Laboratoř buněčného metabolismu

Metabolismus rakovinných buněk je optimalizován pro syntézu biomolekul, jako např. nukleových kyselin DNA a RNA, potřebných pro jejich rychlý růst a dělení. Cílení syntézy nukleových kyselin pomocí tzv. antimetabolitů se proto využívá pro léčbu rakoviny již více než 70 let, ale přes svoji dlouhou a relativně úspěšnou historii se tento typ léčby pojí s vysokou míru rezistence a častou toxicitou pro zdravou tkáň.

Proč rezistence vzniká? Ačkoliv odpověď na tuto otázku není zcela zřejmá, část problému by mohla být způsobena schopností buněk v tkáni navzájem si vyměňovat metabolity, v tomto případě nukleotidy – stavební kameny nukleových kyselin. Zdravá tkáň, stejně jako maligní nádor, sestávají z různých buněčných typů, které se liší svými metabolickými potřebami a schopnostmi biosyntézy. Různé buněčné typy tak mohou komunikovat pomocí metabolitů, kdy jeden typ buněk určitý metabolit produkuje, zatímco jiný ho spotřebovává. Výměna metabolitů, tzv. metabolický crosstalk, proto umožňuje buňkám růst a přežít i v prostředí kde jim živiny chybí, jako například v rostoucích nádorech. Tento mezibuněčný výměnný obchod by mohl vést ke snížení efektivity léčebných přístupů cílených na metabolismus rakovinných buněk.

Jaké typy buněk jsou hlavním zdrojem nukleotidů či dalších metabolických stavebních kamenů v tkáních stále není známo. Jedním z důvodů je, že vysoká komplexita tkání neumožňuje využití tradičních metod metabolického výzkumu, které zpravidla neumožňují analýzu jednotlivých buněčných typů v jejich přirozeném tkáňovém prostředí.

Cílem našeho výzkumu je proto zjistit, jak buňky v tkáních sdílí metabolity a zda v tomto ohledu existují rozdíly mezi zdravou tkání a nádorem. Tyto poznatky jsou nutné pro vývoj nových terapeutických strategií, které překonají stávající problémy s rezistencí a toxicitou.

Dále nás zajímá, čím je specifický metabolismus klidových buněk zdravé tkáně, který se zdá být nastaven k zajištění resistence vůči (oxidačnímu) stresu spíše než k podpoře biosyntézy. Odhalení metabolických drah, které tuto resistenci podporují pomůže snížit toxicitu protinádorové léčby pro normální tkáň a umožní lépe porozumět patologickým procesům spojeným se zvýšeným oxidačním stresem.

K dosažení našich cílů kombinujeme myší modely pozměněného metabolismu a technologie s rozlišením na úrovni jednotlivých buněk, které nám umožní zmapovat výměnu metabolitů „buňku po buňce“, a to v nádorech i ve zdravé tkáni. K výzkumu metabolismu v tkáních naše laboratoř využívá moderní metody single cell RNA sekvenování, sekvenování in situ a metabolické zobrazování (MALDI Imaging) v kombinaci s mutagenezí pomocí systému knihoven CRISPR. Náš experimentální přístup nám tak dává možnost nahlížet na tradiční oblast metabolismu tkání a nádorů z nového úhlu pohledu a s vysokým rozlišením.

2024

• Sharma, P., Maklashina, E., Voehler, M., Balintova, S., Dvorakova, S., Kraus, M., Hadrava Vanova, K., Nahacka, Z., Zobalova, R., Boukalova, S., Cunatova, K., Mracek, T., Ghayee, H.K., Pacak, K., Rohlena, J., Neuzil, J., Cecchini, G., and Iverson, T.M. (2024). Disordered-to-ordered transitions in assembly factors allow the complex II catalytic subunit to switch binding partners. Nat Commun 15: 473. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44563-7

• Novotna, E., Milosevic, M., Prukova, D., Magalhaes-Novais, S., Dvorakova, S., Dmytruk, K., Gemperle, J., Zudova, D., Nickl, T., Vrbacky, M., Rosel, D., Filimonenko, V., Prochazka, J., Brabek, J., Neuzil, J., Rohlenova, K., and Rohlena, J. (2024). Mitochondrial HER2 stimulates respiration and promotes tumorigenicity. Eur J Clin Investe14174.https://doi.org/10.1111/eci.14174

2023

• Vanickova, K., Milosevic, M., Ribeiro Bas, I., Burocziova, M., Yokota, A., Danek, P., Grusanovic, S., Chiliński, M., Plewczynski, D., Rohlena, J., Hirai, H., Rohlenova, K., and Alberich-Jorda, M. (2023). Hematopoietic stem cells undergo a lymphoid to myeloid switch in early stages of emergency granulopoiesis.The EMBO journale113527
• Oh, S., Jo, S., Bajzikova, M., Kim, H.S., Dao, T.T.P., Rohlena, J., Kim, J.M., Neuzil, J., and Park, S. (2023). Non-bioenergetic roles of mitochondrial GPD2 promote tumor progression. Theranostics 13: 438-457
• Hyrossova, P., Milosevic, M., Alghadi, A.Y., Kucera, L., Prochazka, J., Sedlacek, R., Rohlena, J., and Rohlenova, K. (2023). Spatial Analysis of Nucleotide Metabolism: From CRISPR Knockout Cancer Cells to MALDI Imaging of Tumors. Methods in molecular biology (Clifton, NJ) 2675: 297-308.
• Dong, L.F., Rohlena, J., Zobalova, R., Nahacka, Z., Rodriguez, A.M., Berridge, M.V., and Neuzil, J. (2023). Mitochondria on the move: Horizontal mitochondrial transfer in disease and health. The Journal of cell biology 222.
• Bielcikova, Z., Stursa, J., Krizova, L., Dong, L., Spacek, J., Hlousek, S., Vocka, M., Rohlenova, K., Bartosova, O., Cerny, V., Padrta, T., Pesta, M., Michalek, P., Hubackova, S.S., Kolostova, K., Pospisilova, E., Bobek, V., Klezl, P., Zobalova, R., Endaya, B., Rohlena, J., Petruzelka, L., Werner, L., and Neuzil, J. (2023). Mitochondrially targeted tamoxifen in patients with metastatic solid tumours: an open-label, phase I/Ib single-centre trial. EClinicalMedicine 57: 101873

2022

• Hadrava Vanova, K., Pang, Y., Krobova, L., Kraus, M., Nahacka, Z., Boukalova, S., Pack, S.D., Zobalova, R., Zhu, J., Huynh, T.T., Jochmanova, I., Uher, O., Hubackova, S., Dvorakova, S., Garrett, T.J., Ghayee, H.K., Wu, X., Schuster, B., Knapp, P.E., Frysak, Z., Hartmann, I., Nilubol, N., Cerny, J., Taieb, D., Rohlena, J., Neuzil, J., Yang, C., and Pacak, K. (2022). Germline SUCLG2 Variants in Patients With Pheochromocytoma and Paraganglioma. J Natl Cancer Inst 114: 130-138.
• Hyroššová, P., Milošević, M., Škoda, J., Vachtenheim, J., Jr., Rohlena, J., and Rohlenová, K. (2022). Effects of metabolic cancer therapy on tumor microenvironment. Front Oncol 12: 1046630.
• Magalhaes-Novais, S., Blecha, J., Naraine, R., Mikesova, J., Abaffy, P., Pecinova, A., Milosevic, M., Bohuslavova, R., Prochazka, J., Khan, S., Novotna, E., Sindelka, R., Machan, R., Dewerchin, M., Vlcak, E., Kalucka, J., Stemberkova Hubackova, S., Benda, A., Goveia, J., Mracek, T., Barinka, C., Carmeliet, P., Neuzil, J., Rohlenova, K., and Rohlena, J. (2022). Mitochondrial respiration supports autophagy to provide stress resistance during quiescence. Autophagy 1-18.
• Novakova, Z., Milosevic, M., Kutil, Z., Ondrakova, M., Havlinova, B., Kasparek, P., Sandoval-Acuna, C., Korandova, Z., Truksa, J., Vrbacky, M., Rohlena, J., & Barinka, C. (2022, Oct 12). Generation and characterization of human U-2 OS cell lines with the CRISPR/Cas9-edited protoporphyrinogen oxidase IX gene. Sci Rep, 12(1), 17081. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21147-x

