Fyziologický ústav AV ČR

1. Neurochemie

Tento tématický okruh zahrnuje studium fyziologie, biochemie a farmakologie cholinergních neuronů na molekulární úrovni, a molekulární farmakologii dalších GPCR. Ke studiu využíváme především buněčných linií, ale i zvířecích modelů. Zabýváme se hlavně výzkumem v těchto oblastech:

biochemická fyziologie a farmakologie cholinergních neuronů
vývoj a diferenciace cholinergních neuronů
syntéza, skladování a uvolňování acetylcholinu
regulace uvolňování acetylcholinu presynaptickými receptory
cholinergní mechanismy v patogenezi Alzheimerovy nemoci
vliv beta-amyloidu na metabolismus acetylcholinu a přenos signálu muskarinovými receptory
molekulární farmakologie muskarinových receptorů
alosterická modulace aktivace receptorů
interakce receptorů s G-proteiny
modelování přenosu signálu do buňky.

2. Biochemie membránových receptorů

Tento tématický okruh zahrnuje studium buněčných a molekulárních mechanismů desenzitizace. Tento proces se podílí na regulaci intenzity účinku vyvolaném vazbou hormonů na receptory spřažené s G proteiny (GPCR). Receptory spřažené s G proteiny jsou integrálními bílkovinami plazmatické membrány, které zprostředkují přenos extracelulárních signálů do nitra buňky. GPCR hrají klíčovou roli v regulaci řady fyziologických procesů a funkcí. Význam GPCR rovněž dokládá skutečnost, že tyto bílkoviny jsou místem působení téměř poloviny celosvětově předepisovaných léků. Hlavní směry našeho výzkumu jsou:

úloha buněčné membrány a membránové domény
opioidní receptory a drogová závislost
vliv monovalentních iontů na delta-opioidní receptory - analýza účinku lithia v živých buňkách a izolovaných buněčných membránách.

Prezentace, přednášky a práce studentů Publikace 2015 - 2021

Aktuální projekty

Vývoj nových dlouhodobě působících antagonistů muskarinových receptorů na základě jejich strukturních vlastností

Vzhledem k širokému rozsahu funkcí, které muskarinové receptory zastávají, je pro terapeutické využití u daných poruch zásadní najít podtypově selektivní ligandy. Více

Molekulární mechanismy funkční selektivity atypických agonistů muskarinových receptorů

Ektopičtí agonisté představují novou skupinu látek, které se vážou mimo klasické vazebné místo a vykazují jedinečnou funkční podtypovou selektivitu, jejíž mechanismus není znám. Provádíme podrobnou analýzu aktivace receptorů vyvolanou ektopickými a klasickými agonisty s cílem odhalit molekulární mechanismy, které jsou odpovědné za funkční selektivitu. Více

Molekulární mechanismy signalizačního biasu muskarinových receptorů

"Biased" agonista je ligand, který stabilizuje pro sebe specifickou aktivní konformaci receptoru, čímž aktivuje některé signální dráhy, ale jiné ne. Biased agonisté mohou představovat nový typ farmakoterapeutika s s potlačenými vedlejšími účinky. Více

Cholinergní modulace striatem řízeného chování

Cílem projektu je za využití myšího modelu s delecí podjednotky β2 nikotinového receptoru pro acetylcholin v GABAergních interneuronech ve striatu zjistit, jak narušení cholinergní aktivace GABAergních interneuronů ve striatu mění signalizaci a striatem řízené chování. Více

Molekulární mechanismy účinku cholesterolu na funkci muskarinových receptorů

Bylo zjištěno, že cholesterol ko-krystalizuje s řadou GPCR. Naše současné experimenty ukazují, že membránový cholesterol se specificky váže na muskarinový receptor a zpomaluje jeho aktivaci. Více

