Structural Immunology of Natural Killer Cell Receptor:Ligand Recognition

• Název práce v češtině: Strukturní imunologie NK buněčného rozpoznávání mezi receptory a jejich ligandy
• Název v anglickém jazyce: Structural Immunology of Natural Killer Cell Receptor:Ligand Recognition
• Klíčová slova: NK buňky; imunitní rozpoznávání; rakovina; NKp80; AICL; CD69; Galectin-1; Siglec-7; NKR-P1C; receptor; rentgenová krystalografie; NMR; AUC; superrozlišovací mikroskopie; glykosylace; lektiny
• Klíčová slova anglicky: NK cells; immune recognition; cancer; NKp80; AICL; CD69; Galectin-1; Siglec-7; NKR-P1C; receptor; X-ray crystallography; NMR; AUC; superresolution microscopy; glycosylation; lectins
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra biochemie (31-250)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Ondřej Vaněk, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Bláha J., Skálová T., Kalousková B., Skořepa O., Cmunt D., Grobárová V., Pazicky S., Poláchová E., Abreu C., Stránský J., Kovaľ T., Dušková J., Zhao Y., Harlos K., Hašek J., Dohnálek J., Vaněk O. (2022): Structure of the human NK cell NKR-P1:LLT1 receptor:ligand complex reveals clustering in the immune synapse. Nat Commun 13, 5022. DOI:10.1038/s41467-022-32577-6
Vaněk O., Kalousková B., Abreu C., Nejadebrahim S., Skořepa O. (2022): Natural killer cell-based strategies for immunotherapy of cancer. Adv Protein Chem Struct Biol 129, 91-133. DOI:10.1016/bs.apcsb.2022.02.001
Kalousková B., Skořepa O., Cmunt D., Abreu C., Krejčová K., Bláha J., Sieglová I., Král V., Fábry M., Pola R., Pechar M., Vaněk O. (2021): Tumor marker B7-H6 bound to the coiled coil peptide-polymer conjugate enables targeted therapy by activating human natural killer cells. Biomedicines 9, 1597. DOI:10.3390/biomedicines9111597
Skořepa O., Pažický S., Kalousková B., Bláha J., Abreu C., Ječmen T., Rosůlek M., Fish A., Sedivy A., Harlos K., Dohnálek J., Skálová T., Vaněk O. (2020): Natural killer cell activation receptor NKp30 oligomerization depends on its N-glycosylation. Cancers 12, 1998. DOI:10.3390/cancers12071998
Vaněk O., Celadová P., Skořepa O., Bláha J., Kalousková B., Dvorská A., Poláchová E., Pucholtová H., Kavan D., Pompach P., Hofbauerová K., Kopecký V. Jr., Mesci A., Voigt S., Carlyle J. R. (2019): Production of recombinant soluble dimeric C-type lectin-like receptors of rat natural killer cells. Sci Rep 9, 17836. DOI:10.1038/s41598-019-52114-8

