Analýza modulačních účinků steroidních antagonistů na ionotropních glutamátových receptorech (NMDA aktivovaných iontových kanálech)

• Název práce v češtině: Analýza modulačních účinků steroidních antagonistů na ionotropních glutamátových receptorech (NMDA aktivovaných iontových kanálech)
• Název v anglickém jazyce: Analysis of the modulatory effect of steroid antagonists of NMDA receptor channels
• Klíčová slova: NMDA receptory, patch-clamp, excitotoxicita, kinetické modelování
• Klíčová slova anglicky: NMDA receptors, patch-clamp, excitotoxicity, kinetic modeling
• Akademický rok vypsání: 2017/2018
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Fyziologický ústav AV ČR, v.v.i. (32-FGUAV)
• Vedoucí / školitel: prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc.

Zásady pro vypracování

Bude upřesněno

Seznam odborné literatury

TRAYNELIS SF, WOLLMUTH LP, MCBAIN CJ, MENNITI FS, VANCE KM, OGDEN KK, HANSEN KB, YUAN H, MYERS SJ, DINGLEDINE R, SIBLEY D: Glutamate receptor ion channels: structure, regulation, and function. Pharmacol Rev 62: 405-496, 2010.
VYKLICKY V, KORINEK M, SMEJKALOVA T, BALIK A, KRAUSOVA B, KANIAKOVA M, LICHNEROVA K, CERNY J, KRUSEK J, DITTERT I, HORAK M, VYKLICKY L: Structure, function, and pharmacology of NMDA receptor channels. Physiol Res 63 Suppl 1: S191-203, 2014.

Předběžná náplň práce

N-methyl-D-aspartátové (NMDA) receptory patří mezi ionotropní glutamátové receptory, které zprostředkovávají rychlý synaptický přenos v centrální nervové soustavě savců a jsou klíčové pro učení a paměť. Na druhé straně jejich nadměrná aktivace vede k buněčné smrti, která je příčinou vzniku řady závažných neurologických a psychiatrických onemocnění. Nadměrná aktivace NMDA receptorů se uplatňuje např. při Alzheimerově chorobě, Parkinsonově chorobě, epilepsii, mrtvici či traumatickém poškození mozku. Cílem výzkumu NMDA receptorů je mimo jiné nalézt látky, které by zabránili dlouhodobé a nadměrné aktivaci NMDA receptorů při zachování jejich normální funkce (a tím zamezit nežádoucím vedlejším účinkům léčiva, jakými jsou např. halucinace).
V nedávné době naše laboratoř ukázala, že deriváty přirozeně se vyskytujícího neurosteroidu pregnanolon sulfátu jsou vzhledem k svému mechanizmu působení na NMDA receptorech nadějnou skupinou NMDA antagonistů. NMDA receptory během své aktivace procházejí řadou konformačních stavů vedoucích k otevřenému (vodivému) stavu receptoru. Tím že se deriváty neurosteroidů váží pouze do specifických konformačních stavů vyskytujících se převážně u patologicky aktivovaných receptorů, se snižuje pravděpodobnost výskytu nežádoucích vedlejších účinků při užívání těchto látek.
Otázkou zůstává, jaký vliv mají tyto látky na průběh proudů NMDA receptorů aktivovaných různými frekvencemi akčních potenciálů, jak rychle dochází k odblokování receptoru nebo jaký vliv mají různé koncentrace patologicky zvýšeného extracelulárního glutamátu na proudy NMDA receptorů. Rychlostní konstanty popisující rychlost přechodu mezi jednotlivými stavy receptoru a pravděpodobnost obsazení těchto stavů, jsou závislé na podjednotkovém složení receptorů i dalších faktorech (teplota, koncentrace vápenatých iontů v buňce, koncentrace cholesterolu v cytoplazmatické membráně, pH atd.), ty mohou být proměnné při různých patologických stavech. Významný vliv na výsledný účinek těchto látek má rychlost jejich vazby a rychlost jejich odvazování na/z receptoru. Tyto rychlostní konstanty se liší pro různé neurosteroidní deriváty.
Cílem dizertační práce je pomocí techniky terčíkového zámku (patch-clamp) a rychlého aplikačního systému roztoků provést experimenty na rekombinantních NMDA receptorech vedoucích k sestavení kinetického schématu blokády NMDA receptorů pro vybrané steroidní látky. V dalším kroku poté pomocí modelu simulovat v programu Gepasi důsledky přítomnosti těchto látek na průběhy proudů NMDA receptorů při řadě modelových situacích. Výsledkem analýzy by měla být odpověď na otázku: k léčbě jakého onemocnění se daná látka hodí nejvíce? (např. požadavky na léčivo pro léčbu epilepsie bude jiné něž pro léčbu mrtvice).
Výsledky by byly dále využity k testování vybraných látek na autaptických neuronech a zvířecích modelech zvolených onemocněních a k návrhu a následné syntéze nových látek s předem vytipovanými vlastnostmi na spolupracujících pracovištích Fyziologického ústavu a na Ústavu organické chemie a biochemie AVČR.
Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika.