Architektura dělícího vřeténka a buněčné signály

Studujeme výstavbu dělicího vřeténka v oocytech a embryích - dynamiku mikrotubulů, spolupráci signálních molekul a roli nově popsaných drah.

Kontaktní osoba: Dávid Drutovič

Savčí oocyty a rané embrya jsou náchylné k poruchám segregace chromozomů, výsledkem je pak nerovnoměrné rozdělení genetické informace do dceřiných buněk, co může vést k neplodnosti a vývojovým vadám. Pro vznik euploidních buněk, tedy buněk se správným počtem chromozomu, je důležitá výstavba dělicího vřeténka, buněčné struktury, která zajišťuje napojení a rozchod chromozomů k pólům buňky. V posledních letech se překvapivě ukazuje, že narušení dělícího vřeténka u lidských oocytů je hlavním faktorem vzniku aneuploidií nezávislých na věku matky. Příklady těchto defektů zahrnují neschopnost udržet stabilní dělící vřeténko a přechodný vznik tzv.  multipolárního dělícího vřeténka, které podporuje chybné připojení chromozomů na mikrotubuly dělícího vřeténka. Vzhledem k rostoucí prevalenci neplodnosti má řešení příčin poruchy meiotického dělícího vřeténka klinický význam.

Mechanismy řídící správné sestavení dělícího vřeténka v oocytech a embryích u lidí nejsou zcela popsány. Spolu s dalšími laboratořemi jsme již dříve charakterizovali důležité faktory v regulaci sestavení dělícího vřeténka. Popsali jsme klíčovou roli tří Aurora kináz, bílkovin, které kontrolují jak mitotické dělení prakticky všech tělních buněk, tak i meiotické dělení spermií a vajíček. Zjistili jsme, že lidské, stejně jako myší chromozomy v oocytech shodně aktivují bílkovinu, která řídí jejich vlastní dělení.

Cílem tohoto výzkumného záměru je odhalit molekulární podstatu sestavení funkčního meiotického vřeténka pro zajištění přesné segregace chromozomů u oocytů a raných embryí. Využijeme oocyty a embrya modelových zvířat, zejména myši, k definování obecně platných podmínek u savců, včetně člověka.

Abychom porozuměli sestaveni dělícího vřeténka, je důležité prozkoumat specifické role signálních proteinů a jejich propojenost. Předpokládáme, že interakce signálních drah je důležitá pro správné sestavení dělícího vřeténka a rozdělení chromozomů. Abychom lépe prozkoumali, jak se formuje dělící vřeténko u oocytů, optimalizovali jsme metodu tříbarevného fluorescenčního snímaní oocytů. Tzv. „light-sheet“ mikroskopie nám umožňuje snímat segregaci chromozomů, tvorbu dělícího vřeténka a dynamiku pólu v celém živém oocytu a embryu s vysokým rozlišením. Tento přístup nám umožní charakterizovat výstavbu dělícího vřeténka po inhibici různých signálních drah pomocí vhodných farmakologických inhibitorů v oocytech a embryích. Díky časovému rozlišení na jednotlivá stádia vývoje embryí umožní popsat molekulární mechanismy řídící sestavení dělícího vřeténka ve specifických stádiích časného vývoje.

Využijeme nejmodernější technologie a inovativní přístupy, kromě mikroskopie živých buněk také FRET biosenzory pro sledování aktivity signálních proteinů v živých buňkách a pokročilou analýzu obrazových dat pomocí umělé inteligence a strojového učení. Odhalíme, jak se jednotlivé dráhy vzájemně regulují, a zodpovíme, zda jsou nezbytné pro meiotický vývoj v oocytech a embryích u různých modelových zvířat. Budeme systematicky studovat méně definované role  signálních proteinů a detailně prozkoumáme změny výstavby dělícího vřeténka a odhalíme jejích funkci v přesné segregaci chromozomů  v oocytech a embryích.

Naším hlavním cílem je zaměřit se na hlavní příčiny poruch segregace chromozomů během časného vývoje embrya. Tyto výsledky budou důležité pro získání kvalitních oocytů a přesnější výběr embryí pro přenos na klinických pracovištích. Získané znalosti by mohly pomoci porozumět vývojovým abnormalitám, zlepšit diagnostiku neplodnosti a terapeutické strategie, které snižují narušení vřeténka u ženské meiózy.