Beyond dogmas in biology: revisiting calmodulin, galectin-1 and fibroblast growth factor II binding to membranes

• Název práce v češtině: Za hranice dogmat v biologii: přehodnocení vazby kalmodulinu, galektinu-1 a fibroblastového růstového faktoru II na membrány
• Název v anglickém jazyce: Beyond dogmas in biology: revisiting calmodulin, galectin-1 and fibroblast growth factor II binding to membranes
• Klíčová slova anglicky: calmodulin, galectin-1, fibroblast growth factor, lipids, lipid bilayer, model membranes, spectroscopy, microscopy, fluorescence, label-free techniques, confocal microscopy, FRET, FACS, GP of Laurdan, DLS, Zeta potential, QCM-D, SPR, ITC, FCS, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, calcium, gangliosides, GM1, GD1a, cross-linking, cholesterol
• Akademický rok vypsání: 2018/2019
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
• Vedoucí / školitel: prof. Martin Hof, Ph.D., DSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 10.10.2019
• Datum zadání: 10.10.2019
• Datum potvrzení stud. oddělením: 10.10.2019
• Datum odevzdání elektronické podoby: 28.12.2024
• Datum proběhlé obhajoby: 12.03.2025
• Oponenti: prof. Dr. Joachim Heberle
• Konzultanti: doc. RNDr. Radek Šachl, Ph.D.

Seznam odborné literatury

[1] H.Kaltner, S.Toegel, G.G.Caballero, J.C.Manning, R.W. Ledeen, H. Gabius, Galectins: their network and roles in immunity/tumor growth control, Histochem Cell Biol,2017,147: 239.
[2] Q.Xiao, A. Ludwig, C.Romanò, I.Buzzacchera, S.E. Sherman, M.Vetro, S.Vértesy, H. Kaltner, E.H. Reed, M.Möller, C.J. Wilson, D.A. Hammer, S.Oscarson, M.L. Klein, H. Gabius, V.Percec, Exploring surface glycan−lectin functional pairing, P.N.A.S., 2018, 115 (11) E2509.
[3] J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed. Boston, MA: Springer US,2006.
[4] M. Štefl, R. Šachl, J. Humpolíčková, M. Cebecauer, R. Macháň, M. Kolářová, L.B.A. Jahansson, M. Hof, Dynamics and size of cross-linking-induced lipid nanodomains in model membranes, Biophys. J., 2012,102, pg2104-2113.
[5] Moertelmaier, M.; Brameshuber, M.; Linimeier, M.; Schütz, G. J.; Stockinger, H. Thinning out Clusters While Conserving Stoichiometry of Labeling. Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 263903.
[6] M. Amaro, R. Sachl, G. Aydogan, I. I. Mikhalyov, R. Vácha, and M. Hof, GM1 Ganglioside Inhibits β-Amyloid Oligomerization Induced by Sphingomyelin, Angew. Chemie Int. Ed., 2016, vol. 55, no. 32, pp. 9411–9415.

Předběžná náplň práce

Galektiny jsou savčí lektiny, které vážou gangliosidy (glykolipidy) v buněčné membráně. Galektiny působí jako regulátory mnoha buněčných procesů, jako je intracelulární přenos a signalizace mezi buňkami. Byly také identifikovány jako důležité modulátory imunitního systému a pozitivně korelovaly se zvýšenou agresivitou nádorů. Jako takové jsou galektiny z lékařského pohledu lákavé, nicméně jejich interakce s glykolipidovými receptory je třeba dostatečně prozkoumat, aby bylo možno návrhnout selektivní terapeutika zaměřená na galektiny. Funkce galektinů je spojena s jejich schopností zesíťovat glykanové receptory. Typ gangliosidu a/nebo jeho organizace na buněčné membráně může být spojena s různými funkcemi. Charakterizace těchto interakcí mezi galektiny a glykolipidy a pochopení jejich vlivu na biologickou funkci galektinů jsou stále neúplné. Práce bude zaměřena na získání molekulárních poznatků týkajících se interakce galektinů a gangliosidů a procesu oligomerace galektinů. Specifickými aspekty, které budou předmětem studia, bude vliv uspořádání gangliosidů v nanoměřítku na interakci s galektiny (např.Gal-1 WT, Gal-3 WT, připravený Gal-3NT / 1) a charakterizace vytvořených oligomerních galektinových struktur. Experimentální práce bude provedena na modelových membránových systémech s využitím nejmodernější pokročilé fluorescenční spektroskopie a mikroskopie na úrovni jedné molekuly. Práce bude probíhat ve spolupráci s prof. Hansem-Joachimem Gabiusem v Ludwig-Maximilians-Univeristy v Mnichově.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Galectins are mammalian lectins that bind gangliosides (glycolipids) in the cellular membrane. Galectins act as regulators of many cellular processes, such as intracellular trafficking and cell–cell signalling. They have also been identified as important modulators of immune responses and positively correlated with increased aggressiveness of tumors.As such, galectins are certainly enticing targets for medical intervention, however, their interactions with the glycolipid receptors needs to be understood in order to guide the design of selective galectin-targeting therapeutics.
The function of galectins has been associated with their ability to crosslink their glycan receptors. The type of ganglioside and/or their organisation on the cellular membrane may be linked to the different functionalities. Characterisation of these galectin/glycolipid interactions and the understanding of their effect on biological function of galectins is still incomplete. The PhD work will be focused on obtaining molecular insights regarding the interaction of galectins and gangliosides, and the process of oligomerisation of galectins. Particular aspects under study will be the influence of the nanoscale organisation of gangliosides on the interaction with galectins (e.g.Gal-1 WT, Gal-3 WT, engineered Gal-3NT/1), and the characterisation of the formed oligomeric galectin structures. The experimental work will be performed on model membrane systems using state-of-the-art advanced fluorescence spectroscopy and microscopy at the single molecule level. Work will be done in collaboration with Prof. Hans-Joachim Gabius at the Ludwig-Maximilians-Univeristy in Munich, Germany.