Oddělení buněčné biologie a radiobiologie (DCBR)

Vedoucí: Falk Martin, RNDr., Ph.D. (falk@ibp.cz; +420-728084060)

Výzkumný profil DCBR

V oddělení buněčné biologie a radiobiologie se zabýváme širokou škálou otázek spojených se strukturou a funkcí chromatinu a molekulárních komplexů DNA u lidí a rostlin. Nejvíce nás zajímají principy organizace chromatinu v jádrech eukaryotických buněk a vztahy mezi architekturou a funkcí chromatinu za fyziologických a patologických podmínek; struktura a evoluce telomer; a funkce nekódujících DNA a RNA. Radiobiologický a farmaceutický výzkum se zaměřuje na komplexní reakci buněk na ozáření různými typy ionizujícího záření, zejména na poškození a opravu DNA v kontextu architektury chromatinu. V souvislosti s rozvojem radioterapie a kosmického výzkumu studujeme také možnosti ovlivnění poškození a opravy DNA pomocí radioprotektorů a radiosenzitizérů. Oddělení je organizováno do čtyř výzkumných skupin:

 

Klíčová slova výzkumu

Chromatin a DNA-molekulární komplexy v životně důležitých a patologických procesech u lidí a rostlin

  • Struktura a funkce chromatinu a DNA-molekulárních komplexů v regulaci fyziologických a patologických procesů v buněčném jádře s důrazem na karcinogenezi
  • Poškození, opravy a chybné opravy DNA v kontextu architektury chromatinu
  • Epigenetika
  • Biologie a evoluce telomer
  • Nekódující DNA a RNA
  • Radiobiologie, radiační biofyzika
  • Poškození a opravy DNA v mikro- a nano-měřítku
  • Chromatin jako síť v systémové odpovědi na poškození DNA
  • Vztahy mezi opravou poškození DNA, typem poškozujícího agens (viz níže), architekturou chromatinu, typem buňky atd.
  • Architektura chromatinu v regulaci opravy DNA na jednotlivých místech DSB
  • Mechanismy indukce, oprav a chybných oprav dvouřetězcových zlomů DNA (DSB)

Radioterapie, kosmický výzkum, CBRN, radiační ochrana a farmakologie

  • Poškození a oprava DNA při vystavení různým typům ionizujícího záření, CBRN nebo protinádorovým lékům, vztahy k architektuře chromatinu
  • Hadronová (iontová) léčba rakoviny
  • Radiosensitizátory, radioprotektiva a farmakologie pro radioterapii, průzkum vesmíru a civilní ochranu
  • Nanomedicína – kovové nanočástice jako radioenhancery specifické pro nádorové buňky a teranostiku
  • Biomarkery a software pro biodozimetrii a radiobiologický výzkum
  • Hypoxie
  • Imuno-radioterapie
  • Kryo-radioterapie

 

Výzkumné metody:

buněčná kultura (v hypoxii), imunofluorescenční konfokální mikroskopie, superrozlišovací mikroskopie, lokalizační mikroskopie jedné molekuly (SMLM) a COMBO-FISH – ve spolupráci (KIP, Heidelberg University), mikroskopie živých buněk, 3D fluorescenční in situ hybridizace (FISH) , imuno-FISH, imunocytochemie, Western bloting, PCR, RT-qPCR, funkční genomika a transkriptomika, buněčná transfekce, umlčování genů, buněčná proliferace a migrace v reálném čase, obrazová analýza, mikroindukce dvouřetězcových zlomů DNA na subjaderné úrovni,  -ozařování (protonové a iontové ozařování na spolupracujících ústavech)

 

VÝZKUMNÉ SKUPINY

1. Laboratoř funkce, poškození a opravy chromatinu (Martin Falk, falk@ibp.cz) zkoumá roli architektury chromatinu v životně důležitých a patologických buněčných procesech, zejména karcinogenezi a procesech vyvolaných expozicí ionizujícímu záření. Výzkumně zajímavé jsou účinky různých druhů ionizujícího záření (g, urychlené protony a těžké ionty) a CBRN na normální a nádorové buňky, zejména na charakter poškození DNA a mechanismy opravy DNA. Výzkumná skupina se snaží odhalit, jakou roli hraje struktura chromatinu, epigenetické modifikace a jaderná architektura v buněčné odpovědi na ozáření, nestabilitě genomu a spontánním poškození a karcinogenezi. Mezi důležité otázky, které je třeba řešit, patří a) funkce chromatinové sítě v systémové odpovědi na záření (poškození DNA) buňky jako celku ab) regulace opravy DNA na jednotlivých místech dvouřetězcového zlomu (DSB). Vědci rozsáhle zkoumají, jak co nejlépe využít současnou radioterapii a jak ji dále zlepšit; v současné době se nejvíce zabývají radiosensitizačním účinkem kovových nanočástic (nanomedicína).

2. Laboratoř experimentální farmakologie a radiobiologie (Tomáš Perečko, tomas.perecko@ibp.cz) studuje účinky ionizujícího záření na 1) krvetvorbu a 2) interakci nádorových buněk s imunitním systémem. Výzkum se zaměřuje na farmakologické ovlivnění regenerace krvetvorby v podmínkách akutního radiačního syndromu, mechanismy účinku studovaných látek a vliv potenciálně radioprotektivních látek na opravy poškození DNA. Laboratoř se zabývá také studiem vlivu nádorového mikroprostředí (hypoxie, zánětlivé cytokiny) na interakce nádorových a imunitních buněk ovlivněných ionizujícím zářením. Farmakologické ovlivnění těchto interakcí za pomoci malých molekul nebo biologických léčiv může přispět k účinnější a personalizované radioterapii nádorů.

3. Laboratoř molekulárních komplexů DNA (Jiří Fajkus, fajkus@ibp.cz) se zaměřuje na studium struktury a evoluce telomer a jejich role ve stabilitě chromozomů a speciaci rostlin. Projekty zahrnují charakterizaci nukleoproteinového složení telomer a telomeráz, analýzu interakcí komponent telomer a telomerázy a objasnění vztahů mezi jejich strukturou a funkcí. Výzkum zahrnuje i alternativní strategie udržování telomer.a epigenetické mechanismy zapojené do regulace genové exprese, homeostázy telomer a stability genomu.

4.Laboratoř nekódující DNA a RNA (Petr Fajkus, fajkuspe@ibp.cz) se specializuje na studium nekódujících RNA a DNA pomocí moderních přístupů srovnávací genomiky a biologie RNA s cílem identifikace funkčně významných RNA/DNA molekul a jejich zapojení do regulačních mechanismů (především, ale nejen, v rostlinných buňkách). U takových funkčně významných elementů zkoumáme především jejich evoluci, strukturu, hladinu expresse, vzajemné interakce a chemické modifikace.