ACTIVATION OF THE ERK SIGNALING PATHWAY BY DISABLED NEGATIVE FEEDBACK CONTROL

• Název práce v češtině: AKTIVACE SIGNÁLNÍ DRÁHY ERK POMOCÍ NARUŠENÉ ZPÉTNOVAZEBNÉ INHIBICE
• Název v anglickém jazyce: ACTIVATION OF THE ERK SIGNALING PATHWAY BY DISABLED NEGATIVE FEEDBACK CONTROL
• Klíčová slova: Raf, MEK, ERK, proteinkináza, fosforylace, genová exprese, buněčná polarita, buněčná migrace, invazivita, karcinom
• Klíčová slova anglicky: Raf, MEK, ERK, protein kinase, phosphorylation, gene expression, cell polarity, cell migration, cell invasion, carcinoma
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: Ing. Tomáš Vomastek, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 07.10.2019
• Datum zadání: 07.10.2019
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.10.2019

Zásady pro vypracování

course:
“Advances in molecular biology and genetics”
“Processing and analysis of microscopic images in biomedicine”
“Proteins of signaling cascades”
Course in Super-resolution light microscopy

Scientific workshops with topic related to the proposed project

Seznam odborné literatury

Book "Molecular biology of the cell" by Laberts et all.
Book "The biology of cancer" by RA Weinberg
Book "Developental biology" by Gilbert and Barresi
Scientific articles concerning the proposed project

Předběžná náplň práce

Signální dráha ERK, která zahrnuje proteinkinázy Raf, MEK a ERK, je evolučně konzervovaná dráha, která převádí různé extracelulární signály v rozmanitou škálu intracelulárních buněčných odpovědí jako je proliferace, diferenciace, apoptóza nebo buněčná migrace. Proteinkináza ERK je klíčovým regulátorem buněčné odpovědi, jelikož fosforyluje a tím mění funkci mnoha proteinů, což vede ke specifické odpovědi na konkrétní extracelulární signál. Závažnou roli hraje dráha ERK i z biomedicínského hlediska. Somatické mutace v proteinech Ras a B-Raf aktivující dráhu ERK se s vysokou frekvencí objevují u mnoha typů nádorových onemocnění, kde podporují pro-nádorové změny v genové expresi, buněčnou proliferaci a invazivní a metastatický potenciál nádorových buněk.Téma práce se zaměřuje na objasnění úlohy signální dráhy ERK při vývoji nádorů hlavy a krku (HNSCC). Výzkumný projekt zahrnuje analýzu nádorových vzorků pacientů (analýza genové exprese, identifikace genomových mutací, western blot) a charakterizace buněčných linií odvozených z HNSCC za účelem identifikace nových onkogenních mechanizmů v HNSCC.
Práce bude zahrnovat především kultivaci savčích buněk, inaktivaci genů pomocí systému CRISPR/Cas9, RNA interferenci, mikroskopii v reálném čase s živými buňkami a imunofluorescenční mikroskopii. Používat se budou také standardní techniky molekulární biologie, jako je klonování DNA, exprese proteinů a jejich analýza pomocí polyakrylamidové elektroforézy a imunodetekce.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The ERK pathway is an evolutionary conserved signaling cascade that is activated by a multitude of extracellular signal and in turn converts these signals to diverse biological outcomes such as changes in gene expression, cell proliferation, differentiation, apoptosis or cell migration. The ERK signaling cascade displays a three tier architecture consisting of protein kinases, Raf, MEK and ERK, and the signal is transmitted sequentially from Raf to MEK to ERK. Active ERK phosphorylates and thus alters the function of a diversity of cellular proteins ultimately bringing about the changes leading to responses appropriate for the particular extracellular signal. Thus, ERK activation is a crucial event in the regulation of intracellular responses. Importantly, altered regulation of ERK signaling due to Ras or B-Raf activating mutations is central to cancer development and cancer progression where it promotes the expression of pro-oncogenic genes, uncontrolled proliferation, cell invasion and metastasis formation.
The proposed topic of thesis aims to investigate the role of the ERK signaling pathway in the development and progression of Head and Neck cancer (HNSCC). Research project includes the analysis of the patients´ tumor samples (gene expression analysis, the identification of genomic mutations, western blots) as well as the characterization of HNSCC derived cell lines in order to identify novel oncogenic events in the HNSCC.
The methodology will include the work with mammalian cell culture, gene editing using CRISPR/Cas9 system, RNA interference, life-cell and immunofluorescence microscopy. Standard molecular biology techniques such as DNA cloning, protein expression, SDS-PAGE and western blotting will be also utilized.