Laboratoř biomolekulárního rozpoznávání

Vlastní stránky Laboratoře biomolekulárního rozpoznávání https://biorecognition.structbio.org/index.html

Naším cílem je pochopit, jak biologické funkce souvisí se strukturami biomolekul a jejich interakcemi. Soustředíme se tedy na stanovení struktur biomolekul a dynamiku jejich chování. Studujeme specifické interakce mezi proteiny a mezi proteiny a DNA, tedy to, jak se rozpoznávají. V naší práci využíváme experimentálních a výpočetních metod proteinového inženýrství, strukturní biologie, bionformatiky a molekulárního modelování.

V laboratoři pracujeme na několika projektech:

• Cytokiny. Studujeme vztahy mezi strukturou a funkcí cytokinů z rodiny Interleukinu 10.

Tyto signální proteiny a jejich receptory jsou důležité v imunitní odpovědi na virové a bakteriální infekce a chyby v regulaci těchto proteinů způsobují vážné autoimunitní a / nebo alergické zdravotní poruchy a mohou i podporovat vznik maligních poruch. Soustředíme se na strukturní aspekty cytokinových interakcí, určujeme jejich krystalové struktury a modifikujeme jejich molekuly tak, aby byly stabilnější. Aplikujeme také metody řízené evoluce (ribozomový a kvasinkový display) k vývoji nových proteinů vázajících specificky cytokiny FIL-10 nebo jejich receptory.

• Bioinformatika. Laboratoř se zaměřuje na strukturní analýzu nukleových kyselin, DNA a RNA a na hydrataci proteinů a nukleových kyselin.

Nukleové kyseliny jsou strukturně plastické molekuly. Studovali jsme jejich strukturní polymorfismus prostřednictvím statistické analýzy struktur dinukleotidových stavebních bloků nukleových kyselin v tisících krystalových struktur. Nalezené klastry jsme roztřídili do tak zvaných strukturních tříd NtC a strukturní abecedy CANA. Práce jsou shrnuty v několika publikacích a výsledky jsou k dispozici na webových stránkách dnatco.org.

Hydratace. Voda v první hydratační vrstvě okolo aminokyselin v proteinech a dinukleotidů v DNA je dobře uspořádána. Struktura této první hydratační vrstvy závisí na struktuře biomolekuly a její sekvenci.

• Jednovláknová DNA (ssDNA). Je známo, že ssDNA má důležité, ale do značné míry neznámé funkce v regulaci genomu. Studujeme jednu specifickou třídu bakteriálních ssDNA, tzv. Repetitivní Extragenní Palindromy (REP) a jejich přidružený enzym, tyrosin transposázu RAYT.
• Dynamika biomolekul. Ve spolupráci s kolegy v infrastruktuře ELI-Beamlines používáme nejpokročilejší technologie fotonové fyziky a optiky pro studium dynamiky biomolekul v širokém rozmezí časů of femtosekund až po sekundy.

Spolupráce. Laboratoř je součástí Biotechnologického ústavu AV ČR se sídlem v centru BIOCEV. Účastníme se výzkumného programu „Strukturní biologie a proteinové inženýrství“ a aktivně pracujeme také na infrastrukturních projektech Instruct-ERIC a ELIXIR v komunitě 3D-Bioinfo.

2024

• Andrikopoulos PC, Čabart P. The chromatin remodeler SMARCA5 binds to d-block metal supports: Characterization of affinities by IMAC chromatography and QM analysis. PLoS One. 2024 Oct 7;19(10):e0309134. doi: 10.1371/journal.pone.0309134. PMID: 39374200; PMCID: PMC11458017.

• Krattenmacher J, Lera-Ramirez M, Beber A, Herynek S, Grycova L, Liu X, Neuzil P, Nedelec F, Diez S, Braun M, Lansky Z. Ase1 selectively increases the lifetime of antiparallel microtubule overlaps. Curr Biol. 2024 Sep 9;34(17):4071-4080.e6. doi: 10.1016/j.cub.2024.07.055. Epub 2024 Aug 12. PMID: 39137787.

