Proposals of PhD projects in the academic year 2024/2025

Immunology

The list of topics and supervisors who offer projects to applicants in the academic year 2024/2025

The fuctional crosstalk between intraepithelial lymphocytes and intestinal epithelial cells

Mgr. Jan Dobeš, Ph.D.

ID 269981

The project aims to investigate the influence of intraepithelial lymphocytes on intestinal epithelial cells. Previous research has demonstrated that intraepithelial lymphocytes specific to the microbiota can regulate the turnover of intestinal epithelium, but the exact mechanism driving this process remains unclear. To address this gap, we will employ various techniques including transgenic animal models, intestinal organoid cultures, bulk and single-cell RNA sequencing, flow cytometry, and microscopy. By doing so, we seek to uncover how intraepithelial lymphocytes interact with and affect the behavior of intestinal epithelial cells. Ultimately, our overarching objective is to identify the molecular signals utilized by intraepithelial lymphocytes during their interaction with the gut epithelium. This understanding holds promise for potentially modulating the fate of intestinal epithelial cells in the future.

The mechanisms that lead to the polarization of microbiota-specific T cells into intraepithelial lymphocytes

Mgr. Jan Dobeš, Ph.D.

ID 270370

Intraepithelial lymphocytes localized in mucosal surfaces constitute a significant portion of the body's lymphocyte population. However, there is a striking lack of understanding regarding their antigen specificity, the mechanisms driving their development, and activation. Our recent study has identified SFB bacteria as an antigenic target for a subset of intraepithelial lymphocytes. The proposed project aims to elucidate the process by which naive lymphocytes polarize into intraepithelial lymphocytes, focusing on both molecular signaling and the cellular players involved in this process. Furthermore, this project seeks to explore how other bacteria besides SFB may modify the activation of intraepithelial lymphocytes. By addressing these questions, we hope to deepen our understanding of mucosal immunity and potentially uncover new therapeutic targets for immune-related disorders.

Regulation of T cell activation by the interplay of cytoskeleton and membranene morphology

RNDr. Dominik Filipp, CSc.

ID 270532

T-lymphocytes are key players of adaptive immunity. Any alteration in the regulation of their activity often leads to severe immunopathologies. However, there is still much that is unknown about the molecular mechanisms controlling the initiation of their activation. Recently, we described the critical role of spatiotemporal organization and changes in the distribution of Lck kinase within the plasma membrane and the involvement of the protein RACK1, prior to and upon TCR triggering. This project is focused on the role of the cytoskeleton and its components, namely alpha-actinin-1 and -4 in spatiotemporal distribution of membrane associated proteins in T-cells during regulation of early stages of T-cell activation in vitro and in vivo conditions. We believe that experimental results will reveal yet another level of complexity in the regulation of the early phases of TCR signaling. Accurate characterization of these new elements both in vitro and in vivo, using murine models and advanced microscopy techniques, will provide a new insight into the interaction of membrane and cytoskeletal delivery machineries during the proximal T-cell signaling.

Effect of gluten-free diet (GFD) on immune parameters, microbiome and metabolome in inflammatory bowel disease and primary sclerosing cholangitis

MUDr. David Funda, Ph.D.

ID 246642

Idiopatické střevní záněty (IBD] je chronické, relapsující, imunitně mediované zánětlivé onemocneni gasteointestinalniho traktu. Primární sklerozující cholangitida (PSC) je progresivní onemocnění žlučovodů, které v pokročilém stádiu choroby představuje jednu z nejčastějších indikací k ortotopické transplantaci jater v rozvinutých zemích. Ačkoliv genetické faktory přispívají ke vzniku těchto onemocnění, faktory vnějšího prostředí (diety) a následné změny mikrobiomu mají pravděpodobně významný vliv v etiopatogenezi těchto onemocnění. PSC je přibližně u 70% nemocných asociováno s IBD. V poslední době se objevily nezávislé důkazy o úloze chronického střevního zánětu u celé řady imunitně mediovaných onemocnění. Lepek a jeho komponenty mají prozánětlivý efekt podobný lipopolysacharidu. U řady autoimunitních onemocnění (diabetes 1 typu, některé neurologické poruchy) byl již prokázán příznivý vliv bezlepkové diety (GFD).

