Ukončené granty:

  • Nanobiofotonika pro medicínu budoucnosti

    Grantová agentura: GAČR
    Identifikační číslo grantu: P205/12/G118
    Hlavní řešitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc. (Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.)
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

    Annotace grantu
    Biofotonika představuje jednu z nejrychleji se rozvíjejících vědeckých disciplín současnosti. Očekává se, že biofotonika se bude významně podílet na formování nové generace nástrojů a metod pro medicinální výzkum a diagnostiku a přispěje tak k efektivnější, kvalitnější a dlouhodobě udržitelné zdravotní péči. Navrhovaný projekt je projektem základního orientovaného výzkumu v oblasti biofotoniky se zaměřením na biosenzory založené na fotonických nanostrukturách. Hlavní výzkumné oblasti tohoto projektu zahrnují jak výzkum fotonických jevů na kovových nanostrukturách s povrchovými plasmony a nových nástrojů pro jejich teoretickou analýzu, tak propojení těchto nanostruktur s biomolekulami a studium interakcí mezi biofotonickými nanostrukturami a biologickými vzorky. Projekt dále zahrnuje přípravu a experimentální charakterizaci speciálních nanostruktur pro nové typy biosenzorů na bázi resonance povrchových plasmonů (SPR) a povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) pro detekci biomarkerů onkohematologických onemocnění.

  • Regulační úseky nukleových kyselin - polymorfismus, dynamika a interakce

    Grantová agentura: GAČR
    Identifikační číslo grantu: 15-06785S
    Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

    Annotace grantu
    Projekt je zaměřený na detailní studium strukturního uspořádání, tvorby biologicky relevantních komplexů a dynamiky vybraných reprezentativních typů regulačních úseků nukleových kyselin - DNA guaninových kvadruplexů, sekvencí miRNA a DNA transkripčních elementů obsahujících CArG box - pro objasnění molekulárního mechanismu jejich regulační funkce a jejího ovlivňování externími faktory, jmenovitě molekulárním crowdingem, teplotou a molekulárním okolím zabezpečujícím nábojovou kompenzaci. Úseky nukleových kyselin, případně jejich komplexy s klíčovými proteiny, budou studovány metodami SPR biosenzoru, Ramanovy a NMR spektroskopie, CD spektroskopie, Ramanovy optické aktivity a molekulárně-dynamických simulací.

  • UV rezonanční Ramanův rozptyl nukleových kyselin

    Grantová agentura: GAUK
    Identifikační číslo grantu: 691412
    Hlavní řešitel: RNDr. Jakub Klener, Ph.D.
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

    Annotace grantu
    Projekt je zaměřen na problematiku určování sekundárního a terciálního strukturního uspořádání nukleových kyselin (NA) a jejich interakcí. S ohledem na požadavek měřit v přirozeném vodném prostředí, je pro tento účel velmi vhodná Ramanova spektroskopie, umožňující získávání základních informací o struktuře, strukturních změnách NA a jejich komplexaci s dalšími molekulami. Nevýhodou standardní Ramanovy spektroskopie používající excitační záření z viditelné oblasti spektra je nutnost poměrně vysoké koncentrace NA a problémy s častou kontaminací vzorků cizorodými nízkomolekulárními látkami. Tyto problémy principiálně překonává rezonanční Ramanův rozptyl (RRS), který používá excitační záření v oblasti dlouhovlnného absorpčního pásu nukleových kyselin. S ohledem na podstatně vyšší náročnost na technické zařízení, justaci spektrometru i použití postupů zamezujících vzniku artefaktů způsobených fotopoškozením NA, je však tato technika používána pro studium NA zatím poměrně vzácně. Náplní projektu bude vedle stavby UV rezonančního Ramanova spektrometru a vývoje vhodné techniky pro práci s UV fotocitlivým vzorkem především systematické proměření sad modelových struktur nukleových kyselin a porovnání se standardními vibračními a elektronovými spektry těchto látek, aby bylo možné nalézt a interpretovat konformační a interakční RRS markery. Tyto poznatky budou aplikované při navazujícím studiu vybraných strukturních motivů nukleových kyselin, které se významně uplatňují při přenosu a expresi genetické informace.