Opioidní receptory a drogová závislost

Užívání drog a léčiv na bázi opioidů je dlouhodobý celospolečenský problém. Drogová závislost postihuje lidstvo po staletí. Opium patří mezi nejstarší známé drogy a je používáno pro své léčebné a euforické účinky po tisíce let. Opakované vystavení lidského organismu působení opioidů vede ve výsledku ke stavu závislosti na těchto látkách. Při vzniku drogové závislosti hrají rozhodující úlohu změny v centrální nervové soustavě (CNS) vyvolané dlouhodobým podáváním opioidů jako jsou například morfin, kodein, heroin a podobně. Více

Vliv monovalentních iontů na delta-opioidní receptory - analýza účinku lithia v živých buňkách a izolovaných buněčných membránách

Aktivita opioidních receptorů (OR) je ovlivňována mimo jiné allosterickým působením monovalentních kationtů zejména sodíku (Na+) a dále lithia (Li+), jehož atomový poloměr je podobný Na+. Lithium se používá v psychiatrii k léčbě poruch nálad (souborný článek Vošahlíková a Svoboda, 2016). Monovalentní ionty obecně modulují signalizaci receptorů spojených s G proteiny (GPCR) dosud ne zcela definovaným mechanismem. Více

Úloha buněčné membrány a membránové domény

Buněčná (plazmatická) membrána (PM) plní funkci ochranné bariéry, ale uplatňuje se také v rámci buněčné komunikace. Integrita hydrofobního lipidového prostředí PM je významným faktorem ovlivňujícím funkci membránových proteinů. Více

Úspěchy

Vhledy do operačního modelu agonismu dimerickáých receptorů

Jakubík, J.; Randáková, A. Insights into the Operational Model of Agonism of Receptor Dimers. Expert Opin. Drug Discov. 2022, 17, 1181–1191, doi:10.1080/17460441.2023.2147502. Zvaný přehled. Určení přesného pořadí účinnosti a potence agonistů je nepostradatelné při objevování nových selektivních agonistů. Operační model agonismu (OMA) je současným standardem. Mnoho receptorů funguje jako oligomery, které vyžadují rozšíření klasického modelu OMA. Rozšíření modelu OMA o faktory sklonu křivek funkční odezvy poskytuje jednoduché rovnice, které lze snadno přizpůsobit experimentálním datům, ale výsledky mohou být zavádějící. Rozšíření modelu OMA o kooperativní faktory poskytuje přesné, ale složité rovnice funkční odezvy. Rozšíření molelu OMA o kooperativní faktory by mělo být preferováno před rozšířením faktorem sklonu. Více

Funkčně selektivní a směřovaní agonisté muskarinových receptorů

Randáková, A.; Jakubík, J. Functionally Selective and Biased Agonists of Muscarinic Receptors. Pharmacol. Res. 2021, 169, 105641, doi:10.1016/j.phrs.2021.105641. Zvaný přehled. Více

Nikotinové acetylcholinové receptory exprimované ve striatálních interneuronech inhibují striatální aktivitu a kontrolují chování závislé na striatu.

Abbondanza, A.; Ribeiro Bas, I.; Modrak, M.; Capek, M.; Minich, J.; Tyshkevich, A.; Naser, S.; Rangotis, R.; Houdek, P.; Sumova, A.; et al. Nicotinic Acetylcholine Receptors Expressed by Striatal Interneurons Inhibit Striatal Activity and Control Striatal-Dependent Behaviors. J. Neurosci. 2022, 42, 2786–2803, doi:10.1523/JNEUROSCI.1627-21.2022. Velké množství nikotinových receptorů pro acfetylcholin (nAChR) je exprimováno ve striatu, oblasti mozku, která je klíčová při kontrole chování. Složitost vztahů receptorů s různými funkcemi brání našemu pochopení mechanismů, kterými striatální acetylcholin moduluje chování. Zaměřili jsme se na roli reletivně malé populace nAChR obsahujících beta2 podjednotku. Identifikovali jsme neuronální typy exprimující tyto receptory a určili jsme jejich vliv na kontrolu explorativního chování, chování podobného úzkosti, učení a citlivosti na stimulanty. Další experimenty ukázaly, že tyto změny byly spojeny s celkově zvýšenou aktivitou striatálních neuronů. Malá populace nikotinových receptorů tedy představuje zajímavý cíl pro modulaci odezvy na stimulační léky a další chování založené na striatálním stavu. Více