Cílem tohoto projektu je objasnění mechanismů interakce bezlepkové diety, mikrobiomu a metabolomu, a studium vlivu GFD na slizniční a přirozenou imunitu u IBD a PSC. Projekt je založen jak na lidské randomizované klinicke studii (vliv bezlepkové diety na klinické symptomy PSC a IBD; (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT06026449), tak na myších indukovaných modelech IBD (model DSS-indukované kolitidy u BALB/c myší) a PSC (DSS-indukovaná PSC na modelu Mdr2-/- KO myší).

Mechanistické studie zahrnují analýzu imunitních parametrů, změn metabolomů a změn bakteriomů ve vztahu k bezlepkové dietě. Použité metodiky zahrnují izolaci leukocytů periferní krve od pacientů a izolaci buněk z lymfatických tkání u myší, flowcytometrii, tkáňové kultury, ELISA, charakterizaci metabolomů (ve spolupráci s Lab. charakterizace molekulární struktury), přípravu vzorků pro sekvenaci bakteriomů, analýzu dat apod. Projekt zahrnuje mezinárodní spolupráci.

Effect of early postnatal probiotic supplementation on maturation of neonatal immune system and prevention of gut inflammatory disorders development

doc. RNDr. Jiří Hrdý, Ph.D.

ID 269985

The work will focus on the understanding of the effect of early postnatal supplementation with single strain or complex probiotic mixtures on maturation of neonatal immune system. Special focus will be paid to characterization of gut mucosal immunity and gut barrier function. The experimental mouse model will be used to study the impact of early postnatal probiotic supplementation on immune system maturation. Probiotic supplementation will start second day after the birth and impact of probiotic supplementation on changes in microbiota composition and dynamics of mutual interactions between microbiota and host immune system. To reach the proposed goals of thesis, different methods including flow cytometry, real-time PCR, cell separation, bacteria cultivation and experimental animal models including acute and chronic colitis induced by administration of trinitrobenzensulfonic acid (TNBS) and transient colitis induced by administration of pathogenic bacteria Citrobacter rodentium) will be employed.

Analysis of microbiota-immune interactions as a tool for predicting therapeutic response of patients with psoriasis

RNDr. Zuzana Jirásková Zákostelská, Ph.D.

ID 270183

The primary objective of our project is to identify subtypes of psoriasis patients based on shared clinical features, molecular characteristics, and specific microbiota composition. This characterization will then enable tailored selection of appropriate therapies and help predict the success of biological therapy and the likelihood of developing systemic comorbidities.

Specific research goals are as follows:

1) To identify novel bacterial consortia, specific bacteria, and/or bacterial motifs that are characteristic for patients with psoriasis and to elucidate their role in the disease.

2) To investigate the role of microbiota in the immune response of patients with psoriasis.

3) To identify new serum biomarkers that can predict resistance to biological therapies in obese psoriatic patients or super-responsiveness to biological therapy.

4) To evaluate the role of obesity and the role of skin and gut microbiome isolated from obese psoriatic patients in disease pathogenesis using spatial transcriptomics and unique gnotobiotic techniques.

Immune mechanisms of pulmonary alveolar damage and its healing. Possibilities for targetted therapeutic interventions

prof. MUDr. Martina Koziar Vašáková, Ph.D.

ID 270261

Difusní alveoární poškození infekčního i neinfekčního původu se mohou buď zhojit ve smyslu restituice ad integrum anebo různými formami patologického hojení plicní tkáně. Mechanismy vedoucí k imunopatologickémuhojení jsou mnohočetné a zahrnují kromě věku pacienta a zevních vlivů a spouštěčů i vlivy vnitřní. zejména genetické spočívající v polymorfismesch a mutacích genů pro surfaktantové proteiny, teplomery, mucin a různé signalizační molekuly. Dnes známe pouze některé faktory a léčebně umíme ovlivnit pouze malou část z nich. Cílem je lepší poznání patigenetických kaskád patologického hojení alevolárního poškození a nalezení nových molekul, či využití známých léčiv, který by mohly cesty imunopatogeneze zejména progredujících fibróz zbrzdit. Dokázali bychom pak změnit prognózu pacientů s alveolárním postižením různé etiologie.

