Laboratoř inženýrství vazebných proteinů

Jednou z rychle se rozvíjejících oblastí moderní biotechnologie se stala příprava nových typů malých vazebných proteinových molekul, které mohou svou specifitou a vysokou afinitou nahradit komplexní molekuly lidských protilátek, které stále zůstávají hlavním a tradičním nástrojem v diagnostice a terapii lidských onemocnění. Nově vytvářené vazebné molekuly s cíleně směrovanou specifitou jsou vyvíjeny z odolných proteinových domén buď racionálním designem s využitím matematických a strukturních modelů nebo selekcí z vysoce komplexních kombinatoriálních knihoven proteinových variant, které jsou vystavovány na buněčném povrchu (tzv. cell-surface display), produkovány fágem (phage display) nebo vytvořeny in vitro ribosomálním komplexem (ribosome display). Nově vytvořené vazebné molekuly s cíleně směrovanou specifitou a vysokou afinitou jsou klíčovými nástroji k tvorbě nových a citlivých diagnostických souprav a biosenzorů, a pokud mají inhibiční účinky na vazbu ligandů s povrchovými buněčnými nebo intracelulárními receptory, mohou se stát velice atraktivními molekulami k vývoji terapeutik nové generace. Výhodou malých vazebných ligandů je jejich snadná příprava, vysoká termální a hydrodynamická stabilita, strukturní odolnost a možnost jejich dalšího zlepšování racionálními a genově-fúzními přístupy.

Naše laboratoř, která se postupně formovala od roku 2008, se zabývá inženýrstvím nových vazebných proteinů, tzv. rekombinantních ligandů, která jsou směrovány proti molekulárm lidských cytokinů a jejich receptorů nebo vybraným onkomarkerům. Během několika minulých let jsme v naší laboratoři zavedli model trojhelikálního svazku odvozeného od domény vazající lidský albumin, která je součástí proteinu G streptokoka. Tento model, tzv. „albumin-binding domain (ABD) scaffold“, byl použit k racionálnímu designu a vývoji vysoce komplexní knihovny o teoretické variabilitě 10¹⁶ kodońů, která odpovídá komplexitě 10¹⁴ proteinových variant. Pomocí této knihovny jsme vyselektovali vysoce afinní ligandy vázající lidský interferon gama, které se následně staly základem k tvorbě nového typu citlivého biosenzoru ve spolupráci s laboratoří z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. V současné době využíváme kombinatoriální knihovnu k přípravě a studiu dalších typů vazebných molekul s inhibičními účinky na funkci cytokinů, které ovlivňují rozvoj zánětlivého procesu při autoimunitních onemocněních. Vedle toho se snažíme vytvořit unikátní vazebné molekuly užitečné k přesnější a komplexnější detekci při diagnostice rakoviny prostaty.

2024

• Bharadwaj S, Groza Y, Mierzwicka JM, Malý P. Current understanding on TREM-2 molecular biology and physiopathological functions. Int Immunopharmacol. 2024 May 3;134:112042. doi: 10.1016/j.intimp.2024.112042. Epub ahead of print. PMID: 38703564.

• Groza, Y., Lacina, L., Kuchař, M. et al. Small protein blockers of human IL-6 receptor alpha inhibit proliferation and migration of cancer cells. Cell Commun Signal 22, 261 (2024). https://doi.org/10.1186/s12964-024-01630-w

• Kuchař, M., Sloupenská, K., Rašková Kafková, L. et al. Human IL-22 receptor-targeted small protein antagonist suppress murine DSS-induced colitis. Cell Commun Signal 22, 469 (2024). https://doi.org/10.1186/s12964-024-01846-w

• Mierzwicka, J.M., Petroková, H., Kafková, L.R. et al. "Engineering PD-1-targeted small protein variants for in vitro diagnostics and in vivo PET imaging." J Transl Med 22, 426 (2024). https://doi.org/10.1186/s12967-024-05210-x

• Raskova-Kafkova, L., Mierzwicka, J.M., Chakraborty, P., Jakubec, P., Fischer, O., Skarda, J., Maly, P., Raska, M. (2024) "NSCLC: from tumorigenesis, immune checkpoint misuse to current and future targeted therapy" Front. Immunol. 15:1342086. doi: 10.3389/fimmu.2024.1342086

• Tripathi V, Khare A, Shukla D, Bharadwaj S, Kirtipal N, Ranjan V. (2024) "Genomic and computational-aided integrative drug repositioning strategy for EGFR and ROS1 mutated NSCLC." Int Immunopharmacol. ;139:112682. doi: 10.1016/j.intimp.2024.112682. Epub 2024 Jul 18. PMID: 39029228.

