Laboratoř virologie
Vedoucí:
Sandra Huerfano Meneses, Ph.D.
Kde nás najdete:
Areál BIOCEV, Průmyslová 595, Vestec, 252 42
1. nadzemní podlaží, křídlo 3 (místnosti 007, 008, 009, 011, 012, 013, 015)
Výzkumná problematika
Laboratoř virologie na katedře genetiky a mikrobiologie PřF UK byla založena doc. RNDr. Jitkou Forstovou, CSc., v r. 1993. Do r. 2015, byly prostory Laboratoře umístěny v budově Viničná 5, Praha 2 - Nové Město, poté se Laboratoř přestěhovala do areálu BIOCEV ve Vestci u Prahy, špičkové komplexní platformy pro rozvoj moderních biotechnologií a biomedicíny, které sdružilo 56 výzkumných týmů z Akademie věd České Republiky a Univerzity Karlovy.
Naše skupina se zabývá studiem biologie malých neobalených DNA virů. Nabízíme jedinečné prostředí pro základní i aplikovaný výzkum a poskytujeme mnoho příležitostí pro bakalářské a magisterské studenty.
Náš výzkum je zaměřen především na myší polyomavirus (MPyV) jako modelový virus pro lidské polyomaviry (BKPyV, JCPyV a MCPyV), které mohou způsobovat vážná onemocnění u imunokompromitovaných pacientů. Například MCPyV způsobuje agresivní karcinom Merkelových buněk, zatímco BKPyV vede k nefropatii a je nejčastější příčinou selhání transplantovaných ledvin. Od roku 2022 jsou v naší Laboratoři prováděny i studie lidského BK viru.
V současnosti se zaměřujeme na tři hlavní oblasti:
1) Transport polyomavirů do jádra a interakce virových proteinů s buněčnými partnery
Studovali jsme roli endozomálních buněčných struktur a cytoskeletu při produktivní infekci MPyV. Odhalili jsme, že produktivní endocytická cesta začíná endocytózou viru v monopinocytických váčcích pocházejících z membránových raftů, následovanou postupným transportem viru z raných endozómů do pozdních kyselých kompartmentů, odkud je tříděn do endoplazmatického retikula (ER). Kyselé pH v endozómech a pohyb váčků zprostředkovaný dyneinem jsou nezbytné pro virovou infekci. Viriony jsou uvolňovány z ER do cytosolu s pomocí menších strukturních proteinů. V cytosolu se částečně rozložené viriony vážou na importiny pro transport do jádra.
Studovali jsme také vlastnosti, interakce a funkce časných tumorových antigenů a pozdních kapsidových proteinů MPyV, často ve spolupráci se zahraničními laboratořemi. Mimo jiné jsme zjistili, že onkogenní protein MT je skutečně transmembránový protein nacházející se v shlucích v membránových raftech, což je uspořádání důležité pro schopnost MT transformovat buňky. Dále jsme identifikovali nové buněčné interakční partnery hlavního kapsidového proteinu VP1, konkrétně pleiotropní regulátor YY1, který se zdá být zapojen do remodelace virového minichromozomu spojeného s morfogenezi virionu, stejně jako HSP90 a mikrotubuly. Přímé vazby pentamerů VP1 na mikrotubuly ovlivňují průběh buněčného cyklu. Dále byly odhaleny viroporinové vlastnosti menších strukturních proteinů VP2 a VP3, jejichž hydrofobní domény interagují s intracelulárními membránami a jsou důležité pro uvolňování virionu z ER.
2) Imunitní odpověď hostitele na polyomaviry a jejich složky
Významná část našeho vědeckého výzkumu se zaměřila na buněčnou imunitní odpověď na polyomavirové infekce a chimérické virus-like particles (VLPs) odvozené od polyomavirů. V posledních letech jsme se soustředili na mechanismy vrozeného imunitního rozpoznávání DNA polyomavirů. Mimo jiné jsme zjistili, že rozpoznávání virové DNA v infikovaných buňkách zprostředkovávají p204 (myší analog lidského IFI16) a cGAS senzory DNA. Dále naše studie přispěly k odhalení buněčného rozpoznávání infekce polyomaviry prostřednictvím Toll-like receptoru 4 (TLR4). Aktivace TLR4 vede k produkci interleukinu 6 a dalších cytokinů, které ovlivňují buněčné mikroprostředí a podporují vývoj fibroblast-like fenotypu spojeného s rakovinou.
Zajímavé jsou také studie imunitních odpovědí na VLP nanostruktury, které mohou být terapeuticky využity. Nejprve bylo zjištěno, že myši, kterým byly intranasálně podány chimérické VLPs se zeleným fluorescenčním proteinem EGFP, silně produkovaly protilátky proti VP1 kapsidovému proteinu, ale ne proti samotnému EGFP. Studie na dendritických buňkách poté odhalily, že VLPs indukují sekreci interleukinu 12, ale ne aktivaci ko-stimulačních molekul ani markerů maturace. Tyto výsledky naznačují, že polyomavirové VLPs jsou slibné nanočásticové nosiče, ale je třeba je dále vyvíjet a zlepšovat strategie prezentace antigenů a imunizace.
3) Využití myších polyomavirových částic (MPyV-VLPs) v nanotechnologii
V kontextu nanotechnologií mají VLPs několik unikátních biochemických vlastností (jsou biologicky rozložitelné a na rozdíl od jiných polymerů mají dobře definovaný tvar a strukturu), což usnadňuje jejich použití jako lešení pro konstrukci nanoobjektů pro biomedicínské aplikace. Modifikovali jsme VP1 v rámci VLPs, abychom změnili přirozený tropismus částic pro specifické receptory rakovinných buněk. Jako experimentální model rakovinných buněk jsme použili lidské buňky nádoru prostaty odolné k androgenu, které exprimují specifický povrchový marker rakoviny, prostatický membránový antigen (PSMA). Kromě toho jsme již dříve připravili druhově specifické antigeny na bázi rekombinantního VP1, které byly použity pouze pro sérologické studie. Ve spolupráci s firmou VIDIA s.r.o. jsme vyvinuli multiplexní diagnostický konfirmační LIA test založený na technologii rekombinantních VLPs pro detekci druhově specifických protilátek proti BKPyV, MCPyV a JCPyV pro klinické použití. Ve spolupráci s firmou Dyntec, s.r.o. jsme vyvinuli veterinární vakcíny proti prasečímu cirkoviru 2 na bázi chimérických struktur polyomavirů.
Členové Laboratoře jsou zároveň členy výzkumného týmu "Interakce virových a buněčných struktur v průběhu virové infekce a vývoj nanostruktur pro medicínské a veterinární účely" působícího v rámci programu "Buněčná biologie a virologie" v biotechnologickém a biomedicínském centru AV ČR a UK v Praze BIOCEV, a dále jsou zapojeni i do výzkumných programů v rámci Národního institutu virologie a bakteriologie, což je platforma sdružující špičková virologická a mikrobiologická pracoviště v rámci celé České republiky.