Vliv interakce stravy a střevní mikrobioty na nastavení slizničního imunitního systému hostitele a na rozvoj zánětu a karcinogeneze

MUDr. Miloslav Kverka, Ph.D.

1.LF

Střevní komenzální mikrobiota je hlavní silou, která řídí postnatální zrání imunitního systému a reguluje jeho funkci po celý život. Narušení střevní mikrobioty (tj. dysbióza) je spojeno s patogenezí chronických zánětlivých onemocnění a nádorů. To je způsobeno ovlivněním imunitního systému sliznic buď přímo, produkcí bioaktivních metabolitů, nebo nepřímo, formováním odpovědi v buňkách střevního epitelu a imunitních buňkách. Regulací imunity pak může střevní mikrobiota ovlivňovat další tkáně. Řada z těchto jevů je přímo závislá na složení stravy, která nejen umožní růst specifických mikrobních konzorcií, ale slouží i jako zdroj substrátu pro tvorbu řady bioaktivních molekul. Cílem projektu je studovat vliv hlavních dietních komponent a střevního mikrobiomu na fungování imunitního systému sliznic a konsekvence této interakce na vývoj zánětlivých a nádorových onemocnění. Pro klíčové experimenty budou použity zvířecí modely lidských onemocnění prováděné v konvenčních i gnotobiotických podmínkách. U těchto zvířat bude následně analyzován vliv složek stravy na mikrobiom (sekvenační techniky) a na odpověď imunitních buněk v indukčních i efektorových oblastech střevní sliznice (kultivace orgánů, ELISA, izolace buněk, průtoková cytometrie, analýza genové exprese) a také v místě hlavních patologických změn. Význam jednotlivých buněk na působení a jejich pohybu mezi zdravými a zanícenými tkáněmi bude studována nejen pomocí fenotypové analýzy, ale i pomocí selektivního adoptivního transferu imunitních buněk a pomocí blokačních protilátek.

Gut microbiota as a modulator of immune pathways associated with inflammation and carcinogenesis

MUDr. Miloslav Kverka, Ph.D.

ID 270041

The gut microbiota is an important factor in the postnatal maturation of the immune system and regulates its function throughout life. Disruption of the gut microbiota (i.e. dysbiosis) is associated with the development of chronic inflammatory diseases and cancer. This is because it affects the immune system either directly, by producing bioactive metabolites, or indirectly, by influencing the response of the epithelial and immune cells of the gut. By regulating immunity, the intestinal microbiota can also influence other tissues. A number of these phenomena depend directly on the composition of the diet, which not only enables the growth of specific microbial consortia, but also serves as a substrate source for the formation of a number of bioactive molecules. The aim of the project is to investigate the influence of the intestinal microbiome on the function of the immune system and the consequences of this interaction on the development of inflammatory diseases and cancer. This project will focus on elucidating the major immune pathways responsible for the transition from inflammation to cancer. The main experiments will use animal models of human disease, performed under both conventional and gnotobiotic conditions. This will make it possible to identify the main expression pathways involved in resistance to the main pathological processes of inflammation, carcinogenesis or leaky epithelial barrier and involvement of microbes in their regulation. These key pathological mechanisms will be studied using established techniques of immunology (ELISA, cell isolation, flow cytometry), molecular (micro)biology (DNA or RNA sequencing, RT-PCR) and functional assays ex vivo (re-stimulation of cells) or in vivo (adoptive transfer, blocking antibodies).

Role terciálních lymphoidních struktur v evoluci a léčbě nádorových onemocnění

prof. PharmDr. Jitka Palich Fučíková, Ph.D.