  • Molekulární mechanismy rozpoznání DNA regulačního segmentu transkripčními faktory z rodiny MADS-box

    Grantová agentura: GAUK
    Identifikační číslo grantu: 402111
    Hlavní řešitel: Mgr. Barbora Řezáčová
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc., Mgr. Pavla Ottová, RNDr. Václav Profant

    Annotace grantu
    Projekt je zaměřen na studium fyzikálně-chemických vlastností a tvorby komplexů transkripčních faktorů rodiny MADS-box a regulačního segmentu DNA. Cílem projektu je objasnění funkční role MADS-boxu při specifickém rozpoznávání DNA segmentu obsahujícího CArG-box (CC (A/T)6GG). Geometrie spolu s dynamikou modelových oligomerů, proteinu a jejich komplexu budou charakterizovány pomocí spektroskopických metod, především Ramanovy a UV absorpční spektroskopie, stacionární i časově rozlišené fluorescenční spektroskopie včetně metod stopped flow a dohasínání anizotropie fluorescence. K doplnění termodynamických charakteristik budou využita mikrokalorimetrická měření (DSC). V prvním roce řešení bude zjištěn vliv vnějších podmínek, zejména pH, teploty a přítomnosti vybraných kationtů na stabilitu konformace modelových oligonukleotidů, proteinů a komplexů protein-oligonukleotid a charakterizovány projevy vzniku komplexu MADS-boxu s cílovým DNA segmentem na jeho spektrum Ramanova rozptylu, fluorescenční emisní spektrum a jeho anizotropii. Další etapy řešení projektu budou věnované studiu dynamiky DNA segmentu, modelových proteinů a jejich komplexů pomocí dohasínání anizotropie fluorescence vnitřního fluoroforu (Tyr) i fluorescenčních značek a/nebo sond.

  • Vznik a dynamika strukturních motivů nukleových kyselin podílejících se na regulaci genové exprese

    Grantová agentura: GAČR
    Identifikační číslo grantu: 202/09/0193
    Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.
    Spoluřešitelé: Ing. Ivan Rosenberg, CSc. (Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.), Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc. (Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.), Michaela Vorlíčková (Biofyzikální ústav, Akademie věd České republiky, v.v.i.)

    Annotace grantu
    Projekt se zabývá vlastnostmi důležitých úseků nukleových kyselin (NA) z hlediska jejich strukturních fluktuací a kinetiky tvorby a zániku strukturních útvarů, případně jejich komplexů. Hlavní důraz bude kladen na použití široké škály pokročilých experimentálních technik včetně mikro-Ramanovy spektroskopie, senzorů na bázi rezonance povrchových plasmonů (SPR) a dynamických NMR měření na 13C-značených nukleotidech, doplněných molekulárně-dynamickými simulacemi. Výzkum bude zaměřen na několik skupin NA strukturních motivů významných pro přirozenou či uměle řízenou regulaci genové exprese. Kromě důkladného porozumění strukturním a dynamickým vlastnostem přirozených i chemicky modifikovaných NA strukturních motivů dojde i k rozvoji určitých experimentálních technik, konkrétně k vývoji směšovacího mikrofluidního systému pro mikro-Ramanova měření a k implementaci nové koncepce SPR snímání s polarizačním kontrastem pro vysoce paralelizovaná měření.

  • TAR a DIS segmenty HIV-1 RNA: strukturní stabilita vlásenek a jejich komplexů s potenciálními aptamery

    Grantová agentura: GAUK
    Identifikační číslo grantu: 50910
    Hlavní řešitel: Mgr. Pavla Ottová
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc., Mgr. Barbora Řezáčová

    Annotace grantu
    Tento projekt je zaměřen na experimentální studium strukturní stability význačných vlásenek HIV–1. Pomocí analýzy teplotních závislostí spekter Ramanova rozptylu a výsledků doplňkových měření UV absorpce a mikrokalorimetrických měření bude popsán stabilizující vliv hořečnatých iontů na strukturu a flexibilitu vlásenky TAR, její aptamer R06 a jejich „kissing“ komplex. Tím budou vyjasněny fyzikálně-chemické podmínky pro úspěšnou inhibici regulační funkce TAR vlásenky pomocí aptamerové strategie. Dalším úkolem projektu, který bude řešen v následujících letech, je charakterizace teplotní závislosti struktury DIS vlásenky a jejích potencionálních aptamerů a srovnání tvorby a stability „kissing“ komplexů mezi dvojicí DIS vlásenek a mezi DIS vlásenkou a jejím aptamerem. Rovněž bude v rámci projektu objasněná i úloha hořečnatých iontů při stabilizaci struktury vlásenky DIS a jejích komplexů.

