Laboratoř biomolekulárního rozpoznávání

Vlastní stránky Laboratoře biomolekulárního rozpoznávání https://biorecognition.structbio.org/index.html

Naším cílem je pochopit, jak biologické funkce souvisí se strukturami biomolekul a jejich interakcemi. Soustředíme se tedy na stanovení struktur biomolekul a dynamiku jejich chování. Studujeme specifické interakce mezi proteiny a mezi proteiny a DNA, tedy to, jak se rozpoznávají. V naší práci využíváme experimentálních a výpočetních metod proteinového inženýrství, strukturní biologie, bionformatiky a molekulárního modelování.

V laboratoři pracujeme na několika projektech:

• Cytokiny. Studujeme vztahy mezi strukturou a funkcí cytokinů z rodiny Interleukinu 10.

Tyto signální proteiny a jejich receptory jsou důležité v imunitní odpovědi na virové a bakteriální infekce a chyby v regulaci těchto proteinů způsobují vážné autoimunitní a / nebo alergické zdravotní poruchy a mohou i podporovat vznik maligních poruch. Soustředíme se na strukturní aspekty cytokinových interakcí, určujeme jejich krystalové struktury a modifikujeme jejich molekuly tak, aby byly stabilnější. Aplikujeme také metody řízené evoluce (ribozomový a kvasinkový display) k vývoji nových proteinů vázajících specificky cytokiny FIL-10 nebo jejich receptory.

• Bioinformatika. Laboratoř se zaměřuje na strukturní analýzu nukleových kyselin, DNA a RNA a na hydrataci proteinů a nukleových kyselin.

Nukleové kyseliny jsou strukturně plastické molekuly. Studovali jsme jejich strukturní polymorfismus prostřednictvím statistické analýzy struktur dinukleotidových stavebních bloků nukleových kyselin v tisících krystalových struktur. Nalezené klastry jsme roztřídili do tak zvaných strukturních tříd NtC a strukturní abecedy CANA. Práce jsou shrnuty v několika publikacích a výsledky jsou k dispozici na webových stránkách dnatco.org.

Hydratace. Voda v první hydratační vrstvě okolo aminokyselin v proteinech a dinukleotidů v DNA je dobře uspořádána. Struktura této první hydratační vrstvy závisí na struktuře biomolekuly a její sekvenci.

• Jednovláknová DNA (ssDNA). Je známo, že ssDNA má důležité, ale do značné míry neznámé funkce v regulaci genomu. Studujeme jednu specifickou třídu bakteriálních ssDNA, tzv. Repetitivní Extragenní Palindromy (REP) a jejich přidružený enzym, tyrosin transposázu RAYT.
• Dynamika biomolekul. Ve spolupráci s kolegy v infrastruktuře ELI-Beamlines používáme nejpokročilejší technologie fotonové fyziky a optiky pro studium dynamiky biomolekul v širokém rozmezí časů of femtosekund až po sekundy.

Spolupráce. Laboratoř je součástí Biotechnologického ústavu AV ČR se sídlem v centru BIOCEV. Účastníme se výzkumného programu „Strukturní biologie a proteinové inženýrství“ a aktivně pracujeme také na infrastrukturních projektech Instruct-ERIC a ELIXIR v komunitě 3D-Bioinfo.

2023

• Huliciak, M., Biedermanova, L., Berdar, D., Herynek, S., Kolarova, L., Tomala, J., Mikulecky, P., & Schneider, B. (2023)."Combined in vitro and cell-based selection display method producing specific binders against IL-9 receptor in high yields."FEBS J. https://doi.org/10.1111/febs.16726

• Chaudhari, A. S., Chatterjee, A., Domingos, C. A. O., Andrikopoulos, P. C., Liu, Y., Andersson, I., Schneider, B., Lorenz-Fonfria, V. A., & Fuertes, G. (2023)."Genetically encoded non-canonical amino acids reveal asynchronous dark reversion of chromophore, backbone and side-chains in EL222." Protein Sci, e4590. https://doi.org/10.1002/pro.4590

• Liu, Y., Chaudhari, A. S., Chatterjee, A., Andrikopoulos, P. C., Picchiotti, A., Rebarz, M., Kloz, M., Lorenz-Fonfria, V. A., Schneider, B., & Fuertes, G. (2023)."Sub-Millisecond Photoinduced Dynamics of Free and EL222-Bound FMN by Stimulated Raman and Visible Absorption Spectroscopies."Biomolecules, 13(1). https://doi.org/10.3390/biom13010161

• Schneider, B., Sweeney, BA., Bateman, A., Cerny, J., Zok, T., Szachniuk, M.(2023)"When will RNA get its AlphaFold moment?"Nucleic Acids Res. doi: 10.1093/nar/gkad726.