2.LF ID 270389

Nádorové mikroprostředí představuje komplexní strukturu, která hraje esenciální roli v podpoře růstu, proliferaci a schopnosti maligních buněk tvořit metastatická ložiska. Z výsledků preklinického testování na našem pracovišti vyplývá, že složení a funkční orientace imunitního systému v nádorovém mikroprostředí pacientek s primárním karcinomem ovaria (HGSOC) má zásadní vliv na výslednou prognózu tohoto závažného onemocnění. Přítomnost terticiálních lymphoidních struktur (TLS) v nádorové tkání pacientů zásadním způsobem ovlivňuje aktivaci protinádorové imunitní odpovědi. Z tohoto důvodu přítomnost TLS v nádorové tkáni pacientů koreluje s lepší prognózou u vetšiny solidních nádorových onemocnění, a také jak dokumentují výsledky současného preklinického a klinického testování s lepší odpovědí na imunoterapeutickou léčbu pomocí check – point inhibitorů (CPI). Objev inhibičních receptorů a následné testování protilátek proti těmto kontrolním bodům imunitních reakcí, vyvolalo revoluci v imunoterapeutické léčbě onkologických onemocnění. Nicméně karcinom vaječníků na rozdíl od imunologicky aktivních nádorů, vykazuje pouze nízkou míru odpovědi na tento typ terapie. Z tohoto důvodu je nezbytné porozumět roli TLS v biologii tohoto onemocnění ve snaze zvýšit odpověď na imunoterapeutickou léčbu u tohoto onkologického onemocnění. Z výsledků naší nejnovější studie vyplývá, že přítomnost TLS v nádorové tkáni zásadním způsobem ovlivňuje funkční a fenotypický profil CD8 + T lymfocytů, které ovlivňují prognózu a odpověď na imunoterapii. Oproti pacientům s nemalobuněčným karcinomem plic (NSCLC) se však plně aktivované TLS nachází pouze u 10 % pacientek s HGSOC. Z těchto výsledků jednoznačně vyplývá, že jak aktivační stav, tak jejich výsledná četnost v nádorovém mikroprostředí jsou zcela zásadní pro výslednou odpověd na terapii. Zejména hlubší porozumění mechanismů, které vedou k tvorbě TLS a detailní biologická charakterizace těchto struktur v imunologicky aktivních (NSCLC) a naivních (HGSOC) nádorech je zásadní pro budoucí úspěšnou imunoterapeutickou léčbu. Právě prostorové uspořádání komponent imunity v nádoru a současně TLS je zcela zásadní pro formování protinádorové imunitní odpovědi a výslednou prognózu. Rozvoj nejnovějších technologií v oblasti studia nádorového mikroprostředí, tj. multiparametrické fluorescenční analýzy, metod molekulárního sekvenování, včetně metod prostorového sekvenování nádorové tkáně, umožnňují komplexní a systematické hodnocení protinádorové imunitní odpovědi, která je zcela klíčová pro budoucí personalizovanou onkologickou léčbu. Právě identifikace kličového genetického a imunitního profilu nádorového mikroprostředí je stěžejní pro optimální klinickou péči v oblasti onkologie.

GENESIS: Genome-Encoded Networks Exploring Spatial Immune Signatures

prof. PharmDr. Jitka Palich Fučíková, Ph.D.

2.LF ID 270388

Tumorigenesis is a complex and dynamic process involving different steps such as malignant transformation, local progression, and metastatic dissemination. Recent studies propose that genomic rearrangements in cancer cells, rather than specific gene mutations, confer growth and invasive advantages under selective pressures, a topic increasingly discussed in current literature. Epithelial ovarian carcinoma is one of the most common causes of death from gynaecological malignancies in the Czech population, characterized by considerable degree of genetic instability. The genetic instability of tumor microenvironment (TME) is directly associated with clinically relevant anti-tumor immunity activation and spatial distribution within TME. Thus, identification of genomic fingerprints associated with anti-tumor immunity activation is crucial for development of novel therapies, identification of reliable biomarkers and favorable response to the immunotherapy in ovarian cancer. The aim of study is to conduct in-depth immune-genotyping with novel long-read whole genome sequencing in large cohorts of ovarian carcinoma to identify genetic profile associated with anti-tumor immunity activation, favorable prognosis and response to immunotherapy.

