Animal physiology, immunology and developmental biology

Submit an application

Přijímací řízení do doktorských programů - akad.rok 2020/2021 (zahájení: jaro 2021)
Submission deadline until midnight 30 Nov 2020

What will you learn?

The aim of the program is to prepare top specialists in specific scientific fields developed within the Department of Animal Physiology and Immunology at the Institute of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University. Graduates are prepared for further scientific careers at workplaces of basic or applied research at the international level, but also for possible employment in companies with a research background, in medical facilities and as professional lecturers.

The program focuses on the research formation of students in the rapidly developing fields of physiology, immunology and developmental biology. Students are trained to conduct research in the areas ranging from cellular to organ level to models of whole animal organisms from cells to humans. Modern molecular biology techniques and state-of-the-art imaging techniques are applied. The program covers research topics ranging from veterinary through biomedical applications to general basic research issues. In particular, the most represented topic is the research of cellular signaling, which is crucial for understanding the processes controlling embryonic development, tissue differentiation and regeneration, as well as processes of carcinogenesis or immune regulation. The program integrates methodological approaches of molecular biology, molecular embryology and cell biology with morphological and behavioral approaches.

The course is designed to motivate prospective students through checkpoints. A greater number of methodologically oriented courses, internships, and openness to contacts with biotechnology companies ensure interconnection with the practice of modern biological research. Emphasis is placed on using English as a basic tool for scientific work.

Students are motivated by the high professional quality of research in an open and friendly environment. The performance of individual students is appreciated both financially and, for example, through participation in prestigious international conferences.

Practical training

The program includes compulsory student practice at potential employers as a tool for establishing links with future employers.

Career opportunities

The program is designed to be comparable with high-quality foreign universities programmes and graduates work well at top research institutes, whether from academic or non-academic institutions. The director of the Academy of Sciences of the Czech Republic, Key Manager of Roche Diagnostics, Postdoc at the Karolinska Institutet or the director of the embryological laboratory are examples of positions where our graduates found employment and refer for the program. Graduates of the doctoral study program are therefore entitled to carry out independent scientific and research activities in the field of basic and applied research, but they are also employed in management positions thanks to their language and managerial competencies. In a broader sense, they are prepared to carry out all activities related to scientific work; to deal with conceptual issues, scientific-organizational activities and teaching.

Admission requirements

Admission board checks the candidates’ professional capacities in an entrance interview that is conducted in English. The candidates submit a structured CV and in the course of the interview, they will present a brief proposal of their PhD project, will define the anticipated outputs, and suggest a methodical procedure. Written plan of candidate's suggested research project is also mandatory and will be submitted to the board. Recommended length of the plan is two pages and the structure is as follows: Title, Name of applicant, Name of supervisor, Home institution, Synopsis, Aims, Methodology, Financial covering. In a discussion with the admission board and in the presence of their supervisor they have to demonstrate that their respective thesis topic is scientifically well-grounded and experimentally manageable. A necessary prerequisite for admission is a demonstrable capability of professional conversation in English. The sufficient financial coverage of the candidate’s scientific project will be assessed by the admission board within the terms of the entrance interview and further within the terms of the PhD Workshop in the 3rd semester.

Recommended literature

The admission board assesses the candidates’ knowledge and prerequisites for the independent scientific work (0-200 points) and the capability of communication in English (0-100 points). To be admitted, the candidate must obtain at least 120 points in the professional and at least 60 points in the language part of the interview.

Application guide

Deadlines

1 Aug – 30 Nov 2020

Submit your application during this period

Submit an application

Supervisors and dissertation topics

Supervisors

Dissertation topics

Single-subject studies

Colon epithelial cells and their interactions with endogenous metabolites and xenobiotics

Supervisor: prof. RNDr. Jan Vondráček, Ph.D.

Epiteliální buňky tlustého střeva představují buněčnou populaci vystavenou kombinovanému působení produktů mikrobiomu, endogenních metabolitů i cizorodých látek (xenobiotik) dietárního původu. Ty mohou zásadním způsobem ovlivnit nejen fenotyp a chování buněk střevního epitelu, ale také rozvoj některých závažných onemocnění. Cílem práce je, s využitím baterie vhodných modelů buněk střevního epitelu in vitro, studovat interaktivní účinky vybraných skupin těchto látek na procesy spojené s toxickými projevy xenobiotik, metabolismus, průběh zánětlivých procesů v epitelu tlustého střeva i funkční vlastnosti střevní bariéry.

Dynamics of cancer cell surface fingerprint plasticity in epithelial-to-mesenchymal transition

Supervisor: Mgr. Karel Souček, Ph.D.