• Walimbwa SI, Maly P, Kafkova LR, Raska M. Beyond glycan barriers: non-cognate ligands and protein mimicry approaches to elicit broadly neutralizing antibodies for HIV-1. J Biomed Sci. 2024 Aug 21;31(1):83. doi: 10.1186/s12929-024-01073-y. PMID: 39169357; PMCID: PMC11337606.

2023

• Bharadwaj S, Sahoo AK and Yadava U (2023), Editorial: Advances in the therapeutic targeting of human matrix metalloproteinases in health and disease. Front. Mol. Biosci. 10:1150474. doi:10.3389/fmolb.2023.1150474

• Plavec T.V., Klemenčič K., Kuchař M., Malý P., Berlec A. (2023) “Secretion and surface display of binders of IL-23/IL-17 cytokines and their receptors in Lactococcus lactis as a therapeutic approach against inflammation”. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 190, 106568.doi:10.1016/j.ejps.2023.106568

• Song X., Kirtipal N., Lee S., Malý P., Bharadwaj S. (2023) “Current therapeutic targets and multifaceted physiological impacts of caffeine”.Phytotherapy Research. 1–41. DOI: 10.1002/ptr.8000

2022

• Daniel Lišková, V.,Kosztyu, P., Kuchar, M., Cerny, J., Bharadwaj, S., Petrokova, H., Vroblova, E., Krupka, M., Maly, M., Zosincukova, T., Sulc, J., Raskova Kafkova, L., Raska, M., Maly, P. (2022) "Myomedin replicas of gp120 V3 loop glycan epitopes recognized by PGT121 and PGT126 antibodiesas non-cognate antigens for stimulation of HIV-1 broadly neutralizing antibodies" Front. Immunol. 13:1066361. doi:10.3389/fimmu.2022.1066361

• Groza, Y., Jemelková, J., Raskova Kafkova, L., Maly, P., Raska, M. (2022) "IL-6 and its role in IgA nephrophaty development" Cytokine and Growth FactRev 66 (1-14) https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2022.04.001

• Kirtipal, N., Kumar, S., Dubay, S. K., Dwivedi, V. D., Babu, K. G., Malý, P., Bharadway, S. (2022)"Understanding on the possible routes for SARS CoV-2 invasion via ACE2 in the host linked with multiple organs damage", Inf., Gen. and Evo.99 / 105254. doi.org/10.1016/j.meegid.2022.105254

• Kumar, S., El-Kafrawy, S.A. , Bharadwaj, S., Maitra, S. S. , Alandijany, T.A., Faizo, A.A., Khateb, A.M., Dwivedi, V.D., Azhar, E.I. (2022) "Discovery of Bispecific Lead Compounds from Azadirachta indica against ZIKA NS2B-NS3 Protease and NS5 RNA Dependent RNA Polymerase Using Molecular Simulations" Molecules, 27, 2562. https://doi.org/10.3390/molecules27082562

• Kumar, S., Kumar, S.K., Maitra, S. S., Malý, P., Bharadway, S., Sharma, P., Dwivedi, V.D. (2022) "Viral informatics: bioinformatics-based solution for managing viral infections" Brief.in Bioinformatics 1-36, //doi.org/10.1093/bib/bbac326

• Kumar, G.S., Moustafa, M., Sahoo, A.K., Malý, P., Bharadwaj, S. (2022) „Computational Investigations on the Natural Small Molecule as an Inhibitor of Programmed Death Ligand 1 for Cancer Immunotherapy“ Life, 12 (659). https://doi.org/10.3390/life12050659