2022

• Berman, H. M., Lawson, C. L., Schneider, B. (2022). "Developing Community Resources for Nucleic Acid Structures." Life (Basel), 12(4). https://doi.org/10.3390/life12040540

• Biedermannova, L., Cerny, J., Maly, M., Nekardova, M., & Schneider, B. (2022). "Knowledge-based prediction of DNA hydration using hydrated dinucleotides as building blocks." Acta Crystallogr D Struct Biol, 78(Pt 8), 1032-1045. https://doi.org/10.1107/S2059798322006234

• Kipouros, I., Stanczak, A., Ginsbach, J. W., Andrikopoulos, P. C., Rulisek, L., & Solomon, E. I. (2022). "Elucidation of the tyrosinase/O2/monophenol ternary intermediate that dictates the monooxygenation mechanism in melanin biosynthesis." Proc Natl Acad Sci U S A, 119(33), e2205619119. https://doi.org/10.1073/pnas.2205619119

• Kolarova, L., Zahradnik, J., Huliciak, M., Mikulecky, P., Peleg, Y., Shemesh, M., Schreiber, G., & Schneider, B. (2022)."De novo developed protein binders mimicking Interferon lambda signaling." FEBS J, 289(9), 2672-2684. https://doi.org/10.1111/febs.16300

• VanDyke, D., Iglesias, M., Tomala, J., Young, A., Smith, J., Perry, J. A., Gebara, E., Cross, A. R., Cheung, L. S., Dykema, A. G., Orcutt-Jahns, B. T., Henclova, T., Golias, J., Balolong, J., Tomasovic, L. M., Funda, D., Meyer, A. S., Pardoll, D. M., Hester, J., Issa, F., Hunter, C. A., Anderson, M. S., Bluestone, J. A., Raimondi, G., & Spangler, J. B. (2022)."Engineered human cytokine/antibody fusion proteins expand regulatory T cells and confer autoimmune disease protection." Cell Rep, 41(3), 111478. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111478

2021

• Andrikopoulos, P. C., Chaudhari, A. S., Liu, Y., Konold, P. E., Kennis, J. T. M., Schneider, B., & Fuertes, G. (2021). QM calculations predict the energetics and infrared spectra of transient glutamine isomers in LOV photoreceptors. Phys Chem Chem Phys, 23(25), 13934-13950. https://doi.org/10.1039/d1cp00447f

• Dedecek, J., Tabor, E., Andrikopoulos, P. C., Sklenak, S. (2021). "Splitting dioxygen over distant binuclear transition metal cationic sites in zeolites. Effect of the transition metal cation." Int. Journal of Quantum Chemistry, 121(10). https://doi.org/ARTN e2661110.1002/qua.26611 (ASEP)

• Kolarova, L., Zahradnik, J., Huliciak, M., Mikulecky, P., Peleg, Y., Shemesh, M., Schreiber, G., Schneider, B. (2021). "De novo developed protein binders mimicking Interferon lambda signaling." FEBS J. https://doi.org/10.1111/febs.16300 (ASEP)

• Phuong, N.P., Huličiak, M., Biedermannová, L.,  Černý, J., Charnavets T., Fuertes, G., Herynek, Š., Kolářová, L., Kolenko P.,  Pavlíček J., Zahradník, J., Mikulecky, P., Schneider, B. (2021)"Protein Binder (ProBi) as a New Class of Structurally Robust Non-Antibody Protein Scaffold for Directed Evolution Viruses 13(2), 190

• Zahradnik, J., Dey, D., Marciano, S., Kolarova, L., Charendoff, C. I., Subtil, A., & Schreiber, G. (2021). "A Protein-Engineered, Enhanced Yeast Display Platform for Rapid Evolution of Challenging Targets." ACS Synth Biol. https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00395

2020

• Andrikopoulos, P. C., Y. Liu, A. Picchiotti, N. Lenngren, M. Kloz, A. S. Chaudhari, M. Precek, M. Rebarz, J. Andreasson, J. Hajdu, B. Schneider and G. Fuertes (2020). "Femtosecond-to-nanosecond dynamics of flavin mononucleotide monitored by stimulated Raman spectroscopy and simulations." Phys Chem Chem Phys 22(12), 6538-6552.

