Řada přírodních látek má prokazatelné účinky na některé biochemické a buněčné parametry se vztahem ke stresu, stárnutí a nemocem souvisejícím se stárnutím a stářím. Účinky kandidátních látek (včetně např. fytohormonů) jsou studovány na primárních lidských liniích a na modelovém organismu Caenorhabditis elegans. Očekávané indikace zahrnují poruchy spánku, neurodegenerativní onemocnění a stárnutí kůže. V oblasti dermatologie a kosmetiky je cílem identifikace látek pro terapii poruch pigmentace (hodnocení melanogeneze) a psoriázy (diferenciace keratinocytů). Vyvíjíme také látky s vylepšenou schopností dosáhnout hlubokých vrstev kůže. Hlístice Caenorhabditis elegans je také využívána jako model pro vyhledávání nových antihelmintik. Studujeme také mechanismy rezistence želvušek (Tardigrada) k radiaci. Testované látky a molekulární cíle jsou vyhledávány pomocí bio- a cheminformatických metod.

Členové týmu: Jiří Voller, Alena Kadlecová, Václav Mik, Dominika Trofimenková, Tomáš Jirsa

Výzkum je zaměřený na vyhledávání nových biologicky účinných metabolitů nebo biomarkerů v rostlinách, houbách, bakteriích a dalších organismech. Účinné látky jsou identifikovány pomocí metabolomických a bioinformatických metod, jejichž vývoj je také předmětem výzkumu této skupiny. Jedná se především o vývoj výpočetních nástrojů a software pro zpracování LC-QTOF-MS dat a identifikaci aktivních metabolitů. Ve spolupráci s ostatními skupinami jsou vyhledávány látky s protizánětlivými, antioxidačními, antiproliferačními, antimikrobiálními a anthelmintickými vlastnostmi. Speciální pozornost je potom věnována vlivu nízkomolekulárních metabolitů na růst, vývoj a reprodukci rostlin.

Členové týmu: Jiří Grúz, Klára Supíková, Kateřina Skořepová, Andrea Kosinová

Fosforylace představuje univerzální mechanismus regulace struktury, lokalizace, aktivity a stability proteinů zapojených prakticky ve všech buněčných procesech. Odhaduje se, že 10-50 % proteinů může být fosforylováno, často i na mnoha místech najednou. Fosforylaci katalyzují enzymy ze skupiny proteinkinas a jejich změny mohou být příčinou řady onemocnění a poruch. Četné abnormality vztahující se k aktivitám proteinkinas byly idenfikovány také v nádorech. Geny kódující proteinkinasy bývají mutovány, amplifikovány a translokovány, což v důsledku výrazně mění chování buněk a podstatnou měrou přispívá k jejich nádorové transformaci. Pochopení těchto molekulárních změn iniciovalo vývoj nízkomolekulárních inhibitorů proteinkinas, které zasahují důležité buněčné procesy a uplatňují se nejen jako nástroje v buněčné biologii, ale zejména jako léčiva pro nádorová onemocnění.

Vývoj inhibitorů proteinkinas jako potenciálních protinádorových léčiv probíhá také v naší laboratoři. Systematicky navrhujeme, připravujeme a studujeme sloučeniny na bázi purinu a jemu isosterních heterocyklických systémů, jako jsou například 8-azapuriny, pyrazolo[4,3-d]pyrimidiny, pyrazolo[4,3-e][1,2,4]triaziny, imidazo[4,5-c]pyridiny nebo imidazo[1,2-c]pyrimidiny. Některé naše inhibitory vykazují nanomolární aktivitu v buněčných i v myších modelech rakoviny. Zabýváme se nejen osvědčenými kompetitivními inhibitory, ale také moderními modulátory stability kinas na bázi cílené degradace technologií PROTAC. Mezi studované enzymy patří zejména cyklin-dependentní kinasy (CDK) a receptorové kinasy FLT3 a PDGFR.

Některé nízkomolekulární inhibitory proteinkinas se dnes již běžně používají jako léčiva, nicméně řada onkologických onemocnění zůstává stále odkázána na klasická cytostatika, jejichž používání provází nepříjemné vedlejší účinky. Proto považujeme tuto oblast výzkumu za velmi atraktivní a vývoj inhibitorů proteinkinas na méně probádaných heterocyklických systémech je jedním z našich současných výzkumných záměrů.

