|
|
Orientovaný růst buněk mimo nervovou soustavu v modelovém organismu Caenorhabditis elegans
Smidžárová, Lucie ; Macůrková, Marie (vedoucí práce) ; Strouhalová, Kateřina (oponent)
1 Abstrakt Orientovaný růst buněk je důležitým procesem pro správný vývoj tkání, při kterém dochází k regulovaným změnám buněčných tvarů. Důležitou roli v tomto mechanismu hraje remodelace cytoskeletálních elementů v rostoucích částech buňky, která je regulována mnoha extracelulárními i intracelulárními faktory. Tato práce se zabývá orientovaným růstem buněk mimo nervovou soustavu u modelového organismu Caenorhabditis elegans, konkrétně růstem vylučovací kanálové buňky a invazí buňky kotevní. Mechanismus růstu vylučovací buňky se částečně podobá růstu neuronů, navíc však obsahuje jedinečný mechanismus růstu prostřednictvím zvětšování intracelulárního lumen. V případě kotevní buňky růstové mechanismy podporují porušení bazální membrány a invazivní chování podobné chování rakovinných buněk. Mechanismy růstu těchto buněk tak mohou sloužit i jako model pro některé lidské patologie jako jsou cystická onemocnění ledvin, nebo metastázy rakovinných buněk, a proto by další studium v této oblasti mohlo vést k získání nových poznatků o těchto nemocech. Na konci práce jsou dále stručně popsány další non-neuronální buňky modelového organismu C. elegans, u nichž se orientovaný růst objevuje. Klíčová slova: růst buněk, vylučovací kanálová buňka, kotevní buňka, signalizace, cytoskelet
|
|
|
Computational Simulation of Mechanical Behaviour of Endothelial Cells
Jakka, Veera Venkata Satya ; Gumulec, Jaromír (oponent) ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Matsumoto,, Takeo (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Atherogenesis is the leading cause of death in the developed world, and is putting considerable monetary pressure on health systems the world over. The prevailing haemodynamic environment together with the local concentration of mechanical load play an important role in the focal nature of atherosclerosis to very specific regions of the human vasculature. In blood vessels, the endothelium, a thin monolayer of cells, lies at the interface between the bloodstream and the vascular wall. Dysfunction of endothelial cells is involved in major pathologies. For instance, atherosclerosis develops when the barrier and anti-inflammatory functions of the endothelium are impaired, allowing accumulation of cholesterol and other materials in the arterial wall. In cancer, a key step in the growth of a tumour is its vascularization, a process driven by endothelial cell migration. The mechanical environment of endothelial cells plays a key role in their function and dysfunction. Computational modelling can enhance the understanding of cell mechanics, which may contribute to establishing structure-function relationships of different cell types in different states. To achieve this, finite element (FE) models of endothelium cell are proposed in this thesis, i.e. a suspended cell model and adherent model elucidating the cell’s response to global mechanical loads, such as tension and compression, as well as a model of the cell with its natural shape inside the endothelial layer. They keep the central principles of tensegrity such as prestress and interplay between components, but the elements are free to rearrange independently of each other. Implementing the recently proposed bendo-tensegrity concept, these models consider flexural (buckling) as well as tensional/compressional behaviour of microtubules (MTs) and also incorporate the waviness of intermediate filaments (IFs). The models assume that the individual cytoskeletal components can change their form and organization without collapsing the entire cell structure when they are removed and thus, they enable us to evaluate the mechanical contribution