2021

• Teuwen, L.A., De Rooij, L., Cuypers, A., Rohlenova, K., Dumas, S.J., García-Caballero, M., Meta, E., Amersfoort, J., Taverna, F., Becker, L.M., Veiga, N., Cantelmo, A.R., Geldhof, V., Conchinha, N.V., Kalucka, J., Treps, L., Conradi, L.C., Khan, S., Karakach, T.K., Soenen, S., Vinckier, S., Schoonjans, L., Eelen, G., Van Laere, S., Dewerchin, M., Dirix, L., Mazzone, M., Luo, Y., Vermeulen, P., and Carmeliet, P. (2021). Tumor vessel co-option probed by single-cell analysis. Cell Rep 35: 109253.
• Sokol, L., Geldhof, V., García-Caballero, M., Conchinha, N.V., Dumas, S.J., Meta, E., Teuwen, L.A., Veys, K., Chen, R., Treps, L., Borri, M., de Zeeuw, P., Falkenberg, K.D., Dubois, C., Parys, M., de Rooij, L., Goveia, J., Rohlenova, K., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Li, X., Kalucka, J., and Carmeliet, P. (2021). Protocols for endothelial cell isolation from mouse tissues: small intestine, colon, heart, and liver. STAR Protoc 2: 100489.
• Nahacka, Z., Zobalova, R., Dubisova, M., Rohlena, J., and Neuzil, J. (2021). Miro proteins connect mitochondrial function and intercellular transport. Crit Rev Biochem Mol Biol 56: 401-425.
• Levoux, J., Prola, A., Lafuste, P., Gervais, M., Chevallier, N., Koumaiha, Z., Kefi, K., Braud, L., Schmitt, A., Yacia, A., Schirmann, A., Hersant, B., Sid-Ahmed, M., Ben Larbi, S., Komrskova, K., Rohlena, J., Relaix, F., Neuzil, J., and Rodriguez, A.M. (2021). Platelets Facilitate the Wound-Healing Capability of Mesenchymal Stem Cells by Mitochondrial Transfer and Metabolic Reprogramming. Cell Metab 33: 283-299.e289.
• Ezrova, Z., Nahacka, Z., Stursa, J., Werner, L., Vlcak, E., Kralova Viziova, P., Berridge, M.V., Sedlacek, R., Zobalova, R., Rohlena, J., Boukalova, S., and Neuzil, J. (2021). SMAD4 loss limits the vulnerability of pancreatic cancer cells to complex I inhibition via promotion of mitophagy. Oncogene 40: 2539-2552.
• Dumas, S.J., Meta, E., Conchinha, N.V., Sokol, L., Chen, R., Borri, M., Teuwen, L.A., Veys, K., García-Caballero, M., Geldhof, V., Treps, L., de Zeeuw, P., Falkenberg, K.D., Dubois, C., Parys, M., de Rooij, L., Rohlenova, K., Goveia, J., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Li, X., Kalucka, J., and Carmeliet, P. (2021). Protocols for endothelial cell isolation from mouse tissues: kidney, spleen, and testis. STAR Protoc 2: 100523.
• Conchinha, N.V., Sokol, L., Teuwen, L.A., Veys, K., Dumas, S.J., Meta, E., García-Caballero, M., Geldhof, V., Chen, R., Treps, L., Borri, M., de Zeeuw, P., Falkenberg, K.D., Dubois, C., Parys, M., de Rooij, L., Rohlenova, K., Goveia, J., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Li, X., Kalucka, J., and Carmeliet, P. (2021). Protocols for endothelial cell isolation from mouse tissues: brain, choroid, lung, and muscle. STAR Protoc 2: 100508.

