E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Laboratoř regulace genové exprese

Vedoucí: Doc. RNDr. Petr Folk, CSc., Doc. RNDr. František Půta, CSc.

Úvod
Spřažení transkripce a sestřihu v regulaci genové exprese
Modelové organismy
Bakalářské práce
Magisterské projekty
PhD projekty
Náš tým

Vybrané publikace

Úvod

Skupina se zabývá regulací genové exprese na modelech nižších eukaryot – kvasinek Saccharomyces cerevisiae a Schizosaccharomyces pombe. Zajímá nás, jaký je vztah mezi transkripcí genu a sestřihem vznikající pre-mRNA, mezi transkripcí a buněčným cyklem, nebo jaké procesy či faktory mohou zprostředkovat spřaženou regulaci větších skupin genů. Řada sestřihových faktorů byla nalezena jako součást komplexů, které se účastní souvisejících fází genové exprese. Zdá se, že funkcí těchto faktorů je zprostředkovat vstupy z ostatních částí regulačního systému buňky a umožnit jejich integraci. Mezi sestřihové faktory, které jsou zároveň i transkripčními koregulátory, patří protein Prp45/SNW1. Celogenomové analýzy nám umožnily identifikovat skupiny genů, jejichž transkripce či sestřih jsou ovlivněny manipulací s genem PRP45. Na těchto genech nyní studujeme vztahy mezi stavem/ modifikacemi chromatinu, účinností sestřihu/ přítomností intronů a transkripcí.

Obr. 1 Nesprávný sestřih může být u počátku vzniku nádorové linie.

(převzato z Pajares et al Lancet Oncol 8:349-57, 2007)

Kontaktní informace:

 

Vedoucí skupiny:

Folk Petr (Doc.RNDr.,CSc.) - proděkan, vedoucí skupiny
Kontaktní údaje: V7/140b; +420 22195 1765; folk@natur.cuni.cz

Půta František (Doc.RNDr.,CSc.) - vedoucí katedry
Kontaktní údaje:V7/P44, +420 22195 1777; puta@natur.cuni.cz

 

Postdoci:

Abrhámová Kateřina (Mgr., Ph.D.) (projekty S. cerevisiae)
Kontaktní údaje: V5/S06; +420 22195 1785; katerina.abrhamova@natur.cuni.cz

 

Doktorandi:

Hálová Martina (Mgr.)
Kontaktní údaje: V5/S06; +420 22195 1785; HalovaMartina@seznam.cz
Rok zahájení: 2011/12; Školitel: Doc. RNDr. Petr Folk, CSc.

Valentová Anna (RNDr.) – na mateřské dovolené
Rok zahájení: 2008/09; Školitel: Doc. RNDr. František Půta, CSc.

 

Magisterští studenti:

Holická Eliška (Bc.)

Kontaktní údaje: +420 22195 1785; eliska.holicka@natur.cuni.cz
Rok zahájení: 2012/13, Školitel: doc. RNDr.  Petr Folk, CSc.

Oplová Michaela (Bc.)

Kontaktní údaje:V5/S06; +420 22195 1785; michaela.oplova@email.cz
Rok zahájení: 2013/14; Školitel: doc. RNADr. František Půta, CSc

 

Technici:

Krellerová Eva
Kontaktní údaje: V5/S06; +420 22195 1784; eva.krellerova@natur.cuni.cz

 

Laboratoř: Viničná 5, 1. suterén vpravo, č. dv. S08; tel. 22195 1785

Spřažení transkripce a sestřihu v regulaci genové exprese

Podstatná část komplexity informačních molekul (nejen) obratlovců vzniká při transkripci, úpravách pre-mRNA a translaci. Samotný sestřih je sledem dvou "jednoduchých" reakcí. Kde a kdy k němu dochází, to je ale určováno složitou souhrou signálů, působících na sestřihové komplexy v jádře buňky. Řada sestřihových faktorů byla nalezena jako součást komplexů, které se účastní souvisejících fází genové exprese. Zdá se, že funkcí těchto faktorů je zprostředkovat vstupy z ostatních částí regulačního systému buňky a umožnit jejich integraci. Mezi sestřihové faktory, které jsou zároveň i transkripčními koregulátory, patří protein Prp45/ SNW1. V naší laboratoři jsme vytvořili a charakterizovali alelu prp45(1-169), která výrazně prohlubuje defekt v sestřihu intronů se suboptimálními sekvencemi sestřihových míst. Naše publikované výsledky ukazují na to, že se Prp45 účastní vyvazování a regulace helikázy Prp22 ve spliceosomu. Prp22 se podílí na výběru 3'-sestřihového místa a na uvolňování produktů sestřihu ze spliceosomu. Tyto a další nálezy podporují model, ve kterém Prp45 ovlivňuje sestřih na základě kontextu, tedy podle substrátu, parametrů transkripce, či stavu chromatinu.