The epithelial-mesenchymal plasticity, in tight association with stemness, contributes to the homeostasis, evolution of early neoplastic lesions, and cancer dissemination. The ability of tumor cells to adapt to such dynamic changes in the microenvironment is considered a key requirement for their survival and outgrowth. The process which most likely interlinks the cancer cell plasticity with their dissemination capability, and adaptation to microenvironmental factors is the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). In this project you will tackle the molecular basis of regulation of cell surface fingerprint associating with EMT in the context of cancer cell plasticity, tumor dissemination, and tumor & metastatic microenvironment. We expect that this research will unravel in detail the regulation of EMT surfaceome as a critical element in the multi-step process of tumor dissemination and clarify the function of this attractive therapeutic target for solid tumors.

Impact of centrosome and cilia abnormalities on human embryonic stem cells and their differentiated progeny

Supervisor: Mgr. Lukáš Čajánek, PhD.

Centrozom, tvořený párem centriol obklopených pericentriolárním materiálem, je hlavní organizátor mikrotubulů a tudíž se výrazně podílí na kontrole buněčného dělení, polarity a migrace.
Deregulace počtu centrozomů a centriol je spojena s genomovou nestabilitou, mutace komponent centriol a cilií souvisí se vznikem řady chorob a vývojových vad. Do jaké míry a v jakém smyslu se komponenty centriol opravdu podílí na vzniku těchto onemocnění, stále zůstává poměrně velkou neznámou.
Naše vlastní aktuální výsledky ukazují, že u embryonálních kmenových buněk centrozom není úplně nezbytný k tomu, aby se tyto buňky mohly dělit, je ovšem naprosto esenciální k udržení embryonálních kmenových buněk v nediferencovaném stavu, a to díky efektu na metabolismum některých klíčových proteinů jako např. Oct4 a Nanog. Hlavním předmětem práce na tomto projektu bude studium, do jaké míry je tento fenomén specifický pro dané buňky a proteiny a jakým způsobem je regulován. Základní přístupy budu založeny na kultivaci a diferenciaci embryonálních kmenových buněk, a jejich analýze celou řadou metod, od klasických molekulárně-biologických a biochemických přístupů (western blot, PCR), přes proteomiku, editaci genů pomocí CRISPR/Cas9, až k pokročilým mikroskopickým metodám.

Molecular and cellular processes deregulated during the developmental neurotoxicity induced by xenobiotics

Supervisor: RNDr. Miroslav Machala, CSc.

Vývojová neurotoxicita (z angl. developmental neurotoxicity) představuje až do nedávna velmi podceňovanou oblast toxikologie. Až nedávné studie prokazující spojitost mezi chronickou expozicí savců látkám znečišťujícím trvale naše životní prostředí (např. zpomalovače hoření či pesticidy a jiné polutanty) a zvýšenou incidencí neurologických poruch typu roztroušená skleróza, parkinsonismus či autismus poukázali na zásadní nedostatek buněčných modelů, které by umožnili rutinní testování xenobiotik a polutantů s ohledem na jejich DNT potenciál. Tématem této práce je proto zavedení metodologického panelu, který umožní stanovení relativních efektivních potenciálů (REP) vybraných suspektních neurotoxikantů a následné objasnění buněčných a molekulárních procesů, které stojí za jejich neurotoxicitou.

Molecular mechanisms controlling formation of primary cilia in human cells

Supervisor: Mgr. Lukáš Čajánek, PhD.

Cílem tohoto projektu bude přispět k objasnění souvislostí mezi tvorbou primárních cilií a chorobami a vývojovými vadami spojenými s jejich deregulací.
Primární cilium, typicky přítomno u buněk v G0/G1 fázi, plní funkci buněčné antény na povrchu buněk - slouží k přenosu signálu z okolí do nitra buňky (dráhy Shh, Wnt, PDGF), čímž hraje nepostradatelnou roli v buněčné odpovědi na podněty z okolí. Je tvořeno bazálním tělískem (přeměněná centriola) a mikrotubulární axonemou.
Hlavním předmětem práce bude funkční charakterizace vazebných/interakčních partnerů dvou námi dříve identifikovaných klíčových regulétorů tvorby primárních cilií, proteinů Cep164(strukturní protein distálních přívěsků bazálního tělíska) a TTBK2 (Tau Tubulin Kinasa 2) a potenciálních substrátů této kinázy. Jako modely budou primárně použity buněčné linie HEK293T (human embryonic kidney) a h-TERT RPE1 (retinal pigment epithelium).
Během studia si student osvojí celou plejádu metod, od klasických molekulárně-biologických a biochemických přístupů (western blot, PCR, siRNA), přes proteomiku, editaci genů pomocí CRISPR/Cas9, až k pokročilým mikroskopickým metodám.

Novel mechanisms of modulation of the expression of genes involved in drug biotransformation in cancer cells

Supervisor: doc. RNDr. Alena Hyršlová Vaculová, Ph.D.

