Laboratoř buněčného metabolismu

Metabolismus zdravé tkáně a nádoru s rozlišením na úrovni jednotlivých buněk.

Vedoucí laboratoře: Kateřina Rohlenová, Ph.D.

Metabolismus rakovinných buněk je uzpůsoben jejich zvýšeným biosyntetickým potřebám spojeným s rychlým buněčným dělením. Z toho důvodu cílení na metabolismus rakovinných buněk představuje atraktivní proti-rakovinnou strategii. Jedním z prvních z těchto přístupů byla antinukleotidová terapie. Tato strategie, zavedená před více než 70 lety, blokuje syntézu nukleotidů, základních stavebních kamenů nukleových kyselin, tj. DNA a RNA. Nicméně, přes svoji dlouhou a relativně úspěšnou historii se antinukleotidová terapie dodnes pojí s vysokou mírou rezistence a častou toxicitou pro zdravou tkáň.

Jaké jsou důvody této rezistence? Ačkoliv odpověď na tuto otázku není zcela známá, část problému by mohla být způsobena výměnou metabolitů, v tomto případě nukleotidů a jejich stavebních kamenů, mezi buňkami v tkáních. Zdravá tkáň, stejně jako maligní nádor, sestávají z mnoha různých buněčných typů, které se liší svými metabolickými potřebami. Různé buněčné typy mohou komunikovat pomocí metabolitů, tedy například jeden buněčný typ může produkovat určité metabolity, které jsou následně využívány buňkami jiného buněčného typu. Výměna metabolitů,tzv. metabolický cross-talk, umožňuje buňkám růst a přežít i v prostředí kde jim živiny chybí, jako například v rostoucích nádorech. Tento mezibuněčný výměnný obchod však může vést ke snížení efektivity léčebných přístupů cílených na metabolismus rakovinných buněk.

Stále není známo, jaké typy buněk jsou hlavním zdrojem nukleotidů či dalších metabolických stavebních kamenů v tkáních. Jedním z důvodů je, že vysoká komplexita tkání neumožňuje využití tradičních metod metabolického výzkumu, které průměrují buněčné populace a neumožňují analýzu jednotlivých buněčných typů v jejich přirozeném tkáňovém prostředí.

Hlavním cílem našeho výzkumu je zjistit, jak buňky v tkáních sdílejí metabolity a zda v tomto ohledu existují rozdíly mezi zdravou tkání a nádorem. Tyto poznatky jsou nutné pro vývoj nových terapeutických strategií, které překonají stávající problémy s rezistencí a toxicitou.

V našem výzkumu kombinujeme genetické myší modely, metabolismus a technologie s rozlišením na úrovni jednotlivých buněk, které nám umožní zmapovat výměnu metabolitů „buňku po buňce“, a to v nádorech i ve zdravé tkáni. Konkrétně, k výzkumu metabolismu v tkáních naše laboratoř využívá moderní metody single cell RNA sekvenování a sekvenování in situ v kombinaci s mutagenezí pomocí systému knihoven CRISRP a metabolických esejí. Náš experimentální přístup nám tak dává možnost nahlížet na tradiční oblast metabolismu tkání a nádorů z nového úhlu pohledu a s vysokým rozlišením.

Rohlenová Kateřina, Mgr., Ph.D.

Výběr z předchozích publikací:

2020

  • Taverna, F., Goveia, J., Karakach, T.K., Khan, S., Rohlenova, K., Treps, L., Subramanian, A., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., and Carmeliet, P. (2020). BIOMEX: an interactive workflow for (single cell) omics data interpretation and visualization. Nucleic Acids Res 48: W385-W394.
  • Rohlenova, K.*, Goveia, J.*, Garcia-Caballero, M.*, Subramanian, A.*, Kalucka, J., Treps, L., Falkenberg, K.D., de Rooij, L., Zheng, Y., Lin, L., Sokol, L., Teuwen, L.A., Geldhof, V., Taverna, F., Pircher, A., Conradi, L.C., Khan, S., Stegen, S., Panovska, D., De Smet, F., Staal, F.J.T., McLaughlin, R.J., Vinckier, S., Van Bergen, T., Ectors, N., De Haes, P., Wang, J., Bolund, L., Schoonjans, L., Karakach, T.K., Yang, H., Carmeliet, G., Liu, Y., Thienpont, B., Dewerchin, M., Eelen, G., Li, X., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). Single-Cell RNA Sequencing Maps Endothelial Metabolic Plasticity in Pathological Angiogenesis. Cell Metab 31: 862-877 e814.
  • Kalucka, J., de Rooij, L., Goveia, J., Rohlenova, K., Dumas, S.J., Meta, E., Conchinha, N.V., Taverna, F., Teuwen, L.A., Veys, K., Garcia-Caballero, M., Khan, S., Geldhof, V., Sokol, L., Chen, R., Treps, L., Borri, M., de Zeeuw, P., Dubois, C., Karakach, T.K., Falkenberg, K.D., Parys, M., Yin, X., Vinckier, S., Du, Y., Fenton, R.A., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Thienpont, B., Lin, L., Bolund, L., Li, X., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). Single-Cell Transcriptome Atlas of Murine Endothelial Cells. Cell 180: 764-779 e720.
  • Henrichs, V., Grycova, L., Barinka, C., Nahacka, Z., Neuzil, J., Diez, S., Rohlena, J., Braun, M., and Lansky, Z. (2020). Mitochondria-adaptor TRAK1 promotes kinesin-1 driven transport in crowded environments. Nat Commun 11: 3123.
  • Hadrava Vanova, K., Kraus, M., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2020). Mitochondrial complex II and reactive oxygen species in disease and therapy. Redox Rep 25: 26-32.
  • Goveia, J.*, Rohlenova, K.*, Taverna, F.*, Treps, L.*, Conradi, L.C., Pircher, A., Geldhof, V., de Rooij, L., Kalucka, J., Sokol, L., Garcia-Caballero, M., Zheng, Y., Qian, J., Teuwen, L.A., Khan, S., Boeckx, B., Wauters, E., Decaluwe, H., De Leyn, P., Vansteenkiste, J., Weynand, B., Sagaert, X., Verbeken, E., Wolthuis, A., Topal, B., Everaerts, W., Bohnenberger, H., Emmert, A., Panovska, D., De Smet, F., Staal, F.J.T., McLaughlin, R.J., Impens, F., Lagani, V., Vinckier, S., Mazzone, M., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Karakach, T.K., Yang, H., Wang, J., Bolund, L., Lin, L., Thienpont, B., Li, X., Lambrechts, D., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). An Integrated Gene Expression Landscape Profiling Approach to Identify Lung Tumor Endothelial Cell Heterogeneity and Angiogenic Candidates. Cancer cell 37: 21-36 e13.
  • Boukalova, S., Hubackova, S., Milosevic, M., Ezrova, Z., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2020). Dihydroorotate dehydrogenase in oxidative phosphorylation and cancer. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 1866: 165759.

