Molecular Mechanisms of Sema5c Signaling: From Axon Guidance to Autism (winter admission round)

• Thesis title in Czech: Molekulární mechanismy signalizace Sema5c: od řízení axonální navigace k autismu (zimní kolo přijímacího řízení)
• Thesis title in English: Molecular Mechanisms of Sema5c Signaling: From Axon Guidance to Autism (winter admission round)
• English key words: axon guidance, semaphorins, plexins, cryoEM
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Cell Biology (31-151)
• Supervisor: Mgr. Daniel Rozbeský, Ph.D.

Preliminary scope of work

Semaforiny představují klíčové signální proteiny řídící růst a navigaci axonů během vývoje nervové soustavy. Zatímco většina jejich tříd již byla detailně prozkoumána, třída 5 semaforinů (Sema5) zůstává strukturálně i mechanisticky prakticky neprobádaná. Jejich unikátní vlastností je přítomnost sedmi trombospondinových (TSR) domén, které umožňují interakce s glykozaminoglykany (GAG) a zřejmě zprostředkovávají přepínání mezi atraktivním a repulzivním vedením axonů.
Cílem disertační práce bude objasnit molekulární mechanismus signalizace Drosophila Sema5c, ortologu lidského SEMA5A — genu, jehož mutace byly opakovaně spojeny s poruchami autistického spektra (ASD). Student(ka) využije strukturní biologii (cryoEM, krystalografii) k určení struktury Sema5c a jejího komplexu s receptorem PlexinA, dále biochemické a biofyzikální metody (SPR, SEC-MALS, AUC) k popsání vazebných interakcí s GAG řetězci. Analýza bude doplněna buněčnými experimenty využívajícími pokročilé zobrazovací techniky, včetně STED super-rezoluční mikroskopie. Behaviorální a genetické testy na Drosophile, které ověří funkční důsledky vybraných mutací in vivo, budou provedeny ve spolupráci s partnerskou laboratoří (Jihočeská Univerzita).
Projekt je metodicky unikátní propojením strukturní biologie, biochemie a neurogenetiky. Umožní uchazeči detailně porozumět principům řízení axonální navigace a jejich narušení u neurovývojových poruch. Práce vyžaduje silné analytické schopnosti, pečlivost v laboratorní práci a motivaci osvojit si pokročilé metody moderní strukturní biologie. Výhodou je předchozí zkušenost s proteinovou chemií, purifikací nebo mikroskopií, avšak důležitější je zvídavost, schopnost samostatného myšlení a ochota učit se nové techniky v mezinárodním vědeckém prostředí. Projekt bude realizován na Přírodovědecké fakultě UK. Financování doktorského studenta bude zajištěno v poměru 50 % / 50 % a projekt je otevírán pro obě formy studia.

Preliminary scope of work in English

Semaphorins are key signaling proteins that control axon growth and navigation during the development of the nervous system. While most semaphorin classes have been studied in detail, class 5 semaphorins (Sema5) remain structurally and mechanistically poorly understood. Their unique feature is the presence of seven thrombospondin (TSR) domains, which enable interactions with glycosaminoglycans (GAGs) and are thought to mediate the switch between attractive and repulsive axon guidance.
The aim of this PhD project is to elucidate the molecular mechanism of Drosophila Sema5c signaling, an ortholog of human SEMA5A — a gene repeatedly linked to autism spectrum disorders (ASD). The student will employ structural biology approaches (cryo-EM, X-ray crystallography) to determine the structures of Sema5c and its complex with the PlexinA receptor, and will use biochemical and biophysical methods (SPR, SEC-MALS, AUC) to characterize its interactions with GAG chains. This analysis will be complemented by cell-based experiments using advanced imaging techniques, including STED super-resolution microscopy. Behavioral and genetic assays in Drosophila, which will assess the functional effects of selected mutations in vivo, will be performed in collaboration with a partner laboratory (University of South Bohemia).
The project is methodologically unique in its integration of structural biology, biochemistry, and neurogenetics. It will enable the candidate to gain an in-depth understanding of the molecular principles underlying axon guidance and their disruption in neurodevelopmental disorders. The work requires strong analytical skills, precision in laboratory practice, and motivation to master advanced methods of modern structural biology. Prior experience with protein biochemistry, purification, or microscopy is an advantage, but more important are curiosity, independent thinking, and willingness to learn new techniques in an international scientific environment. The project will be implemented at the Faculty of Science, Charles University. The PhD student’s funding will be provided on a 50% / 50% basis, and the project is open to both full-time and combined study formats.