2023

• Huliciak, M., Biedermanova, L., Berdar, D., Herynek, S., Kolarova, L., Tomala, J., Mikulecky, P., & Schneider, B. (2023)."Combined in vitro and cell-based selection display method producing specific binders against IL-9 receptor in high yields."FEBS J. https://doi.org/10.1111/febs.16726

• Chaudhari, A. S., Chatterjee, A., Domingos, C. A. O., Andrikopoulos, P. C., Liu, Y., Andersson, I., Schneider, B., Lorenz-Fonfria, V. A., & Fuertes, G. (2023)."Genetically encoded non-canonical amino acids reveal asynchronous dark reversion of chromophore, backbone and side-chains in EL222." Protein Sci, e4590. https://doi.org/10.1002/pro.4590

• Kolenko P, Mikulecký P, Pham PN, Malý M, Schneider B. Diffraction anisotropy and paired refinement: crystal structure of H33, a protein binder to interleukin 10. J Appl Crystallogr. 2023 Jun 16;56(Pt 4):1261-1266. doi: 10.1107/S160057672300479X. PMID: 37555209; PMCID: PMC10405593.

• Liu, Y., Chaudhari, A. S., Chatterjee, A., Andrikopoulos, P. C., Picchiotti, A., Rebarz, M., Kloz, M., Lorenz-Fonfria, V. A., Schneider, B., & Fuertes, G. (2023)."Sub-Millisecond Photoinduced Dynamics of Free and EL222-Bound FMN by Stimulated Raman and Visible Absorption Spectroscopies."Biomolecules, 13(1). https://doi.org/10.3390/biom13010161

• Pham PN, Zahradník J, Kolářová L, Schneider B, Fuertes G. Regulation of IL-24/IL-20R2 complex formation using photocaged tyrosines and UV light. Front Mol Biosci. 2023 Jul 7;10:1214235. doi: 10.3389/fmolb.2023.1214235. PMID: 37484532; PMCID: PMC10361524.

• Schneider, B., Sweeney, BA., Bateman, A., Cerny, J., Zok, T., Szachniuk, M.(2023)"When will RNA get its AlphaFold moment?"Nucleic Acids Res. doi: 10.1093/nar/gkad726.

• Svoboda J, Berdár D, Kolenko P, Černý J, Nováková Z, Pavlíček J, Schneider B. Conformation-based refinement of 18-mer DNA structures. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2023 Jul 1;79(Pt 7):655-665. doi: 10.1107/S2059798323004679. Epub 2023 Jun 20. PMID: 37338420; PMCID: PMC10306069.

2022

• Berman, H. M., Lawson, C. L., Schneider, B. (2022). "Developing Community Resources for Nucleic Acid Structures." Life (Basel), 12(4). https://doi.org/10.3390/life12040540

• Biedermannova, L., Cerny, J., Maly, M., Nekardova, M., & Schneider, B. (2022). "Knowledge-based prediction of DNA hydration using hydrated dinucleotides as building blocks." Acta Crystallogr D Struct Biol, 78(Pt 8), 1032-1045. https://doi.org/10.1107/S2059798322006234

• Kipouros, I., Stanczak, A., Ginsbach, J. W., Andrikopoulos, P. C., Rulisek, L., & Solomon, E. I. (2022). "Elucidation of the tyrosinase/O2/monophenol ternary intermediate that dictates the monooxygenation mechanism in melanin biosynthesis." Proc Natl Acad Sci U S A, 119(33), e2205619119. https://doi.org/10.1073/pnas.2205619119

• Kolarova, L., Zahradnik, J., Huliciak, M., Mikulecky, P., Peleg, Y., Shemesh, M., Schreiber, G., & Schneider, B. (2022)."De novo developed protein binders mimicking Interferon lambda signaling." FEBS J, 289(9), 2672-2684. https://doi.org/10.1111/febs.16300

