. Mgr. Gregor Bánó, PhD. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Z hľadiska optimalizácie medikamentóznych liečebných postupov je nevyhnutné poznať farmakokinetické vlastnosti používaných liečiv. Časový priebeh rozloženia koncentrácie účinných látok v organizme je v značnej miere ovplyvnený transportom molekúl v krvnom riečišti, v tkanive resp. v samotných bunkách, pričom významnú úlohu zohráva prechod látok cez biologické membrány. Transport látok cez membrány je možné sledovať pomocou modelových systémov (ku ktorým patria vezikuly alebo rôzne umelé lipidové dvojvrtsvy) alebo priamo na živých bunkových kultúrach. Predmetom práce je experimentálne štúdium transportu liečiv v roztokoch a membránach využitím modulárnej mikro-Ramanovej aparatúry v kombinácii s optickou pinzetou. Projekt zahŕňa vývoj nových experimentálnych techník na sledovanie dynamiky pohybu liečiv v biologických systémoch.

.....................................................................................................................................................................................

8. Vplyv fotobiomodulácie na poškodené nervové bunky

Školiteľ: doc. RNDr. Katarína Štroffeková, CSc. – KBF PF UPJŠ
Školiteľ špecialista: doc. Mgr. Gregor Bánó, PhD. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Spoločným menovateľom civilizačných ochorení včítane kardiovaskulárnych a neurodegeneratívnych je zvýšený oxidatívny stres a mitochondriálna dysfunkcia, ktoré sú spojené s dysfunkciou alebo apoptózou buniek. Traumatické poškodenie mozgu a miechy tiež prispieva k dysfunkcii mitochondrií a zvýšenej produkcii ROS a Ca2+. Fotobiomodulácia (PBM) v blízkej infračervenej oblasti (NiR), má potenciál plniť ochrannú aj regeneračnú funkciu pre bunky. Cieľom štúdia bude skúmanie efektov PBM a ich optimalizácia na molekulárnej a bunkovej úrovni poškodených nervových buniek. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím merania metabolických tokov v bunkách, fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.

.....................................................................................................................................................................................

9. Hypericín ako potenciálny BH3 senzitizér a jeho úloha pri apoptóze a autofágii

Školiteľ: doc. RNDr. Katarína Štroffeková, CSc. – KBF PF UPJŠ
Školiteľ špecialista: RNDr. Gabriela Fabriciová, PhD. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Proteíny rodiny Bcl2 hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii apoptózy. Zložitá sieť proteín-proteínových interakcií medzi multi BH doménovými anti- a pro-apoptotickými Bcl2 proteínmi a „BH3-only“ proteínmi kontroluje procesy prežívania a smrti buniek prostredníctvom regulácie mitochondrií. „BH3-only“ proteíny majú úlohu buď priameho aktivátora alebo senzitizéra apoptózy. Dôležitosť interakcie medzi anti-apoptotickými Bcl2 proteínmi a BH3 doménami buď pro-apoptotických Bax a Bak, alebo „BH3-only“ proteínov spôsobila, že táto je zaujímavým cieľom pre vývoj nových antirakovinových terapií. V súčasnosti je skúmaných viac ako 20 malých molekúl, inhibítorov anti-apoptotických Bcl2 proteínov, označených ako BH3 mimetiká. My sme ukázali, že Hypericín (Hyp) má tiež potenciál byť BH3 mimetikum. Cieľom štúdia bude skúmať interakcie Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi v signálnzch dráhach apoptózy a autofágie. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.

.....................................................................................................................................................................................

10. Nové prístupy k rekonštrukcii 2.5 a 3D dát zo single-shot zobrazovacích experimentov X-ray s využitím apriórnej informácie

Školiteľ: doc. RNDr. Jozef Uličný, CSc. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Zobrazovanie štrukturálnej dynamiky krátkymi intenzívnymi pulzmi X-ray fotónov je technika vyvíjaná pre biomedicínske aj technologické aplikácie. Pri ožiarení vzorky zábleskom v trvaní desiatok femtosekúnd dôjde k úplnej deštrukci vzorky, takže na rekonštrukciu objektov je k dispozícii iba niekoľko simultánnych projekcií. Rekonštrukcia 2.5D či dokonca 3D informácie z takto podurčeného systému je možná iba zo systémov s vopred známymi štrukturálnymi obmedzeniami. Úlohou PhD práce bude pripraviť 3D modely fibrilárnych štruktúr so známou sekvenciou a navrhnúť umiestnenie sekvenčne špecifických fiduciálnych značiek pre zobrazovací experiment na European XFEL. Následne potom vytvoriť postupy na rekonštrukciu štrukturálnej informácie so vzrastajúcou mierou realistickosti experimentu. Práca predpokladá aktívnu účasť na zobrazovacích experimentoch s použitím zdrojov koherentného X-ray žiarenia tretej a štvrtej generácie v medzinárodnej spolupráci s výskumníkmi z FzÚ Českej akadémie vied, Univerzity Lund, European XFEL a CFEL – Centra pre vedu založenú na voľných elektrónoch.

.....................................................................................................................................................................................

