Model membranes studied by advanced fluorescence techniques and molecular dynamics simulations

• Název práce v češtině: Studium modelových membrán pokročilými fluorescenčními technikami a molekulárně dynamickými simulacemi
• Název v anglickém jazyce: Model membranes studied by advanced fluorescence techniques and molecular dynamics simulations
• Klíčová slova: signalizace vápníkem, palmitoylace proteinů, modely plazmatické membrány, slzný film oka, fluoresceční spektroskopie, molekulárně dynamické simulace
• Klíčová slova anglicky: calcium signaling, protein palmitoylations, plasma membrane models, tear film, fluorescence spectroscopy, molecular dynamic simulations
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i. (32-UFCHAV)
• Vedoucí / školitel: prof. Martin Hof, Ph.D., DSc.
• Řešitel: RNDr. Adéla Melcrová, Ph.D. - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 27.09.2013
• Datum zadání: 27.09.2013
• Datum potvrzení stud. oddělením: 27.01.2014
• Datum a čas obhajoby: 27.06.2019 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 22.01.2019
• Datum odevzdání tištěné podoby: 23.01.2019
• Datum proběhlé obhajoby: 27.06.2019
• Oponenti: RNDr. Jan Heyda, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Piotr Michal Jurkiewicz, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Bude upřesněno; pro podrobnější informace kontaktujte: e-mail: [e-mail], telefon: [phone], web: www.jh-inst.cas.cz/~fluorescence

Seznam odborné literatury

1. Jurkiewicz, Piotr - Cwiklik, Lukasz - Jungwirth, Pavel - Hof, Martin: Lipid hydration and mobility: An interplay between fluorescence solvent relaxation experiments and molecular dynamics simulations. Biochimie. Roč. 94, č. 1 (2012), s. 26-32
2. . Macháň, Radek - Hof, Martin Lipid diffusion in planar membranes investigated by fluorescence correlation spectroscopy. Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. Roč. 1798, č. 7 (2010), s. 1377-1391.
3. Jurkiewicz, Piotr - Cwiklik, Lukasz - Vojtíšková, Alžběta - Jungwirth, Pavel - Hof, Martin
Structure, dynamics, and hydration of POPC/POPS bilayers suspended in NaCl, KCl, and CsCl solutions. Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. Roč. 1818, č. 3 (2012), s. 609-616..
4. Pokorná, Šárka - Jurkiewicz, Piotr - Cwiklik, Lukasz - Vazdar, Mario - Hof, Martin
Interactions of monovalent salts with cationic lipid bilayers. Faraday Discussions. Roč. 160, č. 0 (2013), s. 341-358.
5. L. Beranová, L. Cwiklik, P. Jurkiewicz, M. Hof, P. Jungwirth, Oxidation changes physical properties of phospholipid bilayers: Fluorescence spectroscopy and molecular simulations, Langmuir 26 (2010) 6140-6144.
6. Volinsky, R. - Cwiklik, Lukasz - Jurkiewicz, Piotr - Hof, Martin - Jungwirth, PavelG - Kinnunen, P. K. J. Oxidized Phosphatidylcholines Facilitate Phospholipid Flip-Flop in Liposomes.
Biophysical Journal. Roč. 101, č. 6 (2011), s. 1376-1384.
7. Jurkiewicz, Piotr - Olžyńska, Agnieszka - Cwiklik, Lukasz - Conte, E. - Jungwirth, Pavel - Megli, F. M. - Hof, Martin Biophysics of lipid bilayers containing oxidatively modified phospholipids: Insights from fluorescence and EPR experiments and from MD simulations.
Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. Roč. 1818, č. 10 (2012), s. 2388-2402.

Předběžná náplň práce

Princip relaxace rozpouštědla (SR) ve fluorescenci1 a fluorescenční korelační spektroskopie (FCS) se skenováním v z-ose (axiální osa)2, které byly vyvinuty v naší laboratoři, jsou velmi vhodné metody pro zkoumání biomembrán. První metoda poskytuje informaci o hydrataci a pohyblivosti v definovaných doménách plně hydratované dvouvrstvy. Metoda je postavena na pečlivé interpretaci časově rozlišených emisních spekter (TRES) membránových fluorescenčních sond s definovaným umístěním v dvouvrstvě velkých unilamelárních vezikul (LUV). Druhá metoda je jedinečná v tom, že jako vůbec první používá bezkalibrační přístup v FCS a poskytuje kvantitativní informaci o laterálním difuzním koeficientu lipidů ve fosfolipidových dvojvrstvách na pevném podkladě (SPBs) nebo v obřích unilamelárních vezikulách použitých jako modelové membrány. V rámci doktorské práce budou tyto techniky použity pro zkoumání vlivu iontů3,4 a oxidovaných fosfolipidů5-7 na vlastnosti modelových membrán. Interpretace fluorescenčních měření na modelových membránách budou vycházet ze simulací prováděných Dr. Lukaszem Cwiklikem z naší skupiny. Druhá část doktorské práce bude spočívat v rozšíření metody SR na více relevantní biologické systémy. Tato technika pak bude použita zejména na systémy se zvyšující se komplexitou: A) směs fosfolipidů a cholesterolu, B) suspenze extraktu plasmatické membrány získané z buněk HEK293 s modifikovaným cholesterolovým obsahem, C) živé jurkat buňky.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Fluorescence Solvent Relaxation Technique1 and z-scan Fluorescence Correlation Spectroscopy2 are very useful techniques in membrane sciences and were originally developed in our laboratory. The first technique can give direct information on hydration and mobility in defined domains of fully hydrated bilayer. It is based on the careful interpretation of the time-resolved emission spectra (TRES) of membrane fluorescent polarity probes with defined location within the bilayer of large unilamellar vesicles (LUV’s). The second technique is the first ever developed calibration free FCS approach and yields quantitative lateral lipid diffusion coefficients using supported phospholipids bilayers (SPBs) as well as giant unilamellar vesicles (GUVs) as model membranes. Within this PhD work these techniques will be used for investigating the influence of ions on the properties of model lipid membranes3,4 as well as the effect of phospholipid oxidation5-7. The interpretation of the fluorescence measurements on those model membranes will be based on MD simulation performed by Dr. habil. Lukasz Cwiklik from our group. The second part of the PhD work will be extention of solvent relaxation applicability to more biologically relevant systems. Specifically, Solvent Relaxation measurements will be performed in the systems of gradual complexity: A) the mixtures of phospholipids and cholecterol, B) suspensions of plasma membrane extracts obtained from HEK293 cells with modified cholesterol content, C) living jurkat cells.