• VanDyke, D., Iglesias, M., Tomala, J., Young, A., Smith, J., Perry, J. A., Gebara, E., Cross, A. R., Cheung, L. S., Dykema, A. G., Orcutt-Jahns, B. T., Henclova, T., Golias, J., Balolong, J., Tomasovic, L. M., Funda, D., Meyer, A. S., Pardoll, D. M., Hester, J., Issa, F., Hunter, C. A., Anderson, M. S., Bluestone, J. A., Raimondi, G., & Spangler, J. B. (2022)."Engineered human cytokine/antibody fusion proteins expand regulatory T cells and confer autoimmune disease protection." Cell Rep, 41(3), 111478. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111478

2021

• Andrikopoulos, P. C., Chaudhari, A. S., Liu, Y., Konold, P. E., Kennis, J. T. M., Schneider, B., & Fuertes, G. (2021). QM calculations predict the energetics and infrared spectra of transient glutamine isomers in LOV photoreceptors. Phys Chem Chem Phys, 23(25), 13934-13950. https://doi.org/10.1039/d1cp00447f

• Dedecek, J., Tabor, E., Andrikopoulos, P. C., Sklenak, S. (2021). "Splitting dioxygen over distant binuclear transition metal cationic sites in zeolites. Effect of the transition metal cation." Int. Journal of Quantum Chemistry, 121(10). https://doi.org/ARTN e2661110.1002/qua.26611 (ASEP)

• Kolarova, L., Zahradnik, J., Huliciak, M., Mikulecky, P., Peleg, Y., Shemesh, M., Schreiber, G., Schneider, B. (2021). "De novo developed protein binders mimicking Interferon lambda signaling." FEBS J. https://doi.org/10.1111/febs.16300 (ASEP)

• Phuong, N.P., Huličiak, M., Biedermannová, L.,  Černý, J., Charnavets T., Fuertes, G., Herynek, Š., Kolářová, L., Kolenko P.,  Pavlíček J., Zahradník, J., Mikulecky, P., Schneider, B. (2021)"Protein Binder (ProBi) as a New Class of Structurally Robust Non-Antibody Protein Scaffold for Directed Evolution Viruses 13(2), 190

• Zahradnik, J., Dey, D., Marciano, S., Kolarova, L., Charendoff, C. I., Subtil, A., & Schreiber, G. (2021). "A Protein-Engineered, Enhanced Yeast Display Platform for Rapid Evolution of Challenging Targets." ACS Synth Biol. https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00395

2020

• Andrikopoulos, P. C., Y. Liu, A. Picchiotti, N. Lenngren, M. Kloz, A. S. Chaudhari, M. Precek, M. Rebarz, J. Andreasson, J. Hajdu, B. Schneider and G. Fuertes (2020). "Femtosecond-to-nanosecond dynamics of flavin mononucleotide monitored by stimulated Raman spectroscopy and simulations." Phys Chem Chem Phys 22(12), 6538-6552.

• Cerny, J., Bozikova, P., Maly, M., Tykac, M., Biedermannova, L., & Schneider, B. (2020). "Structural alphabets for conformational analysis of nucleic acids available at dnatco.datmos.org." Acta Crystallogr D Struct Biol, 76(Pt 9), 805-813.

• Cerny, J., P. Bozikova, J. Svoboda and B. Schneider (2020). "A unified dinucleotide alphabet describing both RNA and DNA structures." Nucleic Acids Research.

• Orengo, C., Velankar, S., Wodak, S., Zoete, V., Bonvin, A., Elofsson, A., Feenstra, K. A., Gerloff, D. L., Hamelryck, T., Hancock, J. M., Helmer-Citterich, M., Hospital, A., Orozco, M., Perrakis, A., Rarey, M., Soares, C., Sussman, J. L., Thornton, J. M., Tuffery, P., Tusnady, G., Wierenga, R., Salminen, T., & Schneider, B. (2020). "A community proposal to integrate structural bioinformatics activities in ELIXIR (3D-Bioinfo Community)." F1000Res, 9.

