Regulation of growth and metabolism by the mTOR pathway

• Název práce v češtině: Regulace růstu a metabolismu cestou mTOR
• Název v anglickém jazyce: Regulation of growth and metabolism by the mTOR pathway
• Klíčová slova: růst, metabolismus, lysozomy, mTOR, rapamycin, rakovina, stárnutí
• Klíčová slova anglicky: growth, metabolism, lysosomes, mTOR, rapamycin, cancer, aging
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: prof. David Marcelo Sabatini, M.D., Ph.D.

Předběžná náplň práce

Moje laboratoř se dlouhodobě zajímá o regulaci růstu a metabolismu. Tento zájem pramení z naší rané práce na dráze ukotvené proteinkinázou mTOR, kterou nyní oceňujeme jako hlavní regulátor růstu a anabolismu (akumulace hmoty) u eukaryot a reaguje na různé podněty, včetně živin. Naše laboratoř identifikovala proteinové komplexy obsahující mTOR, mTORC1 a mTORC2, a jejich biochemické a in vivo funkce, stejně jako komplikovanou dráhu upstream od mTORC1, která snímá živiny, včetně Rag GTPáz, GATOR komplexů a senzorů pro leucin a arginin.
Protože naše práce odhalila, že lysozomy hrají klíčovou roli v aktivaci mTORC1 živinami, začali jsme studovat lysozomy i další organely, jako jsou mitochondrie a melanosomy. Vyvinuli jsme široce používané metody pro rychlou izolaci a profilování těchto organel (např. Lyso-IP a Mito-IP) a použili jsme je k deorphaningu funkcí genů spojených s nemocí. Protože mTORC1 snímá živiny, začali jsme se také zajímat o metabolické cesty, které buňky používají, začleňují biomasu a generují energii, zejména při rakovině. Jsme také aktivní ve vývoji technologií a dříve vyvinutých metodologiích pro screening RNAi a CRISPR na úrovni genomu.
Toto je několik projektů diplomových prací dostupných pro postgraduální studenty:
(1) Snímání živin pomocí mTORC1 in vitro a in vivo. K dispozici jsou projekty pro: identifikaci glukózového senzoru pro dráhu mTORC1; objevit senzory živin u zvířat mimo savce; pochopit, jak fungují známé senzory živin (Sestrin pro leucin, CASTOR pro arginin a SAMTOR pro methionin) in vivo u myší; a objasnit biochemickou funkci klíčových složek dráhy snímání živin, včetně GATOR2. Tyto projekty budou využívat nástroje biochemie a/nebo myších mutantů se specifickými mutacemi v komponentách dráhy snímání živin.
(2) Lysozomy v normální fyziologii a nemoci. Náš zájem o mTORC1 vede k lysozomům, protože aktivace mTORC1 vyžaduje jeho translokaci na lysozomální povrch. Pomocí metodologie Lyso-IP a screeningové technologie CRISPR jsou k dispozici projekty, které: porozumí tomu, jak běžná a vzácná neurodegenerativní onemocnění ovlivňují lysozomální funkci; charakterizovat a identifikovat obsah lysozomů ve specializovaných typech buněk, jako jsou imunitní buňky.
(3) Vývoj molekul podobných lékům pro sledované proteiny: Ve spolupráci s lékařskými chemiky na ÚOCHB a jinde jsou dostupné projekty na vývoj molekul podobných lékům, které se zaměřují na složky dráhy mTOR a také na lysozomální a mitochondriální proteiny.
Jsem také otevřený nápadům v širší oblasti růstu a metabolismu od motivovaných studentů, kteří jsou nadšení, že po konzultaci se mnou vytvoří nový projekt diplomové práce.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

My lab has a long-standing interest in the regulation of growth and metabolism. This interest stems from our early work on the pathway anchored by mTOR protein kinase, which we now appreciate is a major regulator of growth and anabolism (mass accumulation) in eukaryotes and responds to diverse stimuli, including nutrients. Our lab identified the mTOR-containing protein complexes, mTORC1 and mTORC2, and their biochemical and in vivo functions, as well as the complicated pathway upstream of mTORC1 that senses nutrients, including the Rag GTPases, GATOR complexes, and sensors for leucine and arginine.
Because our work revealed that lysosomes play a key role in the activation of mTORC1 by nutrients, we began to study lysosomes as well as other organelles, like mitochondria and melanosomes. We developed widely used methods for the rapid isolation and profiling of these organelles (e.g., Lyso-IP and Mito-IP), and used them to deorphan the functions of disease-associated genes. Because mTORC1 senses nutrients, we also became interested in the metabolic pathways that cells to use incorporate biomass and generate energy, particularly in cancer. We are also active in technology development and previously developed methodologies for genome-scale RNAi and CRISPR screening.
These are a few of the thesis projects available for graduate students available:
(1)Nutrient sensing by mTORC1 in vitro and in vivo. There are projects available to: identify the glucose sensor for the mTORC1 pathway; discover nutrient sensors in animals beyond mammals; understand how the known nutrient sensors (Sestrin for leucine, CASTOR for arginine, and SAMTOR for methionine) function in vivo in mice; and elucidate the biochemical function of key components of the nutrient sensing pathway, including GATOR2. These projects will use the tools of biochemistry and/or mouse mutants with specific mutations in nutrient-sensing pathway components.
(2)Lysosomes in normal physiology and disease. Our interest in mTORC1 led is to lysosomes as the activation of mTORC1 requires its translocation to the lysosomal surface. Using the Lyso-IP methodology and CRISPR screening technology there are projects available to: understand how common and rare neurodegenerative diseases impact lysosomal function; characterize and identify the contents of lysosomes in specialized cell types, like immune cells.
(3)Development of drug-like molecules for proteins of interest: In collaboration with medicinal chemists at IOCB and elsewhere, there are projects available to develop drug-like molecules that target mTOR pathway components as well lysosomal and mitochondrial proteins.
I am also open to ideas in the broader area of growth and metabolism from motivated students who are excited to forge a novel thesis project in consultation with me.