2021

• Dostál, J., Brynda, J., Vaňková, L.,  Rehana Zia, S., Pichová, I., Heidingsfeld, O., Lepšík, M. (2021) Structural determinants for subnanomolar inhibition of the secreted aspartic protease Sapp1p from Candida parapsilosis. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 36:1, 914-921

• Kuchař, M., Kosztyu, P., Daniel Lišková, V., Čern,ý J., Petroková, H., Vróblová, H., Malý, M., Vaňková,L., Křupka, M.,Rašková Kafková, L., Turánek Knotigová, P., Dušková, J., Dohnálek, J., Mašek, J., Turánek, J., Raška, M., Malý, P. (2021) Myomedin scaffold variants targeted to 10E8 HIV-1 broadly neutralizing antibody mimic gp41 epitope and elicit HIV-1 virus-neutralizing sera in mice. Virulence, 12:1,1271-1287

• Lee, K. E., Bharadwaj, S., Sahoo, A. K., Yadava, U., & Kang, S. G. (2021). "Determination of tyrosinase-cyanidin-3-O-glucoside and (-/+)-catechin binding modes reveal mechanistic differences in tyrosinase inhibition." Sci Rep, 11(1), 24494. https://doi.org/10.1038/s41598-021-03569-1 (ASEP)

2020

• Smejkal, J., P. Maly, M. Kuchar, N. Panova, A. Semeradtova, P. Aubrecht, M. Stofik, J. Maly (2020). “Cell immunocapture microfluidic chip based on high-affinity recombinant protein binders.” Biosens. Bioelectron 172: 112784.

• Viteckova Wunschova, A., Novobilsky, A., Hlozkova, J., Scheer, P., Petrokova, H., Jirik, R., Kulich, P., Bartheldyova, E., Hubatka, F., Jonas, V., Mikulik, R., Maly, P., Turanek, J., & Masek, J. (2020). "Thrombus Imaging Using 3D Printed Middle Cerebral Artery Model and Preclinical Imaging Techniques: Application to Thrombus Targeting and Thrombolytic Studies." Pharmaceutics, 12(12).

2019

• Kosztyu, P., M. Kuchar, J. Cerny, L. Barkocziova, M. Maly, H. Petrokova, L. Czernekova, V. Liskova, L. Raskova Kafkova, P. Knotigova, J. Masek, J. Turanek, P. Maly and M. Raska (2019). "Proteins mimicking epitope of HIV-1 virus neutralizing antibody induce virus-neutralizing sera in mice." EBioMedicine 47: 247-256.
• Petrokova, H., J. Masek, M. Kuchar, A. Viteckova Wunschova, J. Stikarova, E. Bartheldyova, P. Kulich, F. Hubatka, J. Kotoucek, P. T. Knotigova, E. Vohlidalova, R. Hezova, E. Maskova, S. Macaulay, J. E. Dyr, M. Raska, R. Mikulik, P. Maly and J. Turanek (2019). "Targeting Human Thrombus by Liposomes Modified with Anti-Fibrin Protein Binders." Pharmaceutics 11(12).
• Plavec, T. V., M. Kuchar, A. Benko, V. Liskova, J. Cerny, A. Berlec and P. Maly (2019). "Engineered Lactococcus lactis Secreting IL-23 Receptor-Targeted REX Protein Blockers for Modulation of IL-23/Th17-Mediated Inflammation." Microorganisms 7(5).

2018

• Hlavnickova, M., M. Kuchar, R. Osicka, L. Vankova, H. Petrokova, M. Maly, J. Cerny, P. Arenberger and P. Maly (2018). "ABD-Derived Protein Blockers of Human IL-17 Receptor A as Non-IgG Alternatives for Modulation of IL-17-Dependent Pro-Inflammatory Axis." Int J Mol Sci 19(10).
• Semeradtova, A., M. Stofik, L. Vankova, P. Maly, O. Stanek and J. Maly (2018). "Optical microchips based on high-affinity recombinant protein binders-Human serum albumin detection in urine." Sensors and Actuators B-Chemical 272: 441-447.
• Skrlec, K., P. Zadravec, M. Hlavnickova, M. Kuchar, L. Vankova, H. Petrokova, L. Krizova, J. Cerny, A. Berlec and P. Maly (2018). "p19-Targeting ILP Protein Blockers of IL-23/Th-17 Pro-Inflammatory Axis Displayed on Engineered Bacteria of Food Origin." Int J Mol Sci 19(7).