• Cerny, J., Bozikova, P., Maly, M., Tykac, M., Biedermannova, L., & Schneider, B. (2020). "Structural alphabets for conformational analysis of nucleic acids available at dnatco.datmos.org." Acta Crystallogr D Struct Biol, 76(Pt 9), 805-813.

• Cerny, J., P. Bozikova, J. Svoboda and B. Schneider (2020). "A unified dinucleotide alphabet describing both RNA and DNA structures." Nucleic Acids Research.

• Orengo, C., Velankar, S., Wodak, S., Zoete, V., Bonvin, A., Elofsson, A., Feenstra, K. A., Gerloff, D. L., Hamelryck, T., Hancock, J. M., Helmer-Citterich, M., Hospital, A., Orozco, M., Perrakis, A., Rarey, M., Soares, C., Sussman, J. L., Thornton, J. M., Tuffery, P., Tusnady, G., Wierenga, R., Salminen, T., & Schneider, B. (2020). "A community proposal to integrate structural bioinformatics activities in ELIXIR (3D-Bioinfo Community)." F1000Res, 9.

• Pizl, M., Picchiotti, A., Rebarz, M., Lenngren, N., Yingliang, L., Zalis, S., Kloz, M., & Vlcek, A. (2020). "Time-Resolved Femtosecond Stimulated Raman Spectra and DFT Anharmonic Vibrational Analysis of an Electronically Excited Rhenium Photosensitizer." J Phys Chem A, 124(7), 1253-1265.

2019

• Fuertes, G., L. Nevola and S. Esteban-Martín (2019). Perspectives on drug discovery strategies based on IDPs. Intrinsically Disordered Proteins: 275-327.

• Zahradnik, J., L. Kolarova, Y. Peleg, P. Kolenko, S. Svidenska, T. Charnavets, T. Unger, J. L. Sussman and B. Schneider (2019). "Flexible regions govern promiscuous binding of IL-24 to receptors IL-20R1 and IL-22R1." FEBS J 286(19): 3858-3873.

2018

• Fuertes, G., N. Banterle, K. M. Ruff, A. Chowdhury, R. V. Pappu, D. I. Svergun and E. A. Lemke (2018). "Comment on "Innovative scattering analysis shows that hydrophobic disordered proteins are expanded in water"." Science 361(6405).

• Palyzova, A., J. Zahradnik, H. Maresova, L. Sokolova, E. Kyslikova, M. Grulich, V. Stepanek, T. Rezanka and P. Kyslik (2018). "Potential of the strain Raoultella sp. KDF8 for removal of analgesics." Folia Microbiol (Praha) 63(3): 273-282.

• Schneider, B., P. Boaeikova, I. Necasova, P. Cech, D. Svozil and J. Cerny (2018). "A DNA structural alphabet provides new insight into DNA flexibility." Acta Crystallogr D Struct Biol 74(Pt 1): 52-64.

• Zahradnik, J., L. Kolarova, H. Parizkova, P. Kolenko and B. Schneider (2018). "Interferons type II and their receptors R1 and R2 in fish species: Evolution, structure, and function." Fish Shellfish Immunol 79: 140-152.

• Zahradnik, J., P. Kolenko, A. Palyzova, J. Cerny, L. Kolarova, E. Kyslikova, H. Maresova, M. Grulich, J. Nunvar, M. Sulc, P. Kyslik and B. Schneider (2018). "The crystal structure of XdpB, the bacterial old yellow enzyme, in an FMN-free form." Plos One 13(4): e0195299.

• Zahradnik, J., J. Nunvar, H. Parizkova, L. Kolarova, A. Palyzova, H. Maresova, M. Grulich, E. Kyslikova and P. Kyslik (2018). "Agrobacterium bohemicum sp. nov. isolated from poppy seed wastes in central Bohemia." Syst Appl Microbiol 41(3): 184-190.

2017

• Cerny, J., B. Schneider and L. Biedermannova (2017). "WatAA: Atlas of Protein Hydration. Exploring synergies between data mining and ab initio calculations." Phys Chem Chem Phys 19(26): 17094-17102.

