Pokud ve vědě objevíte něco nového – byť to jde proti zavedenému proudu –, můžete tím změnit pohled ostatních na to, jak věci fungují. A to se podařilo týmu Petra Beneše z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, jehož Laboratoř buněčné diferenciace je součástí NÚVR. Pří více než dvacetiletém studiu proteinu c-Myb, který byl dlouho považován za onkogen, totiž ke svému překvapení zjistili, že v některých fázích kancerogeneze může naopak působit jako supresor. Tedy že roli tohoto proteinu zásadně ovlivňuje načasování jeho exprese. „Tento příběh pro mě osobně ukazuje, že věda je i o odvaze zpochybňovat zažité představy,“ říká P. Beneš.
-
Kdy jste se rozhodl upřít svůj profesní a vědecký zájem do nitra buněk? Kde jste nasbíral zkušenosti a kdo vás třeba nejvíce inspiroval?
Už během studia molekulární biologie na Masarykově univerzitě mě nejvíce přitahovaly předměty, které se zabývaly mechanismy fungování organismů na buněčné a molekulární úrovni. Na rozdíl od více popisných nebo systémových oborů mě fascinovalo „jít do hloubky“ – pochopit, jak věci skutečně fungují. V tomto směru na mě především zapůsobily přednášky profesora Šmardy a profesora Doškaře, které ve mně tento zájem probudily a dále rozvíjely. Během doktorského studia jsem se věnoval genetickým rizikovým faktorům ischemické choroby srdeční. Přestože šlo o zajímavou práci, většina výzkumu byla založena na asociačních studiích a spíše rutinních analýzách, bez hlubšího zkoumání samotných mechanismů. Právě tehdy jsem si naplno uvědomil, že mě nejvíce naplňuje zkoumat „nitro“ buněk – tedy to, co určuje jejich chování a osud.
Tato motivace mě vedla k postdoktorandskému pobytu v USA, kde jsem se začal věnovat experimentálnímu studiu nádorových buněk a molekulárním mechanismům, které ovlivňují jejich vlastnosti. Po návratu do Česka jsem měl možnost pokračovat v této práci díky profesoru Šmardovi, který mě přijal do své výzkumné skupiny. Studium buněčných mechanismů zde tvořilo základ výzkumu a zároveň mi tato práce umožnila věnovat se i výuce, která mě velmi baví a naplňuje. Tím se pro mě vše přirozeně spojilo: výzkum, který jde do hloubky, a možnost předávat poznání dál.
-
Ve vaší laboratoři se kromě nádorové biologie věnujete také studiu vývojových procesů. Existují mezi těmito oblastmi nějaké překryvy? Mají tyto procesy něco společného z hlediska molekulárních mechanismů?
Ano, vývojové procesy a kancerogeneze spolu úzce souvisejí – a právě proto je velmi přínosné studovat je paralelně. Mnoho molekulárních drah, které jsou aktivní během embryonálního vývoje, bývá v nádorových buňkách znovu aktivováno. Zatímco ve vývoji jsou tyto procesy přesně časově a prostorově regulované, v nádorech dochází k jejich deregulaci, což přispívá k tvorbě nádorů a jejich agresivnímu chování. Ve vývojové biologii se tedy často studují stejné buněčné procesy jako v nádorové biologii – například regulace exprese genů, buněčné proliferace, diferenciace, migrace, plasticity nebo interakce buněk s okolím. Studium vývoje nám tak může pomoci lépe pochopit, jak tyto procesy fungují v normálním kontextu, a tím i odhalit, proč vznikají nádory a čím jsou podmíněny jejich vlastnosti.
V naší laboratoři se vývojovým procesům věnuje především Jirka Kohoutek, který zkoumá roli cyklin-dependentních kináz v rámci embryonálního vývoje a u některých typů nádorů. Dále dlouhodobě spolupracujeme s profesorkou Evou Matalovou na studiu molekulárních mechanismů vývoje kostí. Tyto přístupy nám umožňují nahlížet na buněčné regulace z různých úhlů – a často se ukazuje, že poznatky získané studiem vývoje organismů lze velmi dobře využít i při studiu nádorových onemocnění.
-
Jak náročný proces představuje následná validace bioinformatických analýz, které naznačují prognostický, resp. terapeutický význam určitých signálních drah? Je na ni v českém výzkumném prostředí dostatek času a prostředků?
V současnosti máme všichni k dispozici rozsáhlé veřejné databáze obsahující transkriptomická, proteomická i klinická data od pacientů s různými typy nádorů. Díky nim lze identifikovat geny a proteiny, jejichž produkce je v nádorových buňkách změněna oproti buňkám zdravým, a rovněž ty, jejichž exprese koreluje s klinicky relevantními fenotypy – například s metastatickým potenciálem, rezistencí vůči terapii nebo prognózou přežití. Validace bioinformatických analýz je následně klíčovým krokem, který rozhoduje o tom, zda má daná hypotéza skutečný biologický či klinický význam.
V našem týmu jsou bioinformatické analýzy doménou Lucky Knopfové a díky ní máme neustále v hledáčku nové geny, jejichž význam pro nádorové procesy se pokoušíme validovat. Samotná validace je samozřejmě časově i experimentálně náročný proces. Ideálně zahrnuje práci s různými modelovými systémy včetně experimentů in vivo na myších, protože každý z používaných modelů má své limity. Tato kombinace přístupů nám umožňuje ověřit hypotézy v různých biologických kontextech. Proces validace obvykle trvá roky, pokud má být proveden kvalitně. Navíc je finančně náročný, a v českém prostředí je úspěšnost v grantových soutěžích poměrně nízká. Proto je nutné aktivně hledat finanční prostředky ze všech možných zdrojů, které jsou k dispozici. K tomu se přidává často zdlouhavé recenzní řízení ve vědeckých časopisech, které může celý proces ještě prodloužit.
-
Významnou součástí mikroprostředí, které podporuje růst nádorů, tvorbu metastáz i vznik rezistence vůči léčbě, jsou stromální a jiné nenádorové buňky. Čím k poznání jejich funkce a signalizace přispívá vaše laboratoř? Jaké metody studia interakcí mezi nádorovými a nenádorovými buňkami využíváte?
Význam nádorového mikroprostředí pro chování nádorových buněk je v posledních letech intenzivně studován a ukazuje se, že hraje klíčovou roli v regulaci růstu nádorů, jejich schopnosti metastazovat i v rozvoji rezistence vůči terapii. Není proto překvapením, že se dnes klinicky testuje – a v některých případech již i využívá – řada terapeutických přístupů, které cílí právě na složky mikroprostředí, s cílem zvýšit účinnost protinádorové léčby.
V naší laboratoři se dlouhodobě zabýváme interakcemi nádorových buněk s buňkami nenádorovými v procesu metastazování, kdy jsou metastazující buňky vystaveny různým prostředím a interagují s celou řadou buněčných typů. V poslední době jsme rozšířili naše zaměření také na studium interakcí nádorových buněk s mikrobiomem, protože se ukazuje, že i mikrobiom může zásadně ovlivňovat jejich chování. Kromě buněčných interakcí se zabýváme také specifickými podmínkami, které v nádorovém mikroprostředí často panují – jako jsou acidóza nebo hypoxie. Tyto faktory výrazně ovlivňují nejen procesy uvnitř nádorových buněk, ale i jejich interakce s okolím. Experimentům analyzujícím interakce nádorových buněk s mikroprostředím se u nás věnuje hlavně Jarka Navrátilová. Z metodického hlediska využíváme různé kokultivační systémy – jak klasické 2D kultury, tak pokročilé 3D modely, které lépe napodobují prostorovou organizaci nádoru. Dále pracujeme s organotypickými kulturami, které nám umožňují studovat interakce v autentickém mikroprostředí. Nezastupitelnou roli mají také experimenty na myších, kde lze využít geneticky modifikované linie s inhibicí nebo deplecí konkrétních typů buněk a sledovat, jak se tím mění růst nádoru či jeho schopnost metastazovat.
-
Mezinárodní časopis Biological Research otiskl letos v létě publikaci, která vznikla ve vaší výzkumné skupině a která popisuje regulaci aktivity fascinu-1 při vytváření aktinových svazků prostřednictvím izoforem tropomyozinu kódovaných genem TPM2. Mohl byste nám podrobněji popsat výsledky a jejich možné terapeutické využití?