11. Tvorba a inhibícia formovania proteínových amyloidných štruktúr – vplyv na amyloidné ochorenia

Školiteľ: doc. RNDr. Zuzana Gažová, CSc. – ÚEF SAV
Školiteľ špecialista: RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD. – ÚEF SAV

Anotácia: Amyloidózy predstavujú významnú skupinu ochorení, ktoré sú spojené s tvorbou rôznych proteínových amyloidných štruktúr lokalizovaných v ľudskom tele. Premena natívnych proteínových molekúl na supramolekulárne amyloidné agregáty a ich akumulácia v rôznych tkanivách sú hlavnými patologickými znakmi Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby ako aj diabetes mellitus. Hlavnými cieľmi PhD práce bude identifikovať faktory spôsobujúce štruktúrne a funkčné zmeny proteínov, ktoré vedú k tvorbe amyloidov. Okrem toho sa projekt zameriava na hľadanie možností redukcie amyloidných agregátov s cieľom nájsť účinnú terapiu týchto ochorení. Využívať sa budú rôzne fyzikálno-chemické metódy, hlavne spektroskopické a kalorimetrické techniky, atómová silová mikroskopia ako aj rôzne testy na sledovanie cytotoxicity.

.....................................................................................................................................................................................

12. Štúdium úlohy hydrofóbnych interakcií vo funkčnej a štrukturálnej integrite supramolekulárnych komplexov proteínov

Školiteľ: RNDr. Ing. Katarína Šipošová, PhD. – ÚEF SAV
Školiteľ špecialista: MUDr. Andrej Musatov, DrSc. – ÚEF SAV

Anotácia: Hlavným cieľom tejto práce je porozumenie mechanizmu agregácie peptidov a proteínov prostredníctvom detailného štúdia úlohy hydrofóbnych interakcií v procesoch tvorby amyloidných štruktúr, ktoré sú spájané s ochoreniami. Špecifické ciele sú: i) preskúmať molekulárne/kinetické mechanizmy zapojené do tvorby rôznych amyloidných štruktúr; a ii) študovať účinnosť prírodných a/alebo syntetizovaných hydrofóbnych chemických zlúčenín ovplyvniť procesy tvorby amyloidných agregátov. Tým bude možné objasniť spôsoby, akými je možné predchádzať tvorbe a/alebo odstrániť agregáty súčasne aj s pochopením ich neurotoxicity.

.....................................................................................................................................................................................

13. Regulácia ryanodínového receptora z mozgu potkana vo fyziologických a patofyziologických podmienkach

Školiteľ: Mgr. Marta Gaburjáková, PhD. – ÚMFG SAV
Školiteľ špecialista: Mgr. Jana Gaburjáková, PhD. – ÚMFG SAV

Anotácia: Ca2+ signalizácia v nervových bunkách zohráva dôležitú úlohu v procesoch učenia a zapamätávania. Dysregulácia tejto signalizačnej dráhy bola spojená so vznikom neurodegeneratívnych ochorení (napr. Alzheimerová choroba). Ryanodínový receptor (RYR) je vnútrobunkový Ca2+ kanál, ktorý patrí k najdôležitejším komponentom Ca2+ signalizácie vo svalových bunkách. Jeho úloha v neuronálnych bunkách zatiaľ nebola detailne preskúmaná a charakterizovaná. Cieľom PhD. práce je pochopiť molekulárne mechanizmy regulácie RYR kanála z mozgu potkana vo fyziologických a patofyziologických podmienkach. Hlavným experimentálnym prístupom bude metóda rekonštitúcie iónového kanála v planárnej lipidovej membráne v kombinácií s biochemickými a bioinformatickými metódami.

.....................................................................................................................................................................................

14. Vzťahy medzi štruktúrou a funkciou diadických komplexov srdcových myocytov počas systoly a diastoly

Školiteľ: Ing. Alexandra Zahradníková, DrSc. – ÚMFG SAV
Školiteľ špecialista: RNDr. Ivan Zahradník, CSc. – ÚMFG SAV

Anotácia: Spriahnutie excitácie s kontrakciou srdcovej svalovej bunky prebieha v špecializovaných štruktúrach – diádach, v ktorých sa nachádzajú v tesnej blízkosti napäťovo závislé vápnikové kanály povrchovej membrány a ryanodínové receptory membrány sarkoplazmatického retikula. Štruktúra diády je variabilná v rámci jednej bunky, a mení sa v závislosti od živočíšneho druhu, stupňa jeho ontogenetického vývoja a zdravotného stavu. Cieľom práce je sledovať vplyv štruktúry diády a vlastností jej iónových kanálov na funkciu myocytu, t.j. na spriahnutie excitácie s kontrakciou počas systoly a na tvorbu vápnikových vĺn počas diastoly metódami matematického modelovania.

.....................................................................................................................................................................................

15. Elektrické vlastnosti sarkolemy kardiomyocytov vo vzťahu k väzbe excitácie s kontrakciou

Školiteľ: RNDr. Alexandra Zahradníková ml., PhD. – Biomedicínske centrum SAV
Školiteľ špecialista: RNDr. Ivan Zahradník, CSc. – ÚMFG SAV

Anotácia: Sarkolema plní významnú funkciu v excitabilite srdcových myocytov. Pri zmene elektrického potenciálu sprostredkuje vtok iónov vápnika do bunky, čím spúšťa procesy vedúce ku kontrakcii. Počas vývoja srdca, ale aj pri zmene fyziologickej záťaže, prípadne v patologických stavoch, dochádza k adaptácii myokardu. V týchto procesoch sa sarkolema dynamicky mení, prispôsobuje svoje elektrické vlastnosti a štruktúru tak, aby zodpovedali meniacej sa funkcii myocytov. Elektrické vlastnosti sarkolemy sú určované veľkosťou jej povrchu a relatívneho zastúpenia membránových lipidov, proteínov, transportérov a iónových kanálov. Cieľom práce je štúdium membránových mechanizmov zmien pasívnych a aktívnych elektrických vlastností sarkolemy izolovaných srdcových myocytov pomocou metód bunkovej elektrofyziológie a laserovej fluorescenčnej konfokálnej mikroskopie.

.....................................................................................................................................................................................