2019

  • Falkenberg, K.D., Rohlenova, K., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2019). The metabolic engine of endothelial cells. Nature Metabolism 1: 937-946.
  • Bajzikova, M., Kovarova, J. #, Coelho, A.R., Boukalova, S., Oh, S., Rohlenova, K., Svec, D., Hubackova, S., Endaya, B., Judasova, K., Bezawork-Geleta, A., Kluckova, K., Chatre, L., Zobalova, R., Novakova, A., Vanova, K., Ezrova, Z., Maghzal, G.J., Magalhaes Novais, S., Olsinova, M., Krobova, L., An, Y.J., Davidova, E., Nahacka, Z., Sobol, M., Cunha-Oliveira, T., Sandoval-Acuna, C., Strnad, H., Zhang, T., Huynh, T., Serafim, T.L., Hozak, P., Sardao, V.A., Koopman, W.J.H., Ricchetti, M., Oliveira, P.J., Kolar, F., Kubista, M., Truksa, J., Dvorakova-Hortova, K., Pacak, K., Gurlich, R., Stocker, R., Zhou, Y., Berridge, M.V., Park, S., Dong, L. #, Rohlena, J. #, and Neuzil, J. # (2019). Reactivation of Dihydroorotate Dehydrogenase-Driven Pyrimidine Biosynthesis Restores Tumor Growth of Respiration-Deficient Cancer Cells. Cell Metab 29: 399-416 e310.

2018

  • Rohlenova, K., Veys, K., Miranda-Santos, I., De Bock, K., and Carmeliet, P. (2018). Endothelial Cell Metabolism in Health and Disease. Trends Cell Biol 28: 224-236.
  • Khan, S.*, Taverna, F.*, Rohlenova, K.*, Treps, L., Geldhof, V., de Rooij, L., Sokol, L., Pircher, A., Conradi, L.C., Kalucka, J., Schoonjans, L., Eelen, G., Dewerchin, M., Karakach, T., Li, X., Goveia, J., and Carmeliet, P. (2018). EndoDB: a database of endothelial cell transcriptomics data. Nucleic Acids Resgky997-gky997.

2017

  • Rohlenova, K.*#, Sachaphibulkij, K.*, Stursa, J., Bezawork-Geleta, A., Blecha, J., Endaya, B., Werner, L., Cerny, J., Zobalova, R., Goodwin, J., Spacek, T., Alizadeh Pesdar, E., Yan, B., Nguyen, M.N., Vondrusova, M., Sobol, M., Jezek, P., Hozak, P., Truksa, J., Rohlena, J. #, Dong, L.F. #, and Neuzil, J. # (2017). Selective Disruption of Respiratory Supercomplexes as a New Strategy to Suppress Her2(high) Breast Cancer. Antioxidants & redox signaling 26: 84-103.
  • Blecha, J., Novais, S.M., Rohlenova, K., Novotna, E., Lettlova, S., Schmitt, S., Zischka, H., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2017). Antioxidant defense in quiescent cells determines selectivity of electron transport chain inhibition-induced cell death. Free radical biology & medicine 112: 253-266.

 

*Shared first author

# Shared corresponding author

GAČR: GA20-18513S, J. Rohlena: Faktory limitující de novo syntézu pyrimidinů: úloha mitochondriální respirace. 2020-2022.

GAČR: GA19-20553S, J. Rohlena: Složení a funkce CII-low, alternativní formy respiračního kompexu II. 2019-2021.

GAUK: 1435320, M. Milošević: Molecular consequences of complex I deficiency in cancer cells: role of the aspartate synthesis. 2020-2022

GAUK: 1552218, S. Novais: Autophagy - respiration interplay in quiescent cells.2018-2020.