of individual cytoskeletal components to the cell mechanics. The proposed models are validated with experimental results by comparison of their force-displacement curves. The suspended cell model mimics realistically the force-deformation responses during cell stretching and compression, and both responses illustrate a non-linear increase in stiffness with mechanical loads. The compression test of flat endothelial cell is simulated and compared with adherent cell test and its simulation. Then, the shear test of flat cell is simulated to assess its shear behaviour occurring in vascular wall due to blood flow. Then investigated the mechanical response of the flat cell within the endothelium layer under physiological conditions in arterial wall. Later, investigated the cell response in debonding during cyclic stretches using 3-D finite element simulations. The proposed models provide valuable insights into the interdependence of cellular mechanical properties, the mechanical role of cytoskeletal components in endothelial cells individually and synergistically, and the nucleus deformation under different mechanical loading conditions. Therefore, the thesis should contribute to the better understanding of the cytoskeletal mechanics, responsible for endothelial cell behaviour, which in turn may aid in investigation of various pathological conditions related to
|
|
|
Molekulární mechanismus mechanorecepce u rostlin
Jelínková, Barbora ; Martinek, Jan (vedoucí práce) ; Fendrych, Matyáš (oponent)
Rostlina, jakožto přisedlý organismus, nedisponuje velkými možnostmi fyzického úniku a s nepřízní prostředí se vyrovnává přizpůsobením. Jedním z mnoha rostlinných smyslů zásadních pro zaznamenání změn v prostředí je mechanorecepce. Rostlina vnímá a rozlišuje mnoho mechanických podnětů, které mohou mimo jiné ovlivňovat rostlinnou imunitu a morfogenezi. Na mechanický podnět reaguje celá buňka a mechanorecepce se zřejmě účastní množství jejích struktur. Jakákoliv změna na buněčné stěně - hranicí mezi buňkou a jejím okolím - se přenáší na plasmatickou membránu a z ní je signál veden dále přes cytoskelet, potenciálně i na další struktury. Jedná se o tzv. kontinuum buněčná stěna - cytoplasmatická membrána - cytoskelet a stěžejním tématem mé práce je využití tohoto konceptu pro osvětlení molekulárních mechanismů mechanorecepce u rostlin.
|
|
|
Netradiční funkce forminů mimo nukleaci aktinu
Metlička, Jáchym ; Cvrčková, Fatima (vedoucí práce) ; Opatrný, Zdeněk (oponent)
Od objevu v roce 1990 byly proteiny s Formin homology 2 (FH2) doménou (forminy) pozorovány ve všech analyzovaných druzích spadajících pod eukaryota. Znalost struktury a funkce FH2 domény se za posledních několik let výrazně zlepšila. Její schopnosti nukleace, polymerace a procesivního cappingu aktinových filament činí z proteinů forminové rodiny významné faktory ovlivňující podobu cytoskeletu. Ale FH2 doména tvoří pouze dílek skládanky další volitelné konzervované peptidické struktury, které ji obklopují, stejně jako konkrétní podoba samotné FH2 domény, výrazně ovlivňují konečné vlastnosti forminu a jeho umístění v buňce. Forminy se podílejí na řadě buněčných aktivit, často (ale ne vždy) souvisejících s cytoskeletem. Spravují například aktinovou složku cytoskeletu, propojují aktinová vlákna s mikrotubuly či plazmatickou membránou. Dále se účastní buněčného dělení a fungují jako složky tradičních signalizačních drah atd. Tato práce popisuje strukturu a funkci FH2 a FH1 domén, poskytuje přehled fylogenetických větví forminů u mnohobuněčných eukaryot a shrnuje rozličné role, kterých se forminy v buňkách (pravděpodobně) účastní. Není to malý cíl a (vzhledem k časovým a prostorovým omezením této práce) je nemožné ho splnit v míře, jakou si toto téma žádá.
|
|
|
Dynamika plasmatické membrány a tonoplastu při zavírání a otevírání průduchů.