Členové týmu: Vladimír Kryštof, Eva Řezníčková, Radek Jorda, Tomáš Gucký, Denisa Hendrychová, Hana Dostálová, Markéta Kovalová, Miroslav Peřina, Veronika Vojáčková, Petra Krňávková

V současné době vzrůstá výskyt mnoha neurodegenerativních onemocnění, mezi které patří zejména Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova choroba nebo amyotrofická laterální skleróza. Současná symptomatická léčba poskytuje pouze zmírnění příznaků onemocnění. V rámci naší skupiny se věnujeme vývoji in vitro modelů převážně Parkinsonovy choroby ale i modelů zahrnující aspekty patologie Huntingtonovy případně Alzheimerovy choroby na lidských neuronálních a gliových buněčných liniích. Současně s neurodegeneracemi se zabýváme i modely neurozánětů.

Na výše zmíněných modelech testujeme sloučeniny z různých skupin, zejména puriny a azapuriny, steroidy včetně oxysterolů, triterpeny, ale také přírodní rostlinné hormony či extrakty. U aktivních látek je sledován jejich vliv na produkci superoxidových radikálů, aktivaci apoptózy či neapoptotické smrti, mitochondriální membránový potenciál a tvorbu mitochondriálních pórů přechodné propustnosti. U nejlepších látek je studován mechanismus účinku pomocí farmakologické modulace signálních drah spjatých s jadernými receptory, s adenosinovými či kanabinoidními receptory a receptory neurotransmiterů. Dále je studován efekt na proteiny či enzymy spjatými s neurotransmitery acetylcholinem, kyselinou glutamovou a g-aminomáselnou, s oxidativním stresem, mitochondriemi, ale i s kinázami (např. protein kináza A, B a C). Nedílnou součástí studia neuroprotektivních účinků sloučenin je i analýza změn koncentrace aminokyselin, neurotransmiterů a jejich metabolitů jakožto biomarkerů neurodegenerace či neuroprotekce. Takto identifikované sloučeniny vykazující silné neuroprotektivní účinky s minimální toxicitou by se po následné evaluaci in vivo mohly stát novými kandidáty pro terapii neurodegenerativních onemocnění. 

Členové týmu: Gabriel Gonzalez, Dita Jordová

Naše skupina se zaměřuje na hledání nových přírodních látek a jejich derivátů, které by mohly sloužit jako předloha pro nová léčiva odvozená od těchto látek. Zabýváme se biologickou aktivitou přírodních sloučenin a jejich derivátů v nádorových a normálních lidských buňkách. Zajímá nás cytotoxická, antiproliferační, proapoptotická, antiangiogenní a protizánětlivá aktivita. Zkoumáme především steroidní látky: brassinosteroidy, triterpeny, kardenolidy, saponiny, betuliny, androstany, další steroidní sloučeniny, dále také alkaloidy a rostlinné extrakty.

Věnujeme se studiu cytotoxického účinku těchto látek a jejich syntetických analog na lidské rakovinné i normální buněčné linie. Bylo zjištěno, že některé přírodní sloučeniny mohou inhibovat proliferaci těchto buněk, navozovat apoptózu nebo ovlivňovat buněčný cyklus, proto se snažíme objasnit molekulární mechanismus účinku těchto látek v různých buněčných typech. Také vyvíjíme testy na lidských steroidních receptorech (AR, ER, PR, GR, MR, VDR). Na základě výsledků molekulárního dokování vybíráme látky pro další testování biologické aktivity.

Angiogeneze, růst nových krevních kapilár, je nezbytná pro vývoj orgánů, ale i pro růst solidních nádorů a metastáz. Antiangiogenní terapie zahrnuje inhibici proteolytických enzymů, které štěpí extracelulární matrix obklopující existující kapiláry, inhibici proliferace endotelových buněk, migrace a navození apoptózy endotelových buněk. Účinné antiangiogenní inhibitory, schopné blokovat růst nádorů, mohou mít potenciál pro vývoj nových generací protinádorových léčiv.