Neurosteroidy a steroidní hormony jsou alosterické modulátory muskarinových receptorů

Dolejší, E.; Szánti-Pintér, E.; Chetverikov, N.; Nelic, D.; Randáková, A.; Doležal, V.; Kudová, E.; Jakubík, J. Neurosteroids and Steroid Hormones Are Allosteric Modulators of Muscarinic Receptors. Neuropharmacology 2021, 199, 108798, doi:10.1016/j.neuropharm.2021.108798. Některé neurosteroidy a steroidní hormony se váží na muskarinové acetylcholinové receptory s afinitou 100 nM nebo vyšší Steroidy působící v nanomolárních koncentracích představují nový farmakofor alosterických modulátorů muskarinových receptorů Kortikosteron a progesteron alostericky modulují muskarinové receptory ve fyziologicky relevantních koncentracích Více

The operational model of allosteric modulation of pharmacological agonism

Proper determination of agonist efficacy is indispensable in the evaluation of agonist selectivity and bias to activation of specific signalling pathways. The operational model of pharmacological agonism is a useful means for achieving this goal. Více

Novel M<sub>2</sub>-Selective, Gi-Biased Agonists of Muscarinic Acetylcholine Receptors

Vyvinuli jsme nové agonisty muskarinových receptorů, jako frmakofor pro vývoj nových analgetik nezpůsobujících návyk jako opiáty, nebo oslabení imunity jako steroidní analgetika. Tato muskarinová analgetika by nezpůsobovala vedlejší účinky jako je inkontinence, nadměrné slinění a pocení a další. Více

Agonist-specific conformations of the M<sub>2</sub> muscarinic acetylcholine receptor assessed by molecular dynamics

Structurally diverse agonists for a given receptor induce receptor conformations specific to each structural family. These agonist-specific conformations can lead to non-uniform modulation of signalling pathways. This preferential orientation of signalling of a given receptor towards a subset of its signal transducers is termed signalling bias. This property may be employed to develop drugs that selectively produce desired effects while avoiding side effects associated with activation of unwanted signalling pathways. We modelled conformations of the M2 receptor specific to individual agonists, including the newly developed Gi-biased agonists. Více

Applications and limitations of fitting of the operational model to determine relative efficacies of agonists

Proper determination of agonist efficacy is essential in the assessment of agonist selectivity and signalling bias. Agonist efficacy is a relative term that is dependent on the system in which it is measured, especially being dependent on receptor expression level. In this work, we analyse limits and pitfalls of fitting OM to experimental data. Více

Role of membrane cholesterol in differential sensitivity of muscarinic receptor subtypes to persistently bound xanomeline

Our new publication in journal Neuropharmacology in which we demonstrate that membrane cholesterol plays an important and subtype-specific role in activation of muscarinic acetylcholine receptors. To our knowledge, this is the first demonstration of pharmacological selectivity due to differences in receptor-membrane interactions at any GPCR. The possibility to achieve pharmacological selectivity based on receptor-membrane interactions changes our view on the molecular basis of pharmacological selectivity and opens new ways for the development of a novel pharmaceutics. Více

Novel long-acting antagonists of muscarinic ACh receptors

In this study, we have developed new potent and long-acting antagonists of muscarinic acetylcholine receptors with a potential therapeutic use. Více

Zobrazit více

Publikace

Szczurowska; Ewa - Szánti-Pintér; Eszter - Chetverikov; Nikolai - Randáková; Alena - Kudová; Eva - Jakubík; Jan . Modulation of Muscarinic Signalling in the Central Nervous System by Steroid Hormones and Neurosteroids . International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(1)); 507 . IF = 5.6 [ASEP] [ doi ]

