Strukturně-funkční studium proteinů zapojených do rozpoznávání hostitelských buněk

Mgr. Filip Melicher, Ph.D.

Doctoral thesis

Structure-functional study of proteins involved in host cell recognition

Abstract:

Lektiny jsou proteiny nebo glykoproteiny neimunitního původu, které se specificky a reverzibilně vážou na sacharidové struktury, aniž by je modifikovaly. Díky této vlastnosti se podílejí na celé řadě fyziologických a patologických procesů, včetně komunikace mezi buňkami, imunitního rozpoznávání, symbiózy a patogeneze. U patogenních mikroorganismů často zprostředkovávají adhezi k hostitelským tkáním (klíčový krok kolonizace a infekce), zatímco v jiných říších života se uplatňují například v obraně proti škůdcům, vrozené imunitě či mezibuněčné signalizaci. Jejich schopnost vázat sacharidy z nich zároveň činí nepostradatelné nástroje v glykobiologii, zejména při tzv. glyko-profilování biomolekul a tkání, a stojí také za jejich potenciálním využitím v zemědělství, medicíně a biotechnologiích. Teoretická část této práce přináší přehled biologie lektinů, shrnuje jejich strukturní a funkční rozmanitost i aplikace ve výzkumu a medicíně. Zároveň představuje bakterii Photorhabdus se zaměřením na její dvojí životní styl – jako patogena hmyzu a symbionta hlístic. Experimentální část je rozdělena do tří projektů. První dva se věnují různým rodinám lektinů z Photorhabdus laumondii a kombinují strukturní a funkční přístupy k odhalení rozmanitosti v oligomerních uspořádáních, vazebných vlastnostech a specifitě k sacharidům. Biologické testy naznačují, že tyto lektiny mohou hrát roli ve vzájemných interakcích mezi bakterií, hlísticí a hmyzím hostitelem. Třetí projekt je zaměřen na bakterii Pseudomonas aeruginosa a testování glykanových inhibitorů cílících na její virulentní lektiny LecA a LecB. Byly vyvinuty nehydrolyzovatelné mono- a multivalentní glykosidy a jejich struktura byla ověřena, přičemž se ukázalo, že se selektivně vážou na vazebná místa lektinů bez nežádoucího křížení. Tyto syntetické sloučeniny představují perspektivní kandidáty pro antiadhezivní strategie proti oportunním infekcím.

Abstract:

Lectins are proteins or glycoproteins of non-immune origin that bind carbohydrate structures specifically and reversibly without altering them. Owing to this property, they are involved in a wide range of physiological and pathological processes, including cell–cell communication, immune recognition, symbiosis, and pathogenesis. In pathogenic microorganisms, lectins often mediate adhesion to host tissues as a crucial step in colonization and infection, while across other kingdoms of life, they contribute to defense against pests, innate immunity, and intercellular signaling. Their carbohydrate-binding ability has also made them indispensable tools in glycobiology, particularly in glyco-profiling of biomolecules and tissues, and has driven potential applications in agriculture, medicine, and biotechnology. The theoretical part of this thesis provides an overview of lectin biology, summarizing their structural and functional diversity as well as their applications in research and medicine. It also introduces the bacterium Photorhabdus, with emphasis on its dual lifestyle as an insect pathogen and nematode symbiont. The experimental part is organized into three projects. The first two investigate distinct lectin families from Photorhabdus laumondii, combining structural and functional approaches to reveal diversity in oligomeric assemblies, binding properties, and glycan specificities. Biological assays suggest that these lectins may play roles in the tripartite interaction between bacterium, nematode, and insect host. The third project shifts to the bacterium Pseudomonas aeruginosa, focusing on the testing of glycan-based inhibitors targeting its virulence lectins LecA and LecB. Hydrolytically stable mono- and multivalent glycosides were developed and structurally validated, demonstrating selective binding without unwanted crosslinking. These synthetic compounds represent promising candidates for anti-adhesion strategies against opportunistic infection.

Keywords

Lektíny, Photorhabdus laumondii, Pseudomonas aeruginosa, proteinová krystalografie, inhibitory, sacharidy, Lectins, protein crystallography, inhibitors, saccharides

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 9. 2025

Thesis defence

• Date of defence: 5. 11. 2025
• Supervisor: prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Ivana Kutá-Smatanová, Ph.D., PhD Serge Perez, DSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Life Sciences / Life Sciences