Spřažení transkripce a sestřihu – Prp45 a role chromatinu

Celogenomové analýzy prováděné na mikročipech nám umožnily identifikovat skupiny genů, jejichž transkripce či sestřih jsou ovlivněny manipulací s genem PRP45. V naší laboratoři již byly některé charakterizovány – patří sem například skupina genů fosfátového metabolismu, geny pro utilizaci galaktózy či geny řídící vstup do meiózy. Na těchto genech nyní studujeme vztahy mezi stavem/ modifikacemi chromatinu, účinností sestřihu/ přítomností intronů a transkripcí.

Role intronových struktur v regulaci exprese genů

Většina intronů se v S. cerevisiae vyskytuje v genech kódujících ribosomální proteiny; je to mj. proto, že tyto geny jsou silně transkribovány. Geny pro ribosomální proteiny jsou navíc v tomto organismu přítomny ve dvojicích – a to jako pozůstatek genomové duplikace, která u předchůdce skupiny Saccharomycotina proběhla. Zjistili jsme, že v rámci některých dvojic se geny liší sekundárními strukturami svých intronů; regulace těchto genů je přitom velmi zajímavá. Naším cílem je proto studium role intronů v regulaci exprese této důležité skupiny genů.

Obr.2 Příklady modelů sekundárních struktur, vznikajících v rámci atypických intronů v S. cerevisiae.

Modelové organismy

Kvasinky Saccharomyces cerevisiae i Schizosaccharomyces pombe jsou vzdáleně příbuzné jednobuněčné eukaryotické organismy široce využívané při výzkumech v oblasti buněčné a molekulární biologie. Podobnost řady biologických procesů s buňkami vyšších eukaryot spolu s plně osekvenovaným a dobře anotovaným genomem, dostupností široké škály genetických, genově inženýrských a dnes také genomických nástrojů a technik činí z těchto modelových organismů neocenitelné pomocníky v poznávání řady fundamentálních aspektů života (např. buněčný cyklus, struktura a funkce chromatinu, regulace transkripce).

Obr.4 Jádro má v buňce S. pombe přesně definovanou pozici; modrá (DAPI) = jádro, zelená (GFP) = jaderný pór.

 

Bakalářské práce

Témata bakalářských prací zahrnují problematiku regulace genové exprese ve vztahu k problematice řešené v laboratoři a jsou vybírána na základě zájmu studenta. Příklady:

  • Kontrolní mechanismy elongace transkripce
  • Faktory určující pozice nukleosomů
  • Regulační význam antisense transkripce
  • Cyklofiliny jako regulátory genové exprese
  • RNA aptamery
  • Sekundární struktury pre-mRNA a jejich regulační význam
  • Role SAGA komplexů ve spřažení transkripce a sestřihu
  • Modifikace C-koncové domény RNAPolII při transkripci v S. cerevisiae
  • Introny obsahující snoRNA

V průběhu bakalářského studia se studenti aktivně podílejí na aktuálních projektech v laboratoři a mají možnost připravit se na práci na diplomce.

 

Magisterské projekty

Co se naučíte.

V laboratoři se používá široké spektrum metod z oblasti molekulární biologie, buněčné biologie a biochemie a bioinformatiky – od práce s buněčnými kulturami a fluorescenční mikroskopie až po genově inženýrské techniky a analýzy proteinů:

  • "Knocking out" a "knocking in" - inaktivace genů homologní rekombinací, mezidruhová komplementace, supresorová analýza - mapovaní vztahů mezi signálními proteiny.
  • Mapování proteinových interakcí na molekulární úrovni prostřednictvím genetických technik - dvouhybridní systémy pro hledání partnerů in vivo a cílená mutageneze.
  • Analýzy vazby transkripčních faktorů a jejich komplexů na DNA in vitro (EMSA) a in vivo (reportérové systémy).
  • Studium posttranslačních modifikací proteinů ve vztahu k fungování transkripce a sestřihu – genetické analýzy, chromatinová imunoprecipitace, kvantitativní RT-PCR, analýzy RNA in vitro.

Konkrétní témata jsou typicky součástí širších grantových projektů (GAČR, GAUK) a vzájemně na sebe navazují. Získané dovednosti jsou dobrou výbavou pro pokračování (v doktorském studiu) v buněčné biologii, molekulární genetice, fyziologii, mikrobiologii, biochemii, či v lékařském výzkumu.

Současné a navrhované projekty:

  • Vztah struktury chromatinu k inducibilitě genů GAL a PHO
  • Regulace genů pro ribosomální proteiny – role intronů
  • Vliv sestřihu na strukturu chromatinu
  • Interakce sestřihových faktorů a faktorů elongace transkripce
  • Regulace sestřihových helikáz proteinem Prp45

Recentní obhájené práce:

  • Interakce proteinů Prp22 a Prp45 ve spliceosomu pučící kvasinky (Lenka Senohrábková)
  • Sestřih intronu TUB3i v buňkách mutantních v genu PRP45 (Jana Konířová)
  • Efektory chromatinových modifikací a jejich vztah k regulaci transkripce (Martina Hálová)
  • Phenotype analysis of Schizosaccharomyces pombe strains harbouring deletions of the cbf11 and cbf12 genes (Jana Staňurová)
  • DNA vazebné vlastnosti proteinů rodiny CSL ve Schizosaccharomyces pombe (Martina Ptáčková)

 

Kde se uplatníte

Témata regulace genové exprese jsou v centru pozornosti současné medicíny. Metodická výbava, kterou si odnesete, i schopnost uvažovat o problémech současné biologie, vám dávají dobré předpoklady pokračovat v doktorském studiu doma či v zahraničí nebo se uplatnit jako magistři v základním i aplikovaném výzkumu od medicíny po biotechnologické aplikace.

Náš tým

 

Vybrané publikace

 

Oravcová M, Teska M, Půta F, Folk P, Převorovský M.
Fission yeast CSL proteins function as transcription factors.
PLoS One. 2013;8(3):e59435. doi: 10.1371/journal.pone.0059435

Pancaldi V, Saraç OS, Rallis C, McLean JR, Převorovský M, Gould K, Beyer A, Bähler J. (2012) Predicting the fission yeast protein interaction network. G3 (Bethesda) 2(4):453-67. (bez afiliace)

Wang X, Wu F, Xie Q, Wang H, Wang Y, Yue Y, Gahura O, Ma S, Liu L, Cao Y, Jiao Y, Půta F, McClung CR, Xu X, Ma L
SKIP Is a of the Spliceosome Linking Alternative Splicing and the Circadian Clock in Arabido psis.
Plant Cell. 2012 Aug;24(8):3278-95.

Gahura O, Hammann Ch, Valentová A, Půta F a Folk P
Secondary structure is required for 3' splice site recognition in yeast.
Nucleic Acid Res. 2001;39(22): 9759-9767.

Převorovský M, Atkinson SR, Ptáčková M, McLean JR, Gould K, Folk P, Půta F, Bähler J
N-Termini of Fungal CSL Transcription Factors Are Disordered, Enriched in Regulatory Motifs and Inhibit DNA Binding in Fission Yeast.
PLoS One. 2011;6(8): e23650.

Tolde O, Folk P
Stress-induced expression of p53 target genes is insensitive to SNW1/SKIP downregulation.
Cell Mol Biol Lett. 2011;16(3):373-384.

Převorovský M, Staňurová J, Půta F, Folk P
High environmental iron concentrations stimulate adhesion and invasive growth of Schizosaccharomyces pombe.
FEMS Microbiol Lett. 2009;293(1):130-4.

Gahura O, Abrhámová K, Skružný M, Valentová A, Munzarová V, Folk P, Půta F
Prp45 affects Prp22 partition in spliceosomal complexes and splicing efficiency of non-consensus substrates.
J Cell Biochem. 2009;106(1):139-151.

Převorovský M, Groušl T, Staňurová J, Ryneš J, Nellen W, Půta F, Folk P
Cbf11 and Cbf12, the fission yeast CSL proteins, play opposing roles in cell adhesion and coordination of cell and nuclear division.
Exp. Cell Res. 2009;315(8):1533-47.

Převorovský M, Půta F, Folk P
Fungal CSL transcription factors.
BMC Genomics. 2007;8:233-245.

Folk P, Půta F, Skružný M
Transcriptional coregulator SNW/SKIP: the concealed tie of dissimilar pathways.
Cell. Mol. Life Sci. 2004;61: 629-640.

Převorovský M, Půta F
A/T-rich inverted DNA repeats are destabilized by chaotrope-containing buffer during purification using silica gel membrane technology.
Biotechniques 2003;35(4): 698-700.

Martínková K, Lebduška P, Skružný M, Folk P, Půta F
Functional mapping of Saccharomyces cerevisiae Prp45 identifies the SNW domain as essential for viability.
J. Biochem 2002;132(4): 557-563.

Brábek J, Mojžita D, Novotný M, Půta F, Folk P
The SH3 domain of Src can downregulate its kinase activity in the absence of the SH2 domain-pY527 interaction.
Biochem. Biophys Research Commun. 2002;296(3): 664-670.

Ambrozková M, Půta F, Fuková I, Hamplová L, Skružný M, Folk P
The fission yeast ortholog of coregulator SKIP interacts with the small subunit of U2AF.
Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001;284(5): 1148-1154.

Skružný M, Ambrozková M, Fuková I, Martínková K, Blahůšková A, Půta F, Folk P
Cyclophilins of a novel subfamily interact with SNW/SKIP coregulator in D. discoideum and S. pombe.
Biochim. Biophys. Acta 2001;1521: 146-151.

Rösel D, Půta F, Blahůšková A, Smýkal P, Folk P
Molecular characterization of a calmodulin-like Dictyostelium protein CalB.
FEBS Lett. 2000;473(3): 323-327.

Folk P, Půta F, Krpejšová L, Blahůšková A, Markoš A, Rabino M, Dottin RP
The homolog of chromatin binding protein Bx42 identified in Dictyostelium.
Gene 1996;181: 229-231.

Akce dokumentů