2020

• Taverna, F., Goveia, J., Karakach, T.K., Khan, S., Rohlenova, K., Treps, L., Subramanian, A., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., and Carmeliet, P. (2020). BIOMEX: an interactive workflow for (single cell) omics data interpretation and visualization. Nucleic Acids Res 48: W385-W394.
• Rohlenova, K.*, Goveia, J.*, Garcia-Caballero, M.*, Subramanian, A.*, Kalucka, J., Treps, L., Falkenberg, K.D., de Rooij, L., Zheng, Y., Lin, L., Sokol, L., Teuwen, L.A., Geldhof, V., Taverna, F., Pircher, A., Conradi, L.C., Khan, S., Stegen, S., Panovska, D., De Smet, F., Staal, F.J.T., McLaughlin, R.J., Vinckier, S., Van Bergen, T., Ectors, N., De Haes, P., Wang, J., Bolund, L., Schoonjans, L., Karakach, T.K., Yang, H., Carmeliet, G., Liu, Y., Thienpont, B., Dewerchin, M., Eelen, G., Li, X., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). Single-Cell RNA Sequencing Maps Endothelial Metabolic Plasticity in Pathological Angiogenesis. Cell Metab 31: 862-877 e814.
• Kalucka, J., de Rooij, L., Goveia, J., Rohlenova, K., Dumas, S.J., Meta, E., Conchinha, N.V., Taverna, F., Teuwen, L.A., Veys, K., Garcia-Caballero, M., Khan, S., Geldhof, V., Sokol, L., Chen, R., Treps, L., Borri, M., de Zeeuw, P., Dubois, C., Karakach, T.K., Falkenberg, K.D., Parys, M., Yin, X., Vinckier, S., Du, Y., Fenton, R.A., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Thienpont, B., Lin, L., Bolund, L., Li, X., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). Single-Cell Transcriptome Atlas of Murine Endothelial Cells. Cell 180: 764-779 e720.
• Henrichs, V., Grycova, L., Barinka, C., Nahacka, Z., Neuzil, J., Diez, S., Rohlena, J., Braun, M., and Lansky, Z. (2020). Mitochondria-adaptor TRAK1 promotes kinesin-1 driven transport in crowded environments. Nat Commun 11: 3123.
• Hadrava Vanova, K., Kraus, M., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2020). Mitochondrial complex II and reactive oxygen species in disease and therapy. Redox Rep 25: 26-32.
• Goveia, J.*, Rohlenova, K.*, Taverna, F.*, Treps, L.*, Conradi, L.C., Pircher, A., Geldhof, V., de Rooij, L., Kalucka, J., Sokol, L., Garcia-Caballero, M., Zheng, Y., Qian, J., Teuwen, L.A., Khan, S., Boeckx, B., Wauters, E., Decaluwe, H., De Leyn, P., Vansteenkiste, J., Weynand, B., Sagaert, X., Verbeken, E., Wolthuis, A., Topal, B., Everaerts, W., Bohnenberger, H., Emmert, A., Panovska, D., De Smet, F., Staal, F.J.T., McLaughlin, R.J., Impens, F., Lagani, V., Vinckier, S., Mazzone, M., Schoonjans, L., Dewerchin, M., Eelen, G., Karakach, T.K., Yang, H., Wang, J., Bolund, L., Lin, L., Thienpont, B., Li, X., Lambrechts, D., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2020). An Integrated Gene Expression Landscape Profiling Approach to Identify Lung Tumor Endothelial Cell Heterogeneity and Angiogenic Candidates. Cancer cell 37: 21-36 e13.
• Boukalova, S., Hubackova, S., Milosevic, M., Ezrova, Z., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2020). Dihydroorotate dehydrogenase in oxidative phosphorylation and cancer. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 1866: 165759.

2019

• Falkenberg, K.D., Rohlenova, K., Luo, Y., and Carmeliet, P. (2019). The metabolic engine of endothelial cells. Nature Metabolism 1: 937-946.
• Bajzikova, M., Kovarova, J. ^#, Coelho, A.R., Boukalova, S., Oh, S., Rohlenova, K., Svec, D., Hubackova, S., Endaya, B., Judasova, K., Bezawork-Geleta, A., Kluckova, K., Chatre, L., Zobalova, R., Novakova, A., Vanova, K., Ezrova, Z., Maghzal, G.J., Magalhaes Novais, S., Olsinova, M., Krobova, L., An, Y.J., Davidova, E., Nahacka, Z., Sobol, M., Cunha-Oliveira, T., Sandoval-Acuna, C., Strnad, H., Zhang, T., Huynh, T., Serafim, T.L., Hozak, P., Sardao, V.A., Koopman, W.J.H., Ricchetti, M., Oliveira, P.J., Kolar, F., Kubista, M., Truksa, J., Dvorakova-Hortova, K., Pacak, K., Gurlich, R., Stocker, R., Zhou, Y., Berridge, M.V., Park, S., Dong, L. ^#, Rohlena, J. ^#, and Neuzil, J. ^# (2019). Reactivation of Dihydroorotate Dehydrogenase-Driven Pyrimidine Biosynthesis Restores Tumor Growth of Respiration-Deficient Cancer Cells. Cell Metab 29: 399-416 e310.