• Schneider, B., P. Bozikova, P. Cech, D. Svozil and J. Cerny (2017). "A DNA Structural Alphabet Distinguishes Structural Features of DNA Bound to Regulatory Proteins and in the Nucleosome Core Particle." Genes (Basel) 8(10).

2016

• Biedermannova, L. and B. Schneider (2016). "Hydration of proteins and nucleic acids: Advances in experiment and theory. A review." Biochim Biophys Acta 1860(9): 1821-1835.

• Cerny, J., P. Bozikova and B. Schneider (2016). "DNATCO: assignment of DNA conformers at dnatco.org." Nucleic Acids Research 44(W1): W284-287.

• Mikulecky, P., J. Zahradnik, P. Kolenko, J. Cerny, T. Charnavets, L. Kolarova, I. Necasova, P. N. Pham and B. Schneider (2016). "Crystal structure of human interferon-gamma receptor 2 reveals the structural basis for receptor specificity." Acta Crystallogr D Struct Biol 72(Pt 9): 1017-1025.

2015

• Biedermannova, L. and B. Schneider (2015). "Structure of the ordered hydration of amino acids in proteins: analysis of crystal structures." Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 71(Pt 11): 2192-2202.

• Bockova, M., T. Springer, I. Necasova, J. Nunvar, B. Schneider and J. Homola (2015). "Monitoring RAYT activity by surface plasmon resonance biosensor." Anal Bioanal Chem 407(14): 3985-3993.

• Cerny, J., L. Biedermannova, P. Mikulecky, J. Zahradnik, T. Charnavets, P. Sebo and B. Schneider (2015). "Redesigning protein cavities as a strategy for increasing affinity in protein-protein interaction: interferon- gamma receptor 1 as a model." Biomed Research International 2015: 716945.

• Craveur, P., A. P. Joseph, J. Esque, T. J. Narwani, F. Noel, N. Shinada, M. Goguet, S. Leonard, P. Poulain, O. Bertrand, G. Faure, J. Rebehmed, A. Ghozlane, L. S. Swapna, R. M. Bhaskara, J. Barnoud, S. Teletchea, V. Jallu, J. Cerny, B. Schneider, C. Etchebest, N. Srinivasan, J. C. Gelly and A. G. de Brevern (2015). "Protein flexibility in the light of structural alphabets." Front Mol Biosci 2: 20.

• Charnavets, T., J. Nunvar, I. Necasova, J. Volker, K. J. Breslauer and B. Schneider (2015). "Conformational diversity of single-stranded DNA from bacterial repetitive extragenic palindromes: Implications for the DNA recognition elements of transposases." Biopolymers 103(10): 585-596.

2014

• Kuchar, M., L. Vankova, H. Petrokova, J. Cerny, R. Osicka, O. Pelak, H. Sipova, B. Schneider, J. Homola, P. Sebo, T. Kalina and P. Maly (2014). "Human interleukin-23 receptor antagonists derived from an albumin-binding domain scaffold inhibit IL-23-dependent ex vivo expansion of IL-17-producing T-cells." Proteins 82(6): 975-989.

• Nunvar, J., D. Elhottova, A. Chronakova, B. Schneider and I. Licha (2014). "Draft Genome Sequence of Stenotrophomonas maltophilia Strain 5BA-I-2, a Soil Isolate and a Member of a Phylogenetically Basal Lineage." Genome Announc 2(2).

• Schneider, B., J. Cerny, D. Svozil, P. Cech, J. C. Gelly and A. G. de Brevern (2014). "Bioinformatic analysis of the protein/DNA interface." Nucleic Acids Research 42(5): 3381-3394.

• Schneider, B., J. C. Gelly, A. G. de Brevern and J. Cerny (2014). "Local dynamics of proteins and DNA evaluated from crystallographic B factors." Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 70(Pt 9): 2413-2419.

2013

• Cech, P., J. Kukal, J. Cerny, B. Schneider and D. Svozil (2013). "Automatic workflow for the classification of local DNA conformations." BMC Bioinformatics 14: 205.

• Kratochvilova, I., M. Vala, M. Weiter, M. Sperova, B. Schneider, O. Pav, J. Sebera, I. Rosenberg and V. Sychrovsky (2013). "Charge transfer through DNA/DNA duplexes and DNA/RNA hybrids: complex theoretical and experimental studies." Biophys Chem 180-181: 127-134.

