Strukturní charakterizace evolučně starých intermediálních vláken

• Thesis title in Czech: Strukturní charakterizace evolučně starých intermediálních vláken
• Thesis title in English: Structural Characterization of Evolutionary Ancient Intermediate Filaments
• Key words: Intermediální filamenta, cryo-EM, modelování struktury, last eukaryotic common ancestor, dvoudimenzionální elektoroforéza
• English key words: Intermediate filaments, cryo-EM, structure modeling, last eukaryotic common ancestor, two-dimensional electrophoresis
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Parasitology (31-161)
• Supervisor: doc. Mgr. Vladimír Hampl, Ph.D.
• Study form: full-time

Preliminary scope of work

Našemu týmu se podařilo ukázat, že intermediální filamenta z rodiny „striated fiber assemblinů“ (SFA) byla přítomná u společného předka všech eukaryot (LECA) a jedná se zřejmě o evolučně nejstarší typ cytoplasmatických intermediálních filament. U LECA se podílela na výstavbě oporného cytoskeletu a zejména břišní rýhy používané k příjmu potravy. Tato funkce je stále zachována u tzv. exkavátních exkavát (např. Paratrimatix pyriformis, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.29.587336v1), zatímco u jiných protist se jejich role změnila a vyskytují se např. v přísavném disku Giardia intestinalis, kinetodesmálních fibrilách nálevníků nebo dělícím aparátu apikomplex. U živočichů se jejich homology vůbec nevyskytují. Ukázali jsme také, že SFA proteiny Paratrimastix pyriformis exprimované in vitro samovolně vytváří žíhaná filamenta různých tlouštěk, která v elektronovém mikroskopu připomínají intermediální filamenta, jako jsou laminy, desminy či keratiny.
Cílem práce bude pomocí in-silico modelování navrhnout terciární strukturu podjednotek a kvartérní strukturu předpokládaných dimerů či tertramerů. Pomocí dvoudimensionální elektroforézy a cryo-EM určit složení a stechiometrii vláken a jejich detailní 3D strukturu.

Preliminary scope of work in English

Our team was able to show that intermediate filaments of the striated fiber assembly (SFA) family were present in the common ancestor of all eukaryotes (LECA) and are probably the evolutionarily oldest type of cytoplasmatic intermediate filaments. In LECA, it was involved in the construction of the supporting cytoskeleton and especially the ventral groove used for food intake. This function is still conserved in the so-called excavates (e.g., Paratrimatix pyriformis, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.29.587336v1), whereas in other protists their role has changed and they are found, for example, in the suction disc of Giardia intestinalis, kinetodesmal funnel fibrils, or the dividing apparatus of the apicomplexus. In animals, their homologues do not occur at all. We have also shown that SFA proteins of Paratrimastix pyriformis expressed in vitro spontaneously form annealed filaments of different thicknesses, which in the electron microscope resemble intermediate filaments, such as lamins, desmins or keratins.
The aim of this thesis will be to use in-silico modeling to propose the tertiary structure of the subunits and the quaternary structure of the putative dimers or tertramers. Using two-dimensional electrophoresis and cryo-EM to determine the composition and stoichiometry of the fibers and their detailed 3D structure.