Tato studie vznikla ve spolupráci s výzkumnou skupinou profesorky Joanny Moraczewské z Univerzity v Bydhošti. Na základě bioinformatické analýzy dat jsme si všimli, že u osteosarkomů – tedy zhoubných nádorů kostí – které mají tendenci metastazovat, bývá snížena exprese genu TPM2, jenž kóduje několik izoforem tropomyozinu 2. To nás přivedlo k otázce, proč tomu tak je a jakou roli tyto izoformy hrají v regulaci metastatické aktivity nádorových buněk. Tropomyoziny jsou proteiny, které regulují dynamiku aktinového cytoskeletu tím, že ovlivňují interakce aktinu s dalšími proteiny. Dynamika cytoskeletu přitom ovlivňuje řadu vlastností buněk – včetně jejich schopnosti migrace a invazivního růstu. Spojili jsme se proto s profesorkou Moraczewskou, která se dlouhodobě věnuje funkčním interakcím proteinů s aktinem, a společně jsme uspěli s grantovou žádostí u GAČR. Publikovaný článek je prvním výstupem tohoto projektu. Ve zkratce jsme ukázali, že různé izoformy tropomyozinu 2 ovlivňují interakci jiného důležitého proteinu – fascinu – s aktinem. Fascin je klíčový pro tvorbu pevných aktinových svazků, které jsou nezbytné pro migrující buňky. Produkce fascinu tedy bývá u metastazujících nádorů často zvýšena. Naše výsledky naznačují, že snížení TPM2 může vést k podpoře interakce fascinu s aktinem, a tím ke zvýšení migrace a invazivity nádorových buněk – a v konečném důsledku i k tvorbě metastáz.
-
Které další výsledky bádání vaší výzkumné skupiny považujete za více či méně průlomové?
Upřímně si vážím všech výsledků, které v naší laboratoři vznikly – za každým z nich je totiž velké úsilí celého týmu. Experimentální práce je často plná nečekaných překážek, a ne vždy jde vše podle původního plánu. Právě schopnost tyto překážky překonávat a nevzdávat se při dílčích neúspěších považuji za nedílnou součást vědecké práce. Z celé řady publikací bych ale rád vyzdvihl jeden příběh, který ukazuje, že pokud ve vědě objevíte něco nového – byť to jde proti zavedenému proudu –, můžete tím změnit pohled ostatních na to, jak věci fungují. Už více než 20 let se v naší laboratoři věnujeme studiu proteinu c-Myb, který byl dlouho považován za onkogen – to znamená gen, jehož zvýšená aktivita podporuje vznik nádorů. Jeho onkogenní role byla popsána především u leukémií, a právě na ně jsme se zpočátku soustředili i my. Později jsme si ale na základě bioinformatických dat všimli, že c-Myb je zvýšeně exprimován také u nádorů prsu a střev. Očekávali jsme, že se bude chovat podobně jako u leukémií – tedy podporovat růst nádorových buněk. K našemu překvapení jsme ale zjistili, že v některých případech může zvýšená exprese c-Myb naopak potlačovat schopnost nádoru vytvářet metastázy, zejména v plicích. Ve spolupráci s profesorem Borsigem z Univerzity v Zurichu jsme ukázali, že tento efekt souvisí se schopností c-Myb regulovat produkci proteinů, které ovlivňují aktivitu endoteliálních a imunitních buněk v nádorovém/metastatickém mikroprostředí. Navíc jsme zjistili, že roli tohoto proteinu zásadně ovlivňuje načasování jeho exprese – v různých fázích kancerogeneze může působit buď jako onkogen, nebo naopak jako supresor.
Vzpomínám si, že když jsem tyto výsledky poprvé prezentoval na mezinárodní konferenci, vyvolalo to živou diskuzi – mnozí byli skeptičtí k myšlence, že by onkogen mohl mít i opačnou roli. Debatu tehdy uzavřel profesor Harris z Oxfordu slovy, že pokud bychom přijali černobílý pohled na onkogeny, musely by si být všechny nádory mnohem podobnější, než ve skutečnosti jsou. Od té doby byly skutečně popsány i další proteiny s podobně „dvojí“ funkcí.
Tento příběh pro mě osobně ukazuje, že věda je i o odvaze zpochybňovat zažité představy – a že právě „nečekané“ výsledky často vedou k posunu v našem chápání biologie nádorů.
-
Jak funguje váš výzkumný tým – nejenom v pracovní, ale i lidské rovině? Máte recept na to, jak podporovat kreativitu, komunikaci, spokojenost a mezilidské vztahy? A jak dát příležitost mladým vědcům?