• Pizl, M., Picchiotti, A., Rebarz, M., Lenngren, N., Yingliang, L., Zalis, S., Kloz, M., & Vlcek, A. (2020). "Time-Resolved Femtosecond Stimulated Raman Spectra and DFT Anharmonic Vibrational Analysis of an Electronically Excited Rhenium Photosensitizer." J Phys Chem A, 124(7), 1253-1265.

2019

• Fuertes, G., L. Nevola and S. Esteban-Martín (2019). Perspectives on drug discovery strategies based on IDPs. Intrinsically Disordered Proteins: 275-327.

• Zahradnik, J., L. Kolarova, Y. Peleg, P. Kolenko, S. Svidenska, T. Charnavets, T. Unger, J. L. Sussman and B. Schneider (2019). "Flexible regions govern promiscuous binding of IL-24 to receptors IL-20R1 and IL-22R1." FEBS J 286(19): 3858-3873.

2018

• Fuertes, G., N. Banterle, K. M. Ruff, A. Chowdhury, R. V. Pappu, D. I. Svergun and E. A. Lemke (2018). "Comment on "Innovative scattering analysis shows that hydrophobic disordered proteins are expanded in water"." Science 361(6405).

• Palyzova, A., J. Zahradnik, H. Maresova, L. Sokolova, E. Kyslikova, M. Grulich, V. Stepanek, T. Rezanka and P. Kyslik (2018). "Potential of the strain Raoultella sp. KDF8 for removal of analgesics." Folia Microbiol (Praha) 63(3): 273-282.

• Schneider, B., P. Boaeikova, I. Necasova, P. Cech, D. Svozil and J. Cerny (2018). "A DNA structural alphabet provides new insight into DNA flexibility." Acta Crystallogr D Struct Biol 74(Pt 1): 52-64.

• Zahradnik, J., L. Kolarova, H. Parizkova, P. Kolenko and B. Schneider (2018). "Interferons type II and their receptors R1 and R2 in fish species: Evolution, structure, and function." Fish Shellfish Immunol 79: 140-152.

• Zahradnik, J., P. Kolenko, A. Palyzova, J. Cerny, L. Kolarova, E. Kyslikova, H. Maresova, M. Grulich, J. Nunvar, M. Sulc, P. Kyslik and B. Schneider (2018). "The crystal structure of XdpB, the bacterial old yellow enzyme, in an FMN-free form." Plos One 13(4): e0195299.

• Zahradnik, J., J. Nunvar, H. Parizkova, L. Kolarova, A. Palyzova, H. Maresova, M. Grulich, E. Kyslikova and P. Kyslik (2018). "Agrobacterium bohemicum sp. nov. isolated from poppy seed wastes in central Bohemia." Syst Appl Microbiol 41(3): 184-190.

2017

• Cerny, J., B. Schneider and L. Biedermannova (2017). "WatAA: Atlas of Protein Hydration. Exploring synergies between data mining and ab initio calculations." Phys Chem Chem Phys 19(26): 17094-17102.

• Schneider, B., P. Bozikova, P. Cech, D. Svozil and J. Cerny (2017). "A DNA Structural Alphabet Distinguishes Structural Features of DNA Bound to Regulatory Proteins and in the Nucleosome Core Particle." Genes (Basel) 8(10).

2016

• Biedermannova, L. and B. Schneider (2016). "Hydration of proteins and nucleic acids: Advances in experiment and theory. A review." Biochim Biophys Acta 1860(9): 1821-1835.

• Cerny, J., P. Bozikova and B. Schneider (2016). "DNATCO: assignment of DNA conformers at dnatco.org." Nucleic Acids Research 44(W1): W284-287.

• Mikulecky, P., J. Zahradnik, P. Kolenko, J. Cerny, T. Charnavets, L. Kolarova, I. Necasova, P. N. Pham and B. Schneider (2016). "Crystal structure of human interferon-gamma receptor 2 reveals the structural basis for receptor specificity." Acta Crystallogr D Struct Biol 72(Pt 9): 1017-1025.

