Functional polymorphism in genes for the components of the Toll signalling pathway of the natural immunity system in Bos taurus

• Název práce v češtině: Funkční polymorfismus genů pro složky Toll signální dráhy systému přirozené imunity u Bos taurus
• Název v anglickém jazyce: Functional polymorphism in genes for the components of the Toll signalling pathway of the natural immunity system in Bos taurus
• Klíčová slova: Toll-like receptory; skot; ovce; přirozená imunita; mastitida; paratuberkulóza; trypanozomiáza
• Klíčová slova anglicky: Toll-like receptors; cattle; sheep; innate immunity; mastitis; paratuberculosis; trypanosomiasis
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: Karel Novák, prom. biol., CSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 15.10.2019
• Datum zadání: 16.10.2019
• Datum potvrzení stud. oddělením: 16.10.2019
• Datum odevzdání elektronické podoby: 24.06.2024
• Datum proběhlé obhajoby: 16.09.2024
• Oponenti: prof. Ing. Jindřich Čítek, CSc.

Seznam odborné literatury

Literatura (chronologicky):
Hořejší V. (2004) Receptory TLR - klíčové molekuly imunitního systému. Vesmír 83, 134.
Akira S., Uematsu S., Takeuchi O. (2006) Pathogen recognition and innate immunity.Cell 124, 783–801.
Sharma B.S., Leyva I., Schenkel F., Karrow1 N.A. (2006) Association of Toll-like receptor 4 polymorphisms with somatic cell score and lactation persistency in Holstein bulls. Journal of Dairy Science 89, 3626–3635.
Mucha R., Bhide M.R., Chakurkar E.B., Novak M., Mikula I., Sr. (2009) Toll-like receptors TLR1, TLR2 and TLR4 gene mutations and natural resistance to Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis infection in cattle. Veterinary Immunology and Immunopathology 128, 381–388.
Beecher C., Daly M., Childs S., Berry D.P., Magee D.A., McCarthy T.V., Giblin L. (2010) Polymorphisms in bovine immune genes and their associations with somatic cell count and milk production in dairy cattle. BMC Genetics 11, article 99.
Hořejší V. (2011) Signály nebezpečí. Další „imunologická“ Nobelova cena. Vesmír 90, 982-983.
Jungi T.W., Farhat K., Burgener I.A., Werling D. (2011) Toll-like receptors in domestic animals. Cell and Tissue Research 343, 107–120.
Coffey T.J., Werling D. (2011) Therapeutic targeting of the innate immune system in domestic animals. Cell Tissue Research 343, 251–261.
Gibson A.J., Tracey J. Coffey TJ., Werling D. (2013) Of creatures great and small: the advantages of farm animal models in immunology research. Frontitiers in Immunology 4, article 124.
Novák K. (2014) Functional polymorphisms in Toll-like receptor genes for innate immunity in farm animals. Veterinary Immunology and Immunopathology 157, 1– 11.
Skládanka J. a kolektiv (2014) Chov strakatého skotu. Mendelova univerzita v Brně, Brno.
Tombacz K., Mwangi D., Werling D., Gibson A. (2017 Comparison of cellular assays for TLR activation and development of a species-specific reporter cell line for cattle. Innate Immunity 23, 329-335.
Alshawi A., Abdulameer E.,Al-Bayatti S., Hanotte O. (2019) Genome analysis reveals genetic admixture and signature of selection for productivity and environmental traits in Iraqi cattle. Frontiers in Genetics 10, article 609.

Předběžná náplň práce

Využití diverzity genů přirozené imunity u hospodářských druhů zvířat je předpoklad pro zlepšení zdravotního stavu, omezení antibiotik a stabilitu rezistence vůči novým infekcím. Zároveň se jedná o výzvu, která vyžaduje rozpracování nových metodických přístupů. Evolučně konzervovaná přirozená (vrozená) imunita využívá receptory a signální dráhy, které rozpoznávají struktury bakteriálních a dalších patogenů. V rámci disertační práce bude charakterizován polymorfismus vybrané skupiny genů přirozené imunity u skotu a dalších druhů hospodářských zvířat. První volbou je skupina TLR genů a genů souvisejících signálních drah. Základními prostředky budou bioinformatické metody a vysokokapacitní resekvenování. Následně budou vyhodnoceny funkční dopady nalezených strukturních odchylek na funkci genových produktů. Vyhodnocení funkčních genových variant by mělo probíhat jak in silico, tak i v modelovém systému buněčné kultury nebo leukocytární frakce pro testování exprimovaných receptorů. Na znalost celkového polymorfismu v populacích by měly navázat pokročilé genotypovací metody, které poskytnou populační parametry pro nalezené mutace. Výsledky laboratorních přístupů a modelování budou konfrontovány s ukazateli infekční odolnosti na základě statistických fenotypových dat. Návaznost na šlechtění by měla přispět k tlumení infekcí v produkčních chovech.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Exploitation of the diversity of innate immune genes in farm animals is a precondition for the improvement of health, reduction of antibiotic use, and the stable resistance against emerging infections. In the same time, it is a challenging topic that requires the development of new experimental approaches. Natural (innate) immunity is evolutionary conserved and involves receptors and signalling pathways that recognize structures of bacteria and other pathogens. In the frame of the anticipated thesis, polymorphism in a chosen group of genes of innate immune gene of cattle and other farm animal species will be characterized. The first choice is the group of TLR genes and genes of the associated signalling pathways. The main working tools will be bioinformatic methods and high-throughput DNA sequencing. Subsequently, the functional impacts of the found structural variants on the functioning of gene products will be determined. The evaluation of functional polymorphism will be carried out both in silico and in the model system for testing of the receptors expressed in cell culture or in the leucocyte fraction. The knowledge of the total polymorphism in populations should be extended by the advanced genotyping methods that will provide population parameters for the found mutations. The results of the laboratory and computational approaches will be confronted with the characteristics of infection resistance that include statistics of phenotype data. The expected output for animal breeding should contribute to the reduction in infections in the production herds.