Náš tým je složen z několika úrovní – vedle mě zde působí tři juniorní/seniorní PI, kteří vedou své vlastní výzkumné směry, dále čtyři doktorandi a přibližně šest diplomantů. Díky tomu, že jsme součástí univerzity, máme přirozený přísun motivovaných studentů, kteří se chtějí zapojit do výzkumu. Naši Ph.D. studenti po ukončení studia odcházejí na kvalitní pracoviště v Česku i v zahraničí a s mnohými z nich zůstáváme v kontaktu – někdy dokonce konzultujeme jejich další vědecké projekty.
Co se týká fungování týmu, nemám žádný „zaručený recept“. Snažím se vytvářet prostředí, kde panuje důvěra, otevřenost a vzájemný respekt. Lidem dávám hodně volnosti – věřím, že když dostanou prostor, nezklamou. A když se něco nepovede, nikdo nikomu „hlavu neutrhne“. Neúspěch je součástí vědecké práce – důležité je se z něj poučit, zvednout hlavu a jít dál. Členové týmu mají možnost účastnit se různých kurzů, které rozvíjejí jak metodické, tak i osobnostní dovednosti. Ph.D. studenti pravidelně vyjíždějí na zahraniční stáže, což považuji za velmi důležité pro jejich odborný i osobní růst.
Mám radost, že v týmu máme i několik přirozených „tahounů“, kteří se starají také o neformální společenskou stránku – organizují teambuildingy, narozeninové oslavy a přispívají k dobré atmosféře, která u nás v laboratoři panuje. Podporovat kreativitu a spokojenost podle mě znamená hlavně naslouchat a dát lidem prostor, aby mohli růst. A když se to podaří, vzniká tým, který funguje nejen profesně, ale i lidsky.
-
Vaše laboratoř je součástí NÚVR. Když se ohlédnete zpět – bylo to dobré rozhodnutí se k projektu připojit? Osvědčila se vám spolupráce v rámci konsorcia?
Za možnost připojit se k projektu NÚVR jsem velmi vděčný. Samozřejmě, jedním z důležitých přínosů je finanční podpora výzkumu, která nám umožňuje realizovat náročné experimenty a rozvíjet nové směry. Neméně důležitý je ale i vznik platformy, jež umožňuje či usnadňuje interakci mezi vědci, kteří se zabývají biologií nádorů – ať už na úrovni základního výzkumu, nebo v klinickém kontextu. Velkým přínosem jsou například každoroční setkání v Olomouci, která poskytují prostor pro sdílení výsledků, navazování nových spoluprací a diskuzi nad aktuálními výzvami v oboru.
V rámci NÚVR spolupracujeme na řadě projektů. Naším blízkým spolupracovníkem je například Pavel Bouchal z Oddělení biochemie Přírodovědecké fakulty MU, kdy využíváme jeho expertizu v oblasti proteomických analýz. Dále spolupracujeme s Karlem Součkem z Biofyzikálního ústavu AV ČR – společně nyní řešíme projekt podpořený GAČR, který se zaměřuje na úlohu proteinu Trop2 v metastatické diseminaci nádorů. Zároveň bych rád zdůraznil i naše spolupráce s klinickými pracovišti, které jsou pro nás klíčové. Například s Michalem Hendrychem a Ivou Staniczkovou Zambo z I. ústavu patologie LF MU a FNUSA nebo s Dagmar Adámkovou z MOÚ či Peterem Múdrym z Kliniky dětské onkologie LF MU a FN Brno. Tyto spolupráce nám umožňují propojit základní výzkum s klinickou realitou a přiblížit se tak aplikovatelným výstupům, které mohou mít dopad na diagnostiku či léčbu nádorových onemocnění.
Máme samozřejmě i mnoho aktivních spoluprací mimo NÚVR. Dnes prakticky každá vědecká práce vzniká ve spolupráci s dalšími týmy – jinak to ani nejde. Každý tým má svou specifickou expertizu, je proto efektivní nechat jednotlivé části projektu na odbornících, kteří dané metodiky nebo oblasti výzkumu skutečně ovládají. Taková spolupráce nejen zvyšuje kvalitu výsledků, ale zároveň umožňuje nahlížet na biologické otázky z různých úhlů a přinášet komplexnější odpovědi. Navíc přináší možnost otevřené a kritické diskuze nad projekty i nad samotnými výsledky, což je pro vědeckou práci zásadní.