2015

• Biedermannova, L. and B. Schneider (2015). "Structure of the ordered hydration of amino acids in proteins: analysis of crystal structures." Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 71(Pt 11): 2192-2202.

• Bockova, M., T. Springer, I. Necasova, J. Nunvar, B. Schneider and J. Homola (2015). "Monitoring RAYT activity by surface plasmon resonance biosensor." Anal Bioanal Chem 407(14): 3985-3993.

• Cerny, J., L. Biedermannova, P. Mikulecky, J. Zahradnik, T. Charnavets, P. Sebo and B. Schneider (2015). "Redesigning protein cavities as a strategy for increasing affinity in protein-protein interaction: interferon- gamma receptor 1 as a model." Biomed Research International 2015: 716945.

• Craveur, P., A. P. Joseph, J. Esque, T. J. Narwani, F. Noel, N. Shinada, M. Goguet, S. Leonard, P. Poulain, O. Bertrand, G. Faure, J. Rebehmed, A. Ghozlane, L. S. Swapna, R. M. Bhaskara, J. Barnoud, S. Teletchea, V. Jallu, J. Cerny, B. Schneider, C. Etchebest, N. Srinivasan, J. C. Gelly and A. G. de Brevern (2015). "Protein flexibility in the light of structural alphabets." Front Mol Biosci 2: 20.

• Charnavets, T., J. Nunvar, I. Necasova, J. Volker, K. J. Breslauer and B. Schneider (2015). "Conformational diversity of single-stranded DNA from bacterial repetitive extragenic palindromes: Implications for the DNA recognition elements of transposases." Biopolymers 103(10): 585-596.

2014

• Kuchar, M., L. Vankova, H. Petrokova, J. Cerny, R. Osicka, O. Pelak, H. Sipova, B. Schneider, J. Homola, P. Sebo, T. Kalina and P. Maly (2014). "Human interleukin-23 receptor antagonists derived from an albumin-binding domain scaffold inhibit IL-23-dependent ex vivo expansion of IL-17-producing T-cells." Proteins 82(6): 975-989.

• Nunvar, J., D. Elhottova, A. Chronakova, B. Schneider and I. Licha (2014). "Draft Genome Sequence of Stenotrophomonas maltophilia Strain 5BA-I-2, a Soil Isolate and a Member of a Phylogenetically Basal Lineage." Genome Announc 2(2).

• Schneider, B., J. Cerny, D. Svozil, P. Cech, J. C. Gelly and A. G. de Brevern (2014). "Bioinformatic analysis of the protein/DNA interface." Nucleic Acids Research 42(5): 3381-3394.

• Schneider, B., J. C. Gelly, A. G. de Brevern and J. Cerny (2014). "Local dynamics of proteins and DNA evaluated from crystallographic B factors." Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 70(Pt 9): 2413-2419.

2013

• Cech, P., J. Kukal, J. Cerny, B. Schneider and D. Svozil (2013). "Automatic workflow for the classification of local DNA conformations." BMC Bioinformatics 14: 205.

• Kratochvilova, I., M. Vala, M. Weiter, M. Sperova, B. Schneider, O. Pav, J. Sebera, I. Rosenberg and V. Sychrovsky (2013). "Charge transfer through DNA/DNA duplexes and DNA/RNA hybrids: complex theoretical and experimental studies." Biophys Chem 180-181: 127-134.

• Mikulecky, P., J. Cerny, L. Biedermannova, H. Petrokova, M. Kuchar, J. Vondrasek, P. Maly, P. Sebo and B. Schneider (2013). "Increasing affinity of interferon-gamma receptor 1 to interferon-gamma by computer-aided design." Biomed Research International 2013: 752514.

• Nunvar, J., I. Licha and B. Schneider (2013). "Evolution of REP diversity: a comparative study." Bmc Genomics 14: 385.