Ujčíková; Hana - Roubalová; Lenka - Lee; Y. S. - Slaninová; Jiřina - Brejchová; Jana - Svoboda; Petr . The Dose-Dependent Effects of Multifunctional Enkephalin Analogs on the Protein Composition of Rat Spleen Lymphocytes; Cortex; and Hippocampus; Comparison with Changes Induced by Morphine . Biomedicines. 2022; 10(8)); 1969 . IF = 4.7 [ASEP] [ doi ]

Ujčíková; Hana - Robles; D. - Yue; X. - Svoboda; Petr - Lee; Y. S. - Navratilova; E. Time-Dependent Changes in Protein Composition of Medial Prefrontal Cortex in Rats with Neuropathic Pain . International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(2)); 955 . IF = 5.6 [ASEP] [ doi ]

Ujčíková; Hana - Eckhardt; Adam - Hejnová; L. - Novotný; J. - Svoboda; Petr . Alterations in the Proteome and Phosphoproteome Profiles of Rat Hippocampus after Six Months of Morphine Withdrawal: Comparison with the Forebrain Cortex . Biomedicines. 2022; 10(1)); 80 . IF = 4.7 [ASEP] [ doi ]

Szczurowska; Ewa - Szánti-Pintér; Eszter - Randáková; Alena - Jakubík; Jan - Kudová; Eva . Allosteric Modulation of Muscarinic Receptors by Cholesterol; Neurosteroids and Neuroactive Steroids . International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(21)); 13075 . IF = 5.6 [ASEP] [ doi ]

Jůza; R. - Vojtěchová; I. - Štefková-Mazochová; K. - Dehaen; W. - Petrásek; T. - Prchal; L. - Kobrlová; T. - Janoušek; J. - Vlček; P. - Mezeiová; E. - Svozil; D. - Zdarová Karasová; J. - Pejchal; J. - Stark; H. - Satala; G. - Bojarski; A. J. - Kubacka; M. - Mogilski; S. - Randáková; Alena - Musílek; K. - Soukup; O. - Korábečný; J. Novel D-2/5-HT receptor modulators related to cariprazine with potential implication to schizophrenia treatment . European Journal of Medicinal Chemistry. 2022; 232(Mar 15)); 114193 . IF = 6.7 [ASEP] [ doi ]

Jakubík; Jan - Randáková; Alena . Insights into the operational model of agonism of receptor dimers . Expert Opinion on Drug Discovery. 2022; 17(11); 1181-1191 . IF = 6.3 [ASEP] [ doi ]

Abbondanza; Alice - Bas; Irina Ribeiro - Modrák; Martin - Čapek; Martin - Minich; Jessica - Tyshkevich; Alexandra - Naser; Shahed - Rangotis; Revan - Houdek; Pavel - Sumová; Alena - Dumas; S. - Bernard; V. - Janíčková; Helena . Nicotinic Acetylcholine Receptors Expressed by Striatal Interneurons Inhibit Striatal Activity and Control Striatal-Dependent Behaviors . Journal of Neuroscience. 2022; 42(13); 2786-2803 . IF = 5.3 [ASEP] [ doi ]

Vošahlíková; Miroslava - Roubalová; Lenka - Brejchová; Jana - Alda; M. - Svoboda; Petr . Therapeutic lithium alters polar head-group region of lipid bilayer and prevents lipid peroxidation in forebrain cortex of sleep-deprived rats . Biochimica Et Biophysica Acta-Molecular and Cell Biology of Lipids. 2021; 1866(9)); 158962 . IF = 5.288 [ASEP] [ doi ]

Ujčíková; Hana - Hejnová; L. - Eckhardt; Adam - Roubalová; Lenka - Novotný; J. - Svoboda; Petr . Impact of three-month morphine withdrawal on rat brain cortex; hippocampus; striatum and cerebellum: proteomic and phosphoproteomic studies . Neurochemistry International. 2021; 144(Mar)); 104975 . IF = 4.297 [ASEP] [ doi ]

