Endoplasmic reticulum quality control stringency and its use in protein engineering

• Název práce v češtině: Stringence kontroly skládání proteinů v endoplasmatickém retikulu a jeho využití pro proteinové inženýrství
• Název v anglickém jazyce: Endoplasmic reticulum quality control stringency and its use in protein engineering
• Klíčová slova: kontrola skládání proteinů, endoplasmatické retikulum, proteinové inženýrství
• Klíčová slova anglicky: protein folding, protein quality control, endoplasmic reticulum, protein engineering
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Jiří Zahradník, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 05.10.2023
• Datum zadání: 05.10.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.10.2023

Předběžná náplň práce

Chybné nebo nevyvážené reakce v komplikovaném labyrintu signálních drah v imunitním systému jsou zodpovědné za různé patologie. Kvalitní kontrolní mechanismus v endoplazmatickém retikulu třídí proteiny na povrchu buněk a sekretované proteiny. Proteiny rozpoznané tímto systémem zůstávají v endoplazmatickém retikulu, jsou přeskládány nebo odeslány k degradaci. Mnoho imunitních disfunkcí je způsobeno absencí signální molekuly, která neprošla kvalitní kontrolním mechanismem. Správná funkce endoplazmatického retikulu je klíčová pro imunitní buňky, jejich vývoj a komunikaci. Navíc, kontrola kvality v endoplazmatickém retikulu musí být zohledněna při návrhu proteinů, které jsou dobře vystaveny na povrchu buněk nebo sekretovány do kultivačního médiu. Tato vlastnost není dostatečně oceněna v současné imunologické literatuře.
Nedávné výsledky prokázaly použitelnost technik inženýrství proteinů pro detailní analýzu mechanismu kontroly kvality. V této práci, budou techniky inženýrství proteinů použity k posouzení vlastností a přísnosti mechanismu kontroly kvality.
Platforma pro in vitro evoluci tzv. display bude využita k prozkoumání kontrolního mechanismu a to v kombinaci s strategií hlubokého sekvenování. Vybrané proteiny budou podrobeny náhodnému mutagenezi nebo mutačnímu skenování k vytvoření knihoven mutantních proteinů. Výsledné knihovny budou rozděleny do několika kategorií pomocí technik cytometrie. Tyto kategorie budou na základě chování v endoplasmatickém retikulu - normální zpracování, částečné zadržení v endoplazmatickém retikulu a úplné zadržení. Sekvenování odhalí mutace zodpovědné za změnu. Kombinace biofyzikálních technik a výpočtů bude analyzovat vybrané mutace. Výsledek tohoto projektu může otevřít možnosti pro lepší predikci a porozumění různým onemocněním spojeným s kvalitním kontrolním mechanismem endoplazmatického retikulu.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Erroneous or imbalanced responses inside the complicated maze of signaling paths in the immune system are responsible for various pathologies. The quality control apparatus in the endoplasmic reticulum sorts cell-surface and secreted proteins. The proteins recognized by the system are retained in the endoplasmic reticulum, refolded, or sent to degradation. Many immune dysregulations are caused by the absence of a signaling molecule that failed to pass the quality control apparatus. Good ER functions are critical for immune cells, their development and communication. Moreover, quality control must be considered to design proteins that are well exposed on the cell surface or secreted in culture media. This parameter is underappreciated in the current immunological literature.
Recent results demonstrated protein engineering techniques' applicability for deep analysis of quality control apparatus. Here, the protein engineering techniques will be used for deep assessment of quality control apparatus properties and stringency. The protein display platform will be utilized to explore quality control apparatus by techniques of protein engineering and deep sequencing strategies. Selected proteins will be subjected to random mutagenesis or to deep mutational scanning preparation to create protein libraries. The resulting libraries will be selected into multiple categories by FACS techniques. Such categories will be normal processing, partial retention in the endoplasmic reticulum and full retention. The sequencing will reveal mutations responsible for the processing change. A combination of biophysical techniques and computations will analyze selected mutations.The outcome of this project may open possibilities for better prediction and understanding of various diseases connected with the endoplasmic reticulum quality control apparatus.