Vliv sterické exkluze na biochemickou aktivitu molekulárních motorů

• Název práce v češtině: Vliv sterické exkluze na biochemickou aktivitu molekulárních motorů
• Název v anglickém jazyce: Steric exclusion effects and biochemical activity of molecular motors
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra biochemie (31-250)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Zdeněk Lánský, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem, čeká na schválení garantem
• Datum přihlášení: 15.10.2021
• Datum zadání: 18.10.2021
• Datum odevzdání elektronické podoby: 25.08.2022
• Datum proběhlé obhajoby: 15.09.2022
• Oponenti: RNDr. Tomáš Hendrych, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Molekulární motory jsou ATP-asy nezbytné např. pro funkci a vývoj nervové soustavy. Typický molekulární motor je kinesin-1, který se pohybuje v krocích podél mikrotubulů, čímž transportuje buněčný náklad (1). Kinesin-1 se pohybuje např. v axonech neuronů, jejichž vnitřní prostor je do značné míry vyplněn mnoha dalšími bio-makromolekulami, které s kinesinem-1 neinteragují. Tyto makromolekuly stericky zmenšují prostor, ve kterém probíhá biochemický cyklus kinesinu-1. Tato sterická exkluze, tzv. "macromolecular crowding", obecně ovlivňuje biochemickou aktivitu enzymů (2-4). Ačkoliv je cyklus kinesinu-1 studován již několik dekád, vliv této sterické exkluze na jeho biochemickou aktivitu je do značné míry neznámý (5-7).
V tomto projektu bude student za použití pokročilých mikroskopických metod sledovat biochemickou aktivitu jednotlivých rekombinantních molekul kinesinu-1 pohybujících se podél mikrotubulů rekonstituovaných in vitro. Biochemická aktivita kinesinu-1 bude sledována v roztoku inertních makromolekul, které jsou běžně používané jako modelové systémy sterické exkluze, jako např. polyethylenglykol o molární hmotnosti v rozsahu od 1 kg/mol až 1000 kg/mol. Student bude analyzovat jak se biochemická aktivita kinesinu-1 mění v závislosti na molární hmotnosti blokujících makromolekul, jejich koncentraci a jejich kombinaci.


Literatura:
(1) Cross R, Mechanochemistry of the kinesin-1 ATPase. Biopolymers, 105(8):476-82 (2016).
(2) Kuznetsova et al, What Macromolecular Crowding Can Do to a Protein. Int J Mol Sci. 15(12): 23090–23140 (2014).
(3) Chebotareva et al, Biochemical Effects of Molecular Crowding. Biochemistry, 69(11), 1239-1251 (2004)
(4) Akabayov et al, Impact of macromolecular crowding on DNA replication. Nature Communications, 4, 1615 (2013)
(5) Seitz et al, Processive movement of single kinesins on crowded microtubules visualized using quantum dots. EMBO J, 25:267-277 (2006)
(6) Leduc et al, Molecular crowding creates traffic jams of kinesin motors on microtubules. PNAS, 109 (16), 6100-6105 (2012)
(7) Nettesheim et al, Macromolecular crowding acts as a physical regulator of intracellular transport. Nature Physics, 1144–1151 (2020)