Intestinal bacteria – host cross-talk in growing juvenile host during chronic undernutrition and standard diet regime

Mgr. Martin Schwarzer, Ph.D.

ID 270438

Previously, we have shown that microbiota is necessary to sustain optimal weight gain and linear growth of infant mice when fed a standard diet or a nutritionally depleted isocaloric diet (Schwarzer et al., Science 2016). Using monocolonized mouse model we showed that lactobacilli previously selected in Drosophila model of chronic undernutrition for their growth promoting capabilities were sufficient to increase linear growth of mice in a strain-dependent manner and recapitulated the whole microbiota´s effect on growth. The same bacterial strain sustained the postnatal growth of malnourished conventional animals and supports both insulin-like growth factor–1 (IGF-1) and insulin production and activity. We have identified cell walls isolated from LpWJL, as well as muramyl dipeptide and mifamurtide, as sufficient cues to stimulate animal growth despite undernutrition. Further, we found that NOD2 is necessary in intestinal epithelial cells for LpWJL-mediated IGF-1 production and for postnatal growth promotion in malnourished conventional animals (Schwarzer et al., Science 2023).

We are further dissecting the molecular mechanism behind the bacteria driven host growth promotion with the ultimate goal to improve the current treatment of undernutrition in human population. Further reading (Schwarzer et al., Calcif Tissue Int 2018; Brabec et al., J Exp Med 2023).

Methods: Within the framework of the Ph.D. study you will master the handling of germ-free and conventional mice and piglets and exploit the capabilities of our state-of-the-art gnotobiotic unit. You will use classical and molecular-biological methods for bacterial detection and cultivation. You will master different methods such as ELISA, Western-blot, PCR and real-time PCR, flow cytometry, in vitro cell and cell line cultivation, histology and immunohistochemistry.

Location: Martin Schwarzer’s group at Laboratory of Gnotobiology (http://gnotobio.mbu.cas.cz/), Institute of Microbiology of the Czech Academy of Sciences, Doly 183, Nový Hrádek, 54922 (Doctoral studies of Immunology at Charles University in Prague)

Interested applicants feel free to contact schwarzer@biomed.cas.cz for further details.

Primary microbiota and immunocompromised host

doc. Ing. Bc. Igor Šplíchal, CSc.

ID 246727

Multicellular hosts are settled with simple, often unicellular, organisms called microorganisms, and their pool is called microbiota. The microbiota is accumulated mainly in the lower gastrointestinal tract and “communicates” with hosts on the epithelial cell interface and through its metabolites. The primary bacterial colonization of the newborns and the establishment of a balanced microbiota are essential for the next life of the host. Immunocompromised hosts, e.g., preterm infants and elders, are sensitive to the disbalance of microbiota (dysbiosis) that facilitates infection with pathogens and overgrowth of pathobionts.

During the doctoral study, the student will work with gnotobiotic piglets, which will be associated with a defined microbiota. Signs of enterocolitis (fever, anorexia, diarrhea), intestinal barrier (mucin, claudin-1, occludin, villin) and histology of the intestine, pattern recognition receptors (TLR and NLR) signaling, and inflammatory/sepsis markers (interleukins 1, 6, 8, 10, 12, 18, TNF-alpha, IFN-gamma, and HMGB1) will be evaluated to monitor the host response to bacterial colonization.

The doctoral thesis will be prepared at the Institute of Microbiology of the Czech Acad Sci in Nový Hrádek, and the doctoral student will collaborate on a grant from the MEYS.

The student will use Real-Time PCR (RNA isolation, cDNA synthesis, qPCR), Western blot, histology, immunohistochemistry, hemocytometry, and xMAP technology (Luminex) in his/her work.