2018

• Rohlenova, K., Veys, K., Miranda-Santos, I., De Bock, K., and Carmeliet, P. (2018). Endothelial Cell Metabolism in Health and Disease. Trends Cell Biol 28: 224-236.
• Khan, S.*, Taverna, F.*, Rohlenova, K.*, Treps, L., Geldhof, V., de Rooij, L., Sokol, L., Pircher, A., Conradi, L.C., Kalucka, J., Schoonjans, L., Eelen, G., Dewerchin, M., Karakach, T., Li, X., Goveia, J., and Carmeliet, P. (2018). EndoDB: a database of endothelial cell transcriptomics data. Nucleic Acids Resgky997-gky997.

2017

• Rohlenova, K.*^#, Sachaphibulkij, K.*, Stursa, J., Bezawork-Geleta, A., Blecha, J., Endaya, B., Werner, L., Cerny, J., Zobalova, R., Goodwin, J., Spacek, T., Alizadeh Pesdar, E., Yan, B., Nguyen, M.N., Vondrusova, M., Sobol, M., Jezek, P., Hozak, P., Truksa, J., Rohlena, J. ^#, Dong, L.F. ^#, and Neuzil, J. ^# (2017). Selective Disruption of Respiratory Supercomplexes as a New Strategy to Suppress Her2(high) Breast Cancer. Antioxidants & redox signaling 26: 84-103.
• Blecha, J., Novais, S.M., Rohlenova, K., Novotna, E., Lettlova, S., Schmitt, S., Zischka, H., Neuzil, J., and Rohlena, J. (2017). Antioxidant defense in quiescent cells determines selectivity of electron transport chain inhibition-induced cell death. Free radical biology & medicine 112: 253-266.

*Shared first author

^# Shared corresponding author

GAČR: GN24-10588I, M. A. Manca: Důsledky deficience respiračního komplexu II na fyziologii endoteliálních buněk. 2024 – 2026

GAČR: GA24-10167S, J. Rohlena: Nádory bez syntézy aspartátu: metabolická záhada. 2024 – 2026

GAČR: GA22-34507S, J. Rohlena: Metabolic pathways of oxidative stress resistance in endothelial cells. 2022-2024

Horizon-ERC-2021-STG: 101042031, K. Rohlenová: Intercellular trading in nucleotide metabolism: an emerging target (InterMet), 2022-2026.

EMBO: IG 5068-2022, K. Rohlenová: EMBO Installation grant, 2022-2026

H2020-MSCA-IF-2020: 101027977, K. Rohlenová: Nucleotide metabolism crosstalk in cancer: a single cell approach (MetaCross), 2022-2025.

Horizon-WIDERA-2022-TALENTS-02 101090284, P. Hyroššová: Pyrimidine de novo synthesis in tumor endothelium: an overlooked target? 2023 – 2024

AZV: NU22-07-00087, J. Rohlena: Identifikace unikátních metabolických vlastností maligních klonů odpovědných za nepříznivou prognózu akutní lymfoblastické leukémie: nádorový metabolizmus jako nový terapeutický cíl v léčbě leukémií. 2022 – 2025

GAČR: GA20-18513S, J. Rohlena: Faktory limitující de novo syntézu pyrimidinů: úloha mitochondriální respirace. 2020-2022.

GAČR: GA19-20553S, J. Rohlena: Složení a funkce CII-low, alternativní formy respiračního kompexu II. 2019-2021.

GAUK: 1435320, M. Milošević: Molecular consequences of complex I deficiency in cancer cells: role of the aspartate synthesis. 2020-2022

GAUK: 1552218, S. Novais: Autophagy - respiration interplay in quiescent cells.2018-2020.