Staszewski; M. - Nelic; Dominik - Jończyk; J. - Dubiel; M. - Frank; A. - Stark; H. - Bajda; M. - Jakubík; Jan - Walczyński; K. Guanidine Derivatives: How Simple Structural Modification of Histamine H3R Antagonists Has Led to the Discovery of Potent Muscarinic M2R/M4R Antagonists . ACS Chemical Neuroscience. 2021; 12(13); 2503-2519 . IF = 5.780 [ASEP] [ doi ]

Roubalová; Lenka - Vošahlíková; Miroslava - Slaninová; Jiřina - Kaufman; Jonáš - Alda; M. - Svoboda; Petr . Tissue-specific protective properties of lithium: comparison of rat kidney; erythrocytes and brain . Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 2021; 394(5); 955-965 . IF = 3.195 [ASEP] [ doi ]

Randáková; Alena - Nelic; Dominik - Hochmalová; Martina - Zimčík; Pavel - Mulenga; Mutale Jane - Boulos; J. - Jakubík; Jan . Fusion with Promiscuous G alpha(16) Subunit Reveals Signaling Bias at Muscarinic Receptors . International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(18)); 10089 . IF = 6.208 [ASEP] [ doi ]

Randáková; Alena - Jakubík; Jan . Functionally selective and biased agonists of muscarinic receptors . Pharmacological Research. 2021; 169(July)); 105641 . IF = 10.334 [ASEP] [ doi ]

Kljakic; O. - Al-Onaizi; M. - Janíčková; Helena - Chen; K. S. - Guzman; M. S. - Prado; M. A. M. - Prado; V. F. Cholinergic transmission from the basal forebrain modulates social memory in male mice . European Journal of Neuroscience. 2021; 54(6); 6075-6092 . IF = 3.698 [ASEP] [ doi ]

Jůza; R. - Štefková; K. - Dehaen; W. - Randáková; Alena - Petrásek; T. - Vojtěchová; I. - Kobrlová; T. - Pulkrábková; L. - Mucková; L. - Mecava; M. - Prchal; L. - Mezeiová; E. - Musílek; K. - Soukup; O. - Korábečný; J. Synthesis and In Vitro Evaluation of Novel Dopamine Receptor D-2 3;4-dihydroquinolin-2(1H)-one Derivatives Related to Aripiprazole . Biomolecules. 2021; 11(9)); 1262 . IF = 6.064 [ASEP] [ doi ]

Jakubík; Jan - El-Fakahany; E. E. Allosteric Modulation of GPCRs of Class A by Cholesterol . International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(4)); 1953 . IF = 6.208 [ASEP] [ doi ]

Holáň; Vladimír - Echalar; Barbora - Palacká; Kateřina - Kössl; Jan - Boháčová; Pavla - Krulová; Magdaléna - Brejchová; Jana - Svoboda; Petr - Zajícová; Alena . The Altered Migration and Distribution of Systemically Administered Mesenchymal Stem Cells in Morphine-Treated Recipients . Stem Cell Reviews and Reports. 2021; 17(4); 1420-1428 . IF = 6.692 [ASEP] [ doi ]

Dolejší; Eva - Szánti-Pintér; Eszter - Chetverikov; Nikolai - Nelic; Dominik - Randáková; Alena - Doležal; Vladimír - Kudová; Eva - Jakubík; Jan . Neurosteroids and steroid hormones are allosteric modulators of muscarinic receptor . Neuropharmacology. 2021; 199(Nov 1)); 108798 . IF = 5.273 [ASEP] [ doi ]

Dolejší; Eva - Chetverikov; Nikolai - Szánti-Pintér; Eszter - Nelic; Dominik - Randáková; Alena - Doležal; Vladimír - El-Fakahany; E. E. - Kudová; Eva - Jakubík; Jan . Neuroactive steroids; WIN-compounds and cholesterol share a common binding site on muscarinic acetylcholine receptors . Biochemical Pharmacology. 2021; 192(Oct)); 114699 . IF = 6.100 [ASEP] [ doi ]