  • Strukturní a fyzikální vlastnosti komplexů RNA vlásenek s chemicky modifikovanými aptamery

    Grantová agentura: GAUK
    Identifikační číslo grantu: 147507
    Hlavní řešitel: Mgr. Jan Vachoušek
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc., Mgr. Pavla Ottová, Mgr. Barbora Řezáčová

    Annotace grantu
    Studium vlastností RNA vlásenek má velký význam zvláště pro antivirové terapie, neboť RNA vlásenky plní důležité funkce v replikačním cyklu především retrovirů, včetně viru HIV. Mezi nejvíce studované RNA vlásenky v současnosti patří vlásenky TAR a DIS vyskytující se v HIV virové RNA. Funkci těchto RNA vlásenek lze úspěšně blokovat pomocí chemicky modifikovaných antisense aptamerů, které ukazují, že mají potenciál otevřít další cestu vedoucí k potlačení epidemie HIV v budoucnosti. Pro úspěšný návrh účinných antisense aptamerů je však nezbytné znát strukturu a vlastnosti nejenom jich samotných, ale také jejich RNA cílových protějšků. Tento problém bude řešen pomocí Ramanovy spektroskopie, UV spektroskopie a dalších doplňkových metod.

  • Spektroskopická a molekulárně–dynamická charakterizace mechanismu interakce Ribonukleázy H s hybridním DNA/RNA duplexem.

    Grantová agentura: GAUK
    Identifikační číslo grantu: 257688
    Hlavní řešitel: RNDr. Martin Kříž, Ph.D.
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc., Mgr. Pavla Ottová, Mgr. Barbora Řezáčová

    Annotace grantu
    Projekt je zaměřen na studium fyzikálně-chemických vlastností komplexů proteinů a nukleových kyselin. Ke studiu těchto komplexů budou použity spektroskopické metody, zejména Ramanova spektroskopie a mikrospektroskopie, a dále molekulárně-dynamické simulace. Jako modelový protein byl vybrán enzym Ribonukleáza H, který specificky interaguje s hybridním duplexem DNA/RNA a selektivně degraduje RNA vlákno. Cílem projektu je ujasnění vlivu chemické struktury páteře neštěpeného řetězce (přirozená DNA versus modifikace) a bázových sekvencí, případně i role vícevalentních iontů při vazbě enzymu na substrát a v průběhu štěpení RNA řetězce.

  • Izopolární fosfonátové oligonukleotidy jako alternativa fosforothioátových při regulaci exprese genomu

    Grantová agentura: GAČR
    Identifikační číslo grantu: 203/05/0827
    Hlavní řešitel: Ing. Ivan Rosenberg, CSc. (Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.)
    Spoluřešitelé: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

    Annotace grantu
    Projekt je zaměřen do oblasti základního výzkumu přípravy a vlastností nového typu chimerických fosfonátových analogů oligonukleotidů obsahujících izopolární fosfonátovou internukleotidovou vazbu. Tyto oligonukleotidy se studují v relevantních biochemických a biologických experimentech abychom zjistili, zda-li také tyto látky mají svá slabá místa a omezení podobná těm, které se vyskytují u fosforothioátových oligonukleotidů. Vyjímečná rezistence našich oligonukleotidů s fosfonátovými internukleotidovými vazbami (např. 3’-O-P-C-O-5’’, 3’-O-C-P-O-5’’ a 3’-O-P-C (OH)–5’’) proti štěpení nukleázami, protektivní účinek modifikovaných vazeb na sousední vazby fosfodiesterové při působení nukleáz, vynikající hybridizační vlastnosti, jakož i strukturní rozmanitost našich modifikací dávají předpoklady pro přípravu chimerických oligonukleotidů jejichž vlastnosti by byly přinejmenším srovnatelné s konstrukty složenými z fosforothioátů. Očekáváme zásadní poznatky, které by mohly být přímo využity při optimalizaci oligonukleotidových konstruktů v antisensní, antigenové a aptamerní strategii cílené na nové terapeutické přístupy založené na regulaci exprese genomu.

  • Neinvazivní fyzikální diagnostika molekulárních interakcí při regulaci genové exprese

    Grantová agentura: GAČR
    Identifikační číslo grantu: 202/05/0628
    Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

    Annotace grantu
    Rozvoj účinných optických metod citlivého sledování biomolekulárních interakcí v malých objemech vzorků bez nutnosti zavádění molekulárních značek do interakčního místa a jejich aplikace při studiu těch interakcí nukleová kyselina – protein, které hrají významnou roli v regulaci genové exprese a v “antisense” terapii. U vybraných štěpících a regulačních enzymů bude sledování tvorby, struktury a biochemické aktivity jejich komplexů s nukleovými kyselinami. Metodický vývoj zahrnuje </p> <ul> <li> technické a matematické řešení přesných měření Ramanova rozptylu v nmol množstvích, </li> <li> konstrukci senzorového systému vysokého rozlišení s až osmi v reálném čase měřícími kanály, založeném na rezonanci povrchových plasmonů, </li> <li> vypracování komplexních interakčních modelů pro biomolekuly zahrnujících i vliv hydrodynamických podmínek, </li> <li> přípravu modifikovaných oligonukleotidů s různou strukturou cukr – fosfátové páteře. </li> </ul>