Röder, Matěj ; Žárský, Viktor (vedoucí práce) ; Albrechtová, Jana (oponent)
Průduchy jsou struktury v pokožce rostlin zajišťující svou průduchovou štěrbinou regulovaný kontakt apoplastického prostoru rostliny s okolím. Zásadní úlohu pro zahájení otevření či zavření průduchu hraje změna turgoru ve svěracích buňkách. Během stomatálních pohybů prodělává svěrací buňka značné a opakované změny svého objemu, a tedy i povrchu, v rámci minut. Protože cytoplazmatická membrána má pouze malou roztažitelnost, tak tato změna musí být doprovázena i změnou povrchu membrány. Ta se může dít pomocí membránových vchlípenin a endocytózy membránových váčků. Pomocí elektrofyziologických a mikroskopických technik bylo dokázáno, že oba procesy se ve svěracích buňkách reálně dějí. Tyto procesy jsou ovládány a regulovány komplexní sítí signálních drah, v nichž důležitou roli hraje aktinový i mikrotubulární cytoskelet, proteiny z nadrodiny SNARE, iontové kanály a další molekuly. Cílem této práce je sumarizovat současné znalosti o procesech a mechanismech těchto změn membránových povrchů a jejich molekulovou podstatu.
|
|
|
Role of cytoskeleton in plant cell morphogenesis
Miklánková, Pavlína ; Schwarzerová, Kateřina (vedoucí práce) ; Sekereš, Juraj (oponent)
Bunky sú schopné nadobúdať nepreberné množstvo tvarov, v čom hrá dôležitú úlohu cytoskelet. Ovplyvňuje depozíciu materiálov bunečnej steny, reguluje pohyb vačkov po bunke, podieľa sa na exocytóze a endocytóze. Kortikálne mikrotubuly ovplyvňujú ukladanie celulózy do bunečnej steny a tým udávajú smer bunečnej expanzie, hoci presný súvis medzi mikrotubulami a celulózou zostáva nevyjasnený. Aktín podporuje rast a prispieva k jeho priestorovej regulácii vo vrcholovo aj difúzne rastúcich bunkách. Je dôležitý pri sekrécii v expandujúcich bunkách, ale jeho presné funkcie pri riadení bunečného rastu nie sú ešte celkom vysvetlené. Pre lepšie pochopenie, ako spolu súvisia aktínový a mikrotubulárny cytoskelet v morfogenéze rastlinných buniek, sa používajú analýzy mutantov, spektroskopické metódy, cytoskeletárne jedy, fluorescenčné proteíny a ďalšie metódy. Dobrým modelom pre výskum sú epidermálne a trichómové bunky Arabidopsis thaliana, na ktorých prebieha väčšina štúdii.
|
|
|
Interakce mitochondrií s dalšími buněčnými strukturami.
Vinopalová, Martina ; Doležal, Pavel (vedoucí práce) ; Voleman, Luboš (oponent)
Mitochondrie v buňkách plní různorodé role, od produkce energeticky bohatých molekul, nutných pro správný chod buňky, homeostázi vápníku, apoptózy až po biosyntézu Fe-S center, hemu a steroidů. Ke koordinaci některých těchto dějů s procesy odehrávajícími se ve zbytku buňky ji mimo jiné slouží i komunikace s dalšími buněčnými strukturami prostřednictvím jejich vzájemných fyzických kontaktů. Vzniklé platformy také dávají vzniku dodatečným mitochondriálním funkcím. Tato bakalářská práce shrnuje dosavadní poznatky z buněk savčích modelových organismů a kvasinek Saccharomyces cerevisiae o interakcích této semiautonomní organely s ostatními buněčnými komponenty a o funkcích, které tyto interakce zprostředkovávají.
