Naše mise
Výzkumná skupina Pavla Branného se zaměřuje na molekulární mechanismy bakteriální signalizace a regulace buněčných procesů. Zkoumáme, jak bakterie vnímají podněty z okolí a jak tyto signály ovlivňují jejich růst, dělení nebo adaptaci na stres.
Klíčovou oblastí našeho výzkumu je reverzibilní fosforylace proteinů, která bakteriím umožňuje rychle reagovat na změny prostředí. Studujeme především Ser/Thr proteinkinázy eukaryotického typu, jejich substráty, ale také dvoukomponentové systémy a signalizaci zprostředkovanou sekundárními posly.
Naším cílem je lépe porozumět biologii grampozitivních patogenů a přispět k hledání nových terapeutických strategií.
Modelový organismus
Hlavním modelovým organismem naší laboratoře je Streptococcus pneumoniae (pneumokok) – významný grampozitivní oportunní patogen a původce závažných infekcí, jako jsou pneumonie, meningitida či sepse. Pneumokok je zároveň vhodným modelem pro studium bakteriálních Ser/Thr proteinkináz, protože jeho genom kóduje jedinou kinázu tohoto typu, StkP.
Zaměřujeme se na molekulární mechanismy, kterými StkP reguluje růst, dělení a tvar buněk, a na její roli v řízení buněčného cyklu, fyziologie bakterie a adaptace na změny prostředí.
V dalších projektech se věnujeme také grampozitivním oportunním patogenům Staphylococcus aureus a Streptococcus pyogenes.
Ser/Thr proteinkináza StkP
Náš současný výzkum se zaměřuje na mechanismy regulace aktivity kinázy StkP, rozpoznávání jejích substrátů a začlenění této signalizace do regulačních sítí, které řídí růst a proliferaci bakterií. StkP je transmembránová Ser/Thr proteinkináza, jejíž aktivace je úzce spojena se syntézou buněčné stěny. StkP monitoruje dostupnost prekurzorů pro syntézu peptidoglykanu, která se mění v závislosti na živinách a stresových podmínkách, a převádí tyto informace do regulace buněčných procesů.
Aktivita StkP je negativně regulována fosfatázou PhpP a prostorově soustředěna do místa buněčného dělení, kde ji pozitivně ovlivňuje adaptorový protein GpsB. GpsB podporuje aktivitu StkP i její interakce se substráty, čímž zajišťuje účinnou fosforylaci proteinů důležitých pro syntézu buněčné stěny, buněčné dělení a morfogenezi.
Naše práce ukazuje, že komplex StkP/GpsB představuje klíčový signální uzel, který koordinuje rychlost růstu, buněčné dělení i tvar bakteriální buňky a umožňuje pneumokoku pružně reagovat na změny prostředí
(Stauberová et al., 2024; Tsui et al., 2023; Ulrych et al., 2021 a 2016; Beilharz et al., 2012; Maestro et al., 2011; Pallová et al., 2007; Nováková et al., 2010 a 2005).
Fosfoproteomické studie
Významnou součástí našeho výzkumu je identifikace proteinů fosforylovaných kinázou StkP. Pomocí hmotnostní spektrometrie, genetických a biochemických metod jsme popsali soubor proteinů, jejichž funkce je regulována fosforylací, a získali tak komplexní pohled na serin/threoninovou fosforylaci u bakterie S. pneumoniae.
Identifikovali jsme fosforylační místa v proteinech zapojených do buněčného dělení, syntézy peptidoglykanu, dynamiky chromozomu i stresové odpovědi. Naše výsledky ukazují, že kináza StkP a fosfatáza PhpP společně koordinují řadu buněčných procesů za běžných i stresových podmínek, včetně působení antibiotik. V současnosti se zaměřujeme na to, jak fosforylace ovlivňuje funkci vybraných proteinů v buňce.
(Ulrych et al., 2021; Nováková et al., 2010)
Buněčná biologie pneumokoka
Identifikace substrátů kinázy StkP nám pomáhá lépe porozumět známým proteinům buněčného dělení, jako jsou GpsB nebo DivIVA, a zároveň odhalovat nové faktory zapojené do regulace buněčného cyklu pneumokoka. Jedním z nich je LocZ (MapZ), který jsme popsali jako klíčový prostorový regulátor buněčného dělení.
LocZ zajišťuje správné umístění dělícího aparátu uprostřed buňky a slouží jako orientační bod pro sestavení Z-kruhu. Prstencové struktury LocZ, které se tvoří uprostřed buňky se během buněčného dělení štěpí a migrují do budoucích míst dělení, čímž zachovávají prostorovou paměť napříč generacemi. Tento mechanismus zajišťuje správné umístění následných dělících událostí a je nezbytný pro udržení správné buněčné morfologie a věrného průběhu buněčného cyklu u pneumokoka.
(Holečková et al. 2014)