2011

• Benda, L., B. Schneider and V. Sychrovsky (2011). "Calculating the response of NMR shielding tensor sigma(31P) and 2J(31P,13C) coupling constants in nucleic acid phosphate to coordination of the Mg2+ cation." J Phys Chem A 115(11): 2385-2395.

2010

• Joseph, A. P., G. Agarwal, S. Mahajan, J. C. Gelly, L. S. Swapna, B. Offmann, F. Cadet, A. Bornot, M. Tyagi, H. Valadie, B. Schneider, C. Etchebest, N. Srinivasan and A. G. De Brevern (2010). "A short survey on protein blocks." Biophys Rev 2(3): 137-147.

• Kratochvilova, I., T. Todorciuc, K. Kral, H. Nemec, M. Buncek, J. Sebera, S. Zalis, Z. Vokacova, V. Sychrovsky, L. Bednarova, P. Mojzes and B. Schneider (2010). "Charge transport in DNA oligonucleotides with various base-pairing patterns." J Phys Chem B 114(15): 5196-5205.

2009

• Vokacova, Z., M. Budesinsky, I. Rosenberg, B. Schneider, J. Sponer and V. Sychrovsky (2009). "Structure and dynamics of the ApA, ApC, CpA, and CpC RNA dinucleoside monophosphates resolved with NMR scalar spin-spin couplings." J Phys Chem B 113(4): 1182-1191.

Fond rozvoje sdružení CESNET: 2024 – 0170, B. Schneider: Úložiště pro vědeckovýzkumná data z oboru "life sciences". 2024

GAČR: GA24-11819S, G. F. Vives: Časově rozlišená vibrační spektroskopie proteinů za užití geneticky kódovaných nekanonických aminokyselin. 2024 – 2026

MŠMT: LX22NPO5102, B. Schneider: Národní ústav pro výzkum rakoviny. 2022 – 2025

MŠMT: EF16_013/0001776, B. Schneider: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii pro lidské zdraví. 2017 – 2021

MŠMT: EF15_003/0000447, B. Schneider: Strukturní dynamika biomolekulárních systémů. 2016 – 2023

MŠMT: LTAUSA18197, Schneider: Návrh, vývoj a testování bioinformatických nástrojů pro hodnocení kvality experimentálních a počítačových molekulárních modelů ve strukturní biologii, biotechnologii a farmacii. 2019-2022.AA

GAČR: GA19-17398S, Schneider: De novo vývoj bivalentních proteinů imitujících funkci interferonů lambda. 2019-2021.

MŠMT: LM2015047, Schneider: ELIXIR CZ: Česká národní infrastruktura pro biologická data. 2016-2019.

GAČR: GA16-20507S, Schneider: Interleukiny z rodiny interleukinu 10: Specificita a cílená modulace interakcí s receptory. 2016-2018.

MŠMT (program OP VK): CZ.1.07/2.3.00/30.0020, Schneider, Charnavets, Pavlínková, Dodd, Hejnalová: Biotechnologický expert. 2012-2015.

GAČR: GAP305/12/1801, Schneider: Molekulární mechanizmy asociace nového typu transponáz s repetitivními palindromickými sekvencemi. 2012-2014.

GAČR: GPP205/12/P729, Biedermannová: Vliv hydratačního obalu proteinů na stabilitu proteinových komplexů. 2012-2014.

GAČR: GAP305/10/2184, Schneider: Vztahy mezi strukturou a funkcí v proteinových interakcích. 2010-2014.

GAČR: GAP302/10/0427, Vondrášek: Produkce a charakterizace biologicky aktivního rekombinantního lidského ameloblastinu - proteinu indukujícího regeneraci a diferenciaci tvrdých tkání. 2010-2012.

MŠMT: MEB021032, Schneider: Komplexní strukturní analýza interakcí na rozhraní protein – nukleová kyselina unikátními bioinformatickými deskriptory. 2010-2011.