2017

• Krizova, L., M. Kuchar, H. Petrokova, R. Osicka, M. Hlavnickova, O. Pelak, J. Cerny, T. Kalina and P. Maly (2017). "p19-targeted ABD-derived protein variants inhibit IL-23 binding and exert suppressive control over IL-23-stimulated expansion of primary human IL-17+ T-cells." Autoimmunity 50(2): 102-113.

2016

• Maly, J., O. Stanek, J. Frolik, M. Maly, F. Ennen, D. Appelhans, A. Semeradtova, D. Wrobel, M. Stofik, T. Knapova, M. Kuchar, L. C. Stastna, J. Cermak, P. Sebo and P. Maly (2016). "Biocompatible Size-Defined Dendrimer-Albumin Binding Protein Hybrid Materials as a Versatile Platform for Biomedical Applications." Macromol Biosci 16(4): 553-566.
• Zadravec, P., L. Mareckova, H. Petrokova, V. Hodnik, M. P. Nanut, G. Anderluh, B. Strukelj, P. Maly and A. Berlec (2016). "Development of Recombinant Lactococcus lactis Displaying Albumin-Binding Domain Variants against Shiga Toxin 1 B Subunit." Plos One 11(9).

2015

• Mareckova, L., H. Petrokova, R. Osicka, M. Kuchar and P. Maly (2015). "Novel binders derived from an albumin-binding domain scaffold targeting human prostate secretory protein 94 (PSP94)." Protein Cell 6(10): 774-779.

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.

2013

• 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.

2012

• Ahmad, J. N., J. Li, L. Biedermannova, M. Kuchar, H. Sipova, A. Semeradtova, J. Cerny, H. Petrokova, P. Mikulecky, J. Polinek, O. Stanek, J. Vondrasek, J. Homola, J. Maly, R. Osicka, P. Sebo and P. Maly (2012). "Novel high-affinity binders of human interferon gamma derived from albumin-binding domain of protein G." Proteins 80(3): 774-789.
• Bibova, I., I. Linhartova, O. Stanek, V. Rusnakova, M. Kubista, M. Suchanek, M. Vasakova and P. Sebo (2012). "Detection of immune cell response to M. tuberculosis-specific antigens by quantitative polymerase chain reaction." Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 72(1): 68-78.
• Sipova, H., V. Sevcu, M. Kuchar, J. N. Ahmad, P. Mikulecky, R. Osicka, P. Maly and J. Homola (2012). "Surface plasmon resonance biosensor based on engineered proteins for direct detection of interferon-gamma in diluted blood plasma." Sensors and Actuators B-Chemical 174: 306-311.

2011

• Krejcirikova, V., P. Pachl, M. Fabry, P. Maly, P. Rezacova and J. Brynda (2011). "Structure of the mouse galectin-4 N-terminal carbohydrate-recognition domain reveals the mechanism of oligosaccharide recognition." Acta Crystallographica Section D-Structural Biology 67: 204-211.

Patenty a patentové přihlášky

• Maly, P.; Raska, M.; Kuchar, M.; Kosztyu, P.; Cerny, J; Daniel Liskova, V.; Petrokova, H. Polypeptides mimicking MPER and V3-loop HIV-1 Env glycoprotein epitopes.  2021. Evropská patentová přihláška. Ref. No.
  P1888EP00

• Maly, P.; Raska, M.; Kuchar, M.; Kosztyu, P.; Turanek, J.;. Petrokova, H. PCT/CZ2020/050066. Polypeptides mimicking epitope of broadly neutralizing antibody VRC01 as antigens for a vaccine preventing HIV-1 infection.

• Maly, P.; Raska, M.; Kuchar, M.; Kosztyu, P.; Turanek, J.;. Petrokova, H. CZ308617. Polypeptidy mimikující epitop široce neutralizující protilátky VRC01 jako antigeny pro vakcíny proti infekci virem HIV-1.