• Mikulecky, P., J. Cerny, L. Biedermannova, H. Petrokova, M. Kuchar, J. Vondrasek, P. Maly, P. Sebo and B. Schneider (2013). "Increasing affinity of interferon-gamma receptor 1 to interferon-gamma by computer-aided design." Biomed Research International 2013: 752514.

• Nunvar, J., I. Licha and B. Schneider (2013). "Evolution of REP diversity: a comparative study." Bmc Genomics 14: 385.

2011

• Benda, L., B. Schneider and V. Sychrovsky (2011). "Calculating the response of NMR shielding tensor sigma(31P) and 2J(31P,13C) coupling constants in nucleic acid phosphate to coordination of the Mg2+ cation." J Phys Chem A 115(11): 2385-2395.

2010

• Joseph, A. P., G. Agarwal, S. Mahajan, J. C. Gelly, L. S. Swapna, B. Offmann, F. Cadet, A. Bornot, M. Tyagi, H. Valadie, B. Schneider, C. Etchebest, N. Srinivasan and A. G. De Brevern (2010). "A short survey on protein blocks." Biophys Rev 2(3): 137-147.

• Kratochvilova, I., T. Todorciuc, K. Kral, H. Nemec, M. Buncek, J. Sebera, S. Zalis, Z. Vokacova, V. Sychrovsky, L. Bednarova, P. Mojzes and B. Schneider (2010). "Charge transport in DNA oligonucleotides with various base-pairing patterns." J Phys Chem B 114(15): 5196-5205.

2009

• Vokacova, Z., M. Budesinsky, I. Rosenberg, B. Schneider, J. Sponer and V. Sychrovsky (2009). "Structure and dynamics of the ApA, ApC, CpA, and CpC RNA dinucleoside monophosphates resolved with NMR scalar spin-spin couplings." J Phys Chem B 113(4): 1182-1191.

Fond rozvoje sdružení CESNET: 2024 – 0170, B. Schneider: Úložiště pro vědeckovýzkumná data z oboru "life sciences". 2024

GAČR: GA24-11819S, G. F. Vives: Časově rozlišená vibrační spektroskopie proteinů za užití geneticky kódovaných nekanonických aminokyselin. 2024 – 2026

MŠMT: LX22NPO5102, B. Schneider: Národní ústav pro výzkum rakoviny. 2022 – 2025

MŠMT: EF16_013/0001776, B. Schneider: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii pro lidské zdraví. 2017 – 2021

MŠMT: EF15_003/0000447, B. Schneider: Strukturní dynamika biomolekulárních systémů. 2016 – 2023

MŠMT: LTAUSA18197, Schneider: Návrh, vývoj a testování bioinformatických nástrojů pro hodnocení kvality experimentálních a počítačových molekulárních modelů ve strukturní biologii, biotechnologii a farmacii. 2019-2022.AA

GAČR: GA19-17398S, Schneider: De novo vývoj bivalentních proteinů imitujících funkci interferonů lambda. 2019-2021.

MŠMT: LM2015047, Schneider: ELIXIR CZ: Česká národní infrastruktura pro biologická data. 2016-2019.

GAČR: GA16-20507S, Schneider: Interleukiny z rodiny interleukinu 10: Specificita a cílená modulace interakcí s receptory. 2016-2018.

MŠMT (program OP VK): CZ.1.07/2.3.00/30.0020, Schneider, Charnavets, Pavlínková, Dodd, Hejnalová: Biotechnologický expert. 2012-2015.

GAČR: GAP305/12/1801, Schneider: Molekulární mechanizmy asociace nového typu transponáz s repetitivními palindromickými sekvencemi. 2012-2014.

GAČR: GPP205/12/P729, Biedermannová: Vliv hydratačního obalu proteinů na stabilitu proteinových komplexů. 2012-2014.

GAČR: GAP305/10/2184, Schneider: Vztahy mezi strukturou a funkcí v proteinových interakcích. 2010-2014.

GAČR: GAP302/10/0427, Vondrášek: Produkce a charakterizace biologicky aktivního rekombinantního lidského ameloblastinu - proteinu indukujícího regeneraci a diferenciaci tvrdých tkání. 2010-2012.

MŠMT: MEB021032, Schneider: Komplexní strukturní analýza interakcí na rozhraní protein – nukleová kyselina unikátními bioinformatickými deskriptory. 2010-2011.