Cellular and molecular mechanisms of neuroprotection induced by FTO inhibitors

• Název práce v češtině: Buněčné a molekulární mechanismy neuroprotekce navozené FTO inhibitory
• Název v anglickém jazyce: Cellular and molecular mechanisms of neuroprotection induced by FTO inhibitors
• Klíčová slova anglicky: FTO, epitranscriptomic modification, m6A, neuroprotection, mitochondria
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziologie (31-152)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Petr Telenský, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Cílem tohoto doktorského projektu je zkoumat roli FTO-m6A dráhy v biogenezi mitochondrií, odolnosti vůči oxidačnímu stresu a dynamice mitochondrií v astrocytech a neuronech. Alzheimerova choroba (AD) je charakterizována mitochondriální dysfunkcí a naše předběžné výsledky naznačují, že inhibice RNA demetylázy FTO podporuje biogenezi mitochondrií a chrání před oxidačním stresem. Molekulární mechanismy, které propojují FTO-dependentní m6A RNA methylaci s funkcí mitochondrií, však zůstávají nejasné.
Prvním cílem je identifikovat FTO-regulované transkripty spojené s biogenezí mitochondrií a odolností vůči oxidačnímu stresu. Astrocytární (CCF-STTG1) a neuronální (dSH-SY5Y) buněčné linie budou kultivovány a ošetřeny inhibitorem FTO MO-I-500. RNA bude izolována a transkripty obohacené o m6A budou analyzovány pomocí sekvenování RNA imunoprecipitací s methylovanou RNA (MeRIP-seq). Bioinformatické analýzy identifikují rozdílně methylované transkripty, které budou ověřeny metodami qRT-PCR a Western blottingu. Role klíčových transkriptů bude dále zkoumána prostřednictvím experimentů na snížení exprese (knockdown) nebo nadexpresi příslušných genů a jejich vliv na funkci mitochondrií bude hodnocen pomocí testů produkce ATP, analýzy membránového potenciálu mitochondrií a měření oxidačního stresu pomocí průtokové cytometrie.
Druhým cílem je zkoumat, jak FTO ovlivňuje mitochondriální fúzi, dělení a mitofagii v astrocytech. Experimenty zaměřené na umlčení nebo nadexpresi genů se budou soustředit na FTO, METTL3 (m6A methyltransferázu) a YTHDF1 (m6A čtecí protein) s následným ověřením metodami qRT-PCR a analýzou exprese proteinů. Dynamika mitochondrií bude studována pomocí konfokální mikroskopie s barvením MitoTracker a exprese klíčových regulátorů, jako jsou Mfn1, Mfn2, OPA1 (fúze), Drp1, Fis1 (dělení) a PINK1, Parkin (mitofagie), bude analyzována pomocí Western blottingu nebo alternativně kapilární elektroforézou Simple Western. Aktivita mitofagie bude kvantifikována fluorescenčním testem založeným na mKeima proteinu a integrita mitochondriální membrány a funkce budou hodnoceny průtokovou cytometrií.
Tento projekt přinese nové poznatky o roli FTO ve funkci mitochondrií a jeho potenciálu jako terapeutického cíle u neurodegenerativních onemocnění. Získané výsledky mohou přispět k vývoji nových strategií pro zlepšení mitochondriální odolnosti u Alzheimerovy choroby a dalších poruch spojených s narušenou mozkovou bioenergetikou.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The aim of this PhD project is to investigate the role of the FTO-m6A pathway in mitochondrial biogenesis, oxidative stress resilience, and mitochondrial dynamics in astrocytes and neurons. Alzheimer’s disease (AD) is characterized by mitochondrial dysfunction, and our preliminary data suggest that inhibition of the RNA demethylase FTO promotes mitochondrial biogenesis and protects against oxidative stress. However, the molecular mechanisms linking FTO-mediated m6A RNA methylation to mitochondrial function remain unclear.
The first objective is to identify FTO-regulated transcripts associated with mitochondrial biogenesis and oxidative stress resilience. Astrocytic (CCF-STTG1) and neuronal (dSH-SY5Y) cells will be cultured and treated with the FTO inhibitor MO-I-500. RNA will be extracted, and m6A-enriched transcripts will be analyzed using methylated RNA immunoprecipitation sequencing (MeRIP-seq). Bioinformatic analyses will identify differentially methylated transcripts, which will be validated using qRT-PCR and Western blotting. The role of key transcripts will be further investigated through gene knockdown or overexpression studies, and their effects on mitochondrial function will be assessed via ATP production assays, mitochondrial membrane potential analysis, and oxidative stress measurements using flow cytometry.
The second objective is to examine how FTO influences mitochondrial fusion, fission, and mitophagy in astrocytes. Gene silencing and overexpression experiments will target FTO, METTL3 (m6A writer), and YTHDF1 (m6A reader), with validation by qRT-PCR and protein expression analysis. Mitochondrial dynamics will be studied by confocal microscopy using MitoTracker staining, and protein expression of key regulators such as Mfn1, Mfn2, OPA1 (fusion), Drp1, Fis1 (fission), and PINK1, Parkin (mitophagy) will be assessed by Western blotting or alternatively Simple Western capillary electrophoresis. Mitophagy activity will be quantified using a fluorescence-based mKeima assay, and mitochondrial membrane integrity and function will be evaluated through flow cytometry.
This project will provide new insights into the role of FTO in mitochondrial function and its potential as a therapeutic target in neurodegenerative diseases. The findings may contribute to the development of novel strategies to enhance mitochondrial resilience in Alzheimer’s disease and other disorders associated with impaired brain bioenergetics.