• Maly, P., L.; Kuchar, M.; Petrokova, H. ( 2019). CZ307849. Polypeptides for the treatment of autoimmune diseases based on blocking the p19 subunit of the IL-23 human cytokine., Biotechnologický ústav AVCR, v.v.i.

• Maly, P., P.; Kuchar, M.; Vankova, L.; Petrokova, H. ( 2017). EP2922560. Polypeptide Antagonists of Human IL-23 Receptor for Treatment of Autoimmune Diseases.

• Maly, P., P.; Kuchar, M.; Vankova, L.; Petrokova, H. ( 2014). CZ304514. Polypeptides for treatment of autoimmune diseases based on human IL-23 receptor blockade., Biotechnologický ústav AVCR, v.v.i.

MŠMT – OP JAK: CZ.02.01.01/00/23_021/0008398, Malý: MATBIOMED - Materiály a technologie pro bioaplikace a medicínu. 2024 2028

AZV ČR: NU23-05-00203 Využití vysokoafinitních ligandů protilátek široce neutralizujících virus hepatitidy C jako základ preventivní vakcíny. 2023-2026. Spoluřešitel.

TAČR - Národní centra kompetence: TN02000122 „Rekombinantní Technologie pro MEDicínu (RETEMED)“. 2023-2028. Spoluřešitel.

TAČR - Národní centra kompetence/Národní plán obnovy NPO: TN02000122/001N „Terapeutika rekombinantního a přírodního původu (TEREP)“. 2023-2026. Spoluřešitel.

TAČR - Národní centra kompetence: TN02000017 „Národní Centrum Biotechnologií ve Veterinární Medicíně (NaCeBiVet)“. 2023-2028. Spoluřešitel. Hlavní řešitel Dílčího projektu.

AZV: NU21-03-00372, Malý: Malé vazebné proteiny cílené na proteiny imunitní kontrolní dráhy PD-1/PD-L1 jako nové diagnostické nástroje. 2021-2024.

GAČR: 21-16423K, Malý: Malé proteiny blokující dráhu IL-23/IL-17 jako inhibitory střevního zánětu sekretované probiotickými bakteriemi. 2021-2024

TA ČR (program TREND): FW01010350, Malý: Léčebný efekt bakteriofágů a jejich endolyzinů na oportunní bakteriální infekce vytvářející biofilm. 2020-2024.

MŠMT (program OP VVV): CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_025/0007397, Malý: Centrum pro rekombinantní biotechnologie a imunoterapeutika (CEREBIT). 2018-2022.

AZV: 16-29738A, Malý: Detekce cirkulujících nádorových buněk (CTC) u pacientů s adenokarcinomem plic pomocí mikrofluidního čipu. 2016-2019.

AZV: 16-30299A, Malý: Nanoliposomální systémy pro rychlou diagnostiku trombu pomocí MRI. 2016-2019.

AZV: 16-27676A, Malý: Imunomodulační ligandy cílené na prozánětlivou dráhu IL-23/Th17 jako nový nástroj k vývoji zevních antipsoriatických léků. 2016-2019.

AVČR: SAZU-16-01, Malý: Využití bakterií mléčného kvašení k produkci nových terapeutických proteinů odvozených od struktury albumin vážící domény a k jejich uvolňování ve střevě. 2016-2018. (Partnerské pracoviště: Jozef Stefan Institute, SAZU, Slovinsko).

AZV: 15-32198A, Malý: Příprava rekombinantních mimotopů indukujících neutralizační protilátky proti HIV-1 gp120 glykoproteinu pomocí technologie vysokoafinitních ligandů. 2015-2018.

TA ČR (program EPSILON): TH01010837, Malý: Vývoj unikátních vakcín proti závažným onemocněním zvířat. 2015-2016.

MPO (program TIP): FR-TI4/667, Vývoj nových vazebných biomolekul pro in vitro diagnostické použití v onkologii. 2012-2014.

GAČR: GAP303/10/1849, Malý: Imunomodulační ligandy potlačující funkci lidského IL-23. 2010-2013.