Předběžná náplň práce

Strukturní popis interakcí protein-protein je základním kamenem znalostí umožňujících detailní molekulární pochopení procesů, jako je rozpoznávání receptoru a ligandu v imunitním systému, což může vést k návrhu cílených imunoterapeutik nebo léčiv obecně. Přesná analýza takových interakčních systémů obvykle závisí na rentgenové strukturní analýze, která je závislá na úspěšné přípravě difraktujících krystalů daného proteinového komplexu - což je úkol podstatně obtížnější u flexibilních nebo velkých proteinových komplexů/oligomerů. Naopak biofyzikální metody, jako jsou AUC, ITC, SPR, MST nebo maloúhlový rozptyl rentgenového záření, umožňují studium proteinových interakcí přímo v roztoku, přičemž další možností pro posouzení struktury velkých proteinových sestav je kryo-EM.
Kombinace těchto technik bude použita pro podrobné studium a molekulární popis interakcí vybraných receptorů NK buněk člověka a hlodavců s jejich přirozenými proteinovými ligandy (např. NKR-P1:LLT1, NKR-P1B:Clr-11, NKp30:B7-H6, NKp80:AICL). Afinita některých z těchto proteinových komplexů je poměrně nízká, jak tomu často bývá v případě imunitního rozpoznávání, což je činí velmi náročnými pro strukturní studie. Zároveň nás zajímá, jak tyto interakce probíhají na povrchu buněk a spouští aktivaci NK buněk nebo jak se tyto komplexy receptor:ligand sestavují v imunitní synapsích na membráně živé buňky. Proto budou využity i techniky superrozlišovací mikroskopie a lokalizační mikroskopie s jednou molekulou, například s využitím podporovaných lipidových dvojvrstev k přípravě rekonstituovaných modelových membránových systémů.
Profil ideálního kandidáta: magisterský titul nebo ekvivalent v oboru biochemie, molekulární biologie, imunologie nebo příbuzném oboru a dobrá znalost angličtiny. Výhodou jsou zkušenosti s klonováním DNA a expresí a purifikací rekombinantních proteinů, biofyzikálními a strukturně biologickými metodami souvisejícími s proteiny, průtokovou cytometrií a fluorescenční mikroskopií a buněčnými imunologickými testy.
Finanční zabezpečení práce: GA ČR 23-08490L (2023 – 2026) a 25-18490S (2025 – 2027), MŠMT ČR LUAUS25250 (2025 – 2028); prostředky umožňují pokrýt i více než minimální požadovaný příjem pro i více než jednoho Ph.D. studenta
Zahraniční spolupráce, umožňující absolvovat stáž: v rámci projektu 23-04890L Dr. Mario Brameshuber, Technická Univerzita Vídeň, Rakousko a prof. Ario de Marco, Univerzita Nova Gorica, Slovinsko; v rámci projektu LUAUS25250 Dr. Grzegorz Piszczek, National Heart, Lung, and Blood Institute, NIH, Bethesda, USA

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Structural description of protein-protein interactions is the cornerstone of knowledge enabling detailed molecular understanding of processes such as receptor-ligand recognition within the immune system, potentially leading to a design of targeted immunotherapeutics or drugs in general. Precise analysis of such interacting systems usually relies on X-ray structural analysis, which depends on the successful preparation of diffracting crystals of the given protein complex – a task significantly more difficult for flexible or large protein complexes/oligomers. On the contrary, biophysical methods such as AUC, ITC, SPR, MST, or small-angle X-ray scattering enable the study of protein interactions directly in solution, with cryoEM as a further option to assess the structure of large protein assemblies.
A combination of these techniques will be used for detailed study and molecular description of interactions of selected human and rodent natural killer cell receptors with their cognate protein ligands (e.g., NKR-P1:LLT1, NKR-P1B:Clr-11, NKp30:B7-H6, NKp80:AICL). The affinity of some of these protein complexes is rather low, as is often the case in immune recognition, thus making them very challenging for structural studies. At the same time, we are interested in understanding how these interactions take place on the cell surface and trigger natural killer cell activation or how these receptor:ligand complexes assemble within the immune synapse on the membrane of a living cell. Therefore, super-resolution microscopy and single-molecule localization microscopy techniques, such as utilizing supported lipid bilayers to prepare reconstituted model membrane systems, will be employed, too.
Profile of an ideal candidate: MSc. or equivalent in Biochemistry, Molecular Biology, Immunology, or a related field, and a good knowledge of English is required. Experience with DNA cloning and recombinant protein expression and purification, protein-related biophysical and structural biology methods, flow cytometry and fluorescence microscopy, and cell-based immunological assays is of advantage.
Financial support for the work: Czech Science Foundation 23-08490L (2023 - 2026) and 25-18490S (2025 - 2027), MEYS CR LUAUS25250 (2025 - 2028); the funds allow to cover more than the minimum required income for more than one Ph.D. student
Foreign cooperation, enabling internship: within project 23-04890L Dr. Mario Brameshuber, Technical University of Vienna, Austria, and prof. Ario de Marco, University Nova Gorica, Slovenia; within project LUAUS25250 Dr. Grzegorz Piszczek, National Heart, Lung, and Blood Institute, NIH, Bethesda, USA