|
|
|
Hledání mechanismů a funkce interakce mikrotubulárního cytoskeletu s dalšími složkami v rostlinné buňce
Krtková, Jana ; Schwarzerová, Kateřina (vedoucí práce) ; Vaňková, Radomíra (oponent) ; Ovečka, Miroslav (oponent)
Mikrotubulární cytoskelet se v rostlinných buňkách účastní mnoha důležitých dějů během dělení, růstu a vývoje. Výkon jeho četných funkcí je však umožněn interagujícími proteiny, které jednak modulují jeho dynamiku a organizaci, jednak umožňují funkční či strukturní propojení s dalšími složkami rostlinné buňky. Identifikace zprostředkovatelů těchto interakcí a jejich fyziologická funkce za specifických podmínek byla hlavní náplní předkládané dizertační práce. Pomocí biochemických metod byly identifikovány membránové proteiny, které zároveň kosedimentují s mikrotubuly. Překvapivě mezi nimi nebyli žádní zástupci klasických konzervovaných proteinů asociovaných s mikrotubuly (MAP), ale jednalo se o enzymy, chaperony a rostlinně specifické proteiny. Pro další studium jeho role související s rostlinnými mikrotubuly byl vybrán identifikovaný heat-shock protein 90 (Hsp90_MT). Rekombinantní Hsp90_MT se váže přímo na mikrotubuly a dimery tubulinu in vitro. Za vazbu není zodpovědná jeho ATP-vazebná doména. Hsp90_MT v BY-2 kolokalizuje s mikrotubuly fragmoplastu i s kortikálními mikrotubuly a podílí se na obnově mikrotubulů po jejich depolymeraci způsobené chladem. Dále se Hsp90 účastní postupu buněčného cyklu, jeho inhibice u rostlinných buněk blokuje buněčný cyklus v G1 fázi. Na základě literárního studia...
|
|
|
MAPs, proteiny asociované s mikrotubuly v rostlinných buňkách
Benáková, Martina ; Krtková, Jana (vedoucí práce) ; Vinopal, Stanislav (oponent)
1. Abstrakt a klíčová slova Mikrotubuly (MT) jsou jednou ze základních buněčných struktur. Jejich vlastnosti a funkce jsou ovlivňovány a modifikovány dalšími proteiny, které můžeme zahrnout do skupiny proteinů asociovaných s mikrotubuly (MAPs, microtubule-associated proteins). Výzkum MAP a jejich různorodých funkcí se v posledních letech prudce rozvíjí. Některé MAP ovlivňují dynamiku MT, jiné mají spíše strukturní funkci - propojují jednotlivá MT vlákna s rozličnými buněčnými strukturami, jako jsou ostatní MT, proteiny, organely, aktinový cytoskelet či plasmatická membrána. Mnoho popsaných MAP proteinů má homology v rámci celé eukaryotické říše, příkladem je rodina MAP65 nebo EB1 (END BINDING 1), je proto zajímavé sledovat, zda a jak se rostlinné MAP svými funkcemi liší od svých živočišných homologů. Na druhou stranu jsou popsány také rostlinně specifické MAP s unikátními funkcemi v rostlinné buňce, například ATK5 či SPR1 (SPIRAL 1). Tato bakalářská práce je literární rešerší, jejímž cílem je zpracovat přehled rostlinných MAP, charakterizovat je a popsat, pokud jsou známy, jejich funkce z hlediska buňky i celého rostlinného organismu. Klíčová slova: cytoskelet, mikrotubuly, proteiny asociované s mikrotubuly, rostlinná buňka, růst a vývoj
|
|
|
Mechanismy polarizace epidermálních buněk rostlin.
Vojtíková, Zdeňka ; Žárský, Viktor (vedoucí práce) ; Soukup, Aleš (oponent)
Buňky rostlinné epidermis společně vytváří kontaktní plochu rostliny a chrání ji před vlivy vnějšího prostředí a zprostředkovávají komunikaci s okolím. V epidermis je za pomoci polarizačních mechanismů rovnoměrně rozmístěno několik buněčných typů (dlaždicové buňky, trichomy a průduchy) s velice specializovanou morfologií. Svých tvarů dosáhnou díky polarizovanému růstu, který je zajištěn cytoskeletem a signalizačními molekulami z rodiny ROP GTPáz. Cytoskelet v odpovědi na signál ovlivňuje rozpínání buňky, napomáhá zacílit sekreci do míst aktivního růstu a polarizovaně zabudovávat nový materiál do buněčné stěny. Na svrchní straně epidermis se vylučuje kutikula a vrstva epikutikulárních vosků. Sekrece složek kutikulárních vrstev je baso-apikálně polarizovaná. V této práci jsou shrnuty doposud objevené mechanismy polarizace v buňkách epidermis rostlin.
|
host ::
RSS.