Přírodní látky jsou stále v zájmu farmaceutických společností pro hledání nových protizánětlivých léčiv vzhledem k nedostatku účinných léčiv bez vedlejších účinků. Zdrojem takovýchto sloučenin by mohly být právě přírodní látky a jejich deriváty odvozené od nich. Nové protizánětlivé látky se mohou nacházet v rostlinách, houbách, mořských organismech, hmyzu a jejich produktech. Nově izolované, identifikované nebo derivované sloučeniny se studují vzhledem k jejich biologické aktivitě a mechanismu účinku. Pomocí korelační metabolomiky jsme pak schopni vyhledat účinnou látku v extraktu. Přírodní produkty jsou velkým zdrojem potenciálních nových protizánětlivých sloučenin. Látky pocházející z přírody by mohly sloužit jako předloha pro novou generaci derivátů odvozených od těchto látek.

Členové týmu: Lucie Rárová, Marie Kvasnicová, Tereza Štenclová, Anežka Šindlerová

Skupina se dlouhodobě zabývá studiem funkce proteinů in vitro a in vivo, jejich strukturou a vazebnými interakcemi s ligandy (metabolity). Výzkum je zaměřen na dva hlavní tematické okruhy:

Prvním okruhem je nadrodina rostlinných a lidských aldehyddehydrogenas (ALDHs), které oxidují biogenní a xenobiotické aldehydy pomocí NAD(P)⁺. Aldehydy jsou velmi reaktivní sloučeniny a jsou generovány během metabolismu sacharidů, vitamínů, biogenních aminů, aminokyselin, steroidů a lipidů. ALDH jsou obecně považovány za detoxifikační enzymy tím, že se účastní adaptivní odpovědi na abiotický stres a aldehydy eliminují. V průběhu posledních deseti let jsme charakterizovali rostlinné rodiny ALDH2 (PDB ID: 4PXL, 4PZ2), ALDH7 (PDB ID: 4PXN), ALDH10 (PDB ID: 3IWK, 3IWJ, 4I8P, 4I9B, 4IQ8), ALDH12 (PDB ID: 6D97), a ALDH21 (PDB ID: 5MZ5, 5N5S, 5MZ8) a lidské ALDH7 a ALDH9 (PDB ID: 6QAK, 6QAO, 6QAP).

Druhým okruhem jsou enzymy a proteiny účastnící se metabolismu a percepce rostlinných hormonů cytokininů, které regulují základní rostlinné procesy včetně buněčného dělení, vývoj meristémů, stonku, kořene, semen a senescenci. Jde o rodiny cytokininoxidas/dehydrogenas (CKO/CKX, PDB ID: 4O95, 3S1C, 3S1D, 3S1E, 3S1F, 4MLA, 4ML8, 4OAL, 3KJM, 2QKN, 2QPM, 5HQX, 5HMR, 6YAO, 6YAQ, 6YAP), nukleosid-N-ribohydrolas (NRH, PDB ID: 4KPN, 4KPO), adenosinkinas (ADK), adeninfosforibosyltransferas (APRT) a histidinkinasových receptorů obsahujících CHASE doménu. Modulace hladin cytokininů, skrze tyto enzymy, představuje možnost zlepšení některých vlastností zemědělských plodin (např. výnos nebo odolnost vůči abiotickému stresu) v budoucnu.

Výzkum zahrnuje techniky heterologní exprese genu kódujícího studovaný protein v E. coli, kvasinkách nebo Arabidopsis thaliana, přípravu overexpressorových či knockout linií v mechu Physcomitrella patens ve spolupráci s pracovištěm na Univerzitě v Hamburku (Dr. Klaus von Schwartzenberg) či RTG krystalografie ve spolupráci s pracovišti na IJPB INRA Versailles (Dr. Pierre Briozzo) a na I2BC Univerzitě Paris-Saclay (Dr. Solange Moréra). U enzymů jsou analyzovány kinetické parametry substrátů a inhibitorů; vazebné parametry mezi proteinem a ligandem jsou studovány pomocí termoforézy v malém měřítku (MST). Další techniky představují metody qPCR, za účelem sledování změn v expresi genů, místně-řízenou mutagenezi spojenou se studiem vazebného/aktivního místa proteinů, nanodiferenciální skenovací fluorometrii (nanoDSF) spojenou se studiem stability proteinů, a CD spektrometrii, jež slouží ke studiu sekundárních struktur.

Členové týmu: David Kopečný, Martina Kopečná, Radka Končitíková, David J. Kopečný, Jakub Bělíček