Exprese genů zapojených v regulaci biotransformace léčiv se může významně měnit během vývoje nádoru a ovlivňovat tak průběh onemocnění a odpověď na terapii. Za tyto změny jsou zodpovědné jak genetické, tak epigenetické mechanismy, kterým je v současné době právem věnována narůstající pozornost. Mezi ně patří zejména regulace na úrovni miRNA i modifikace struktury a funkcí chromatinu. Recentní studie nově poukazují na důležitou úlohu buněčného metabolismu, kdy některé metabolické enzymy nebo meziprodukty energetického metabolismu se mohou uplatňovat jako významné modulátory uvedených epigenetických procesů. Je také známo, že během karcinogeneze dochází k zásadním změnám v profilu miRNA v buňce a „přeprogramování“ buněčného metabolismu, což může přímo či nepřímo ovlivnit expresi genů zodpovědných za biotransformaci léčiv. Jedná se o komplexní regulace, kdy často zbývá objasnit jak konkrétní molekulární mechanismy, tak jejich dopad na vývoj a léčbu nádoru.
Cílem této práce je přispět k poznání nových epigenetických mechanismů regulace exprese genů zapojených v biotransformaci léčiv, zejména vybraných cytochromů P450 a transkripčních faktorů regulujících jejich expresi (např. PXR, CAR, AhR).
V práci bude student/ka využívat in vitro modely specifických populací nádorových buněk a celou řadu moderních metod buněčné a molekulární biologie, biochemie a analytické cytometrie.

Notes

Další konzultantka práce: RNDr. Jana Nekvindová, Ph.D., Fakultní nemocnice Hradec Králové

Pathogens modulation of immune parameters on honey bees

Supervisor: doc. RNDr. Pavel Hyršl, Ph.D.

1. rok: V rámci programu Erasmus+ uskutečnit studijní pobyt na některé z partnerských univerzit. Začátek experimentů – odběry a zpracování vzorků. 2. rok: Zpracovat vzorky odebrané během řešení grantového projektu, vyzkoušet a optimalizovat různé metody stanovení imunitních parametrů u hmyzu. Prezentace první části výsledků. 3. rok: Zpracovat další vzorky, porovnání výsledků mezi několika modelovými organismy. Příprava manuskriptu pro publikaci. 4. rok: Celková prezentace výsledků. Předpokládá se spolupráce na dalších publikacích.

Pathophysiology of Sprouty proteins and their association with ciliopathies

Supervisor: doc. RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D.

Sprouty proteiny představují kontrolní mechanismus signalingu aktivovaných tyrosinkinázových receptorů, včetně FGF signální dráhy. U myší způsobuje delece Sprouty vývojové poruchy vedoucí k poškození sluchu, kraniofaciálním defektům, zpomalenému postnatálnímu růstu nebo jícnové achalázii a střevní pseudoobstrukci. Význam lidského genu Sprouty2 byl zaznamenán u nefropatie, thanatoforické dysplázie a v různých typech onkologických onemocnění. V poslední době se ukazuje, že syndromy podmíněné hyperaktivací signální dráhy růstových fibroblastových faktorů (FGF) a syndromy spojené s deregulovanou funkcí primárních cilií se projevují řadou společných fenotypů, kromě jiných také u kraniofaciálních a achondroplastických malformací. PhD projekt se zaměří na charakterizaci role Sprouty proteinů v průběhu skeletogeneze, vyhodnotíme vývojové defekty tkání a orgánů myšího modelu s deletovaným Sprouty2 a Sprouty 4, které se běžně vyskytují u ciliopatií a zanalyzujeme signální dráhy modulované primárními ciliemi v morfogenezi Sprouty deficientních myší.

Prognostic and predictive markers of squamous cell carcinoma invasion in the oral cavity and oropharynx

Supervisor: doc. RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D.

Karcinomy dutiny ústní a orofaryngu patří mezi deset nejčastěji se vyskytujících malignit v lidské populaci. Náš projekt je zaměřen na spinocelulární karcinom, který představuje v této oblasti nejfrekventovanější typ maligního onemocnění. Prognóza onemocnění zhoubným nádorem dutiny ústní a orofaryngu je dána především stupněm invazivity primárního tumoru a rozsahem metastatického postižení regionálních a vzdálených uzlin. Intenzita perineurální invaze koreluje s lokalizací nádoru, jeho rozsahem a přítomností uzlinových metastáz. PhD projekt bude zaměřen na determinaci klinicky relevantních somatických mutací u pacientů s perineurální invazí a na analýzu exprese raných molekulárních markerů perineurální invaze na rozhraní nádorové a okolní tkáně. Dále se zaměří na analýzu úlohy primárních cilií a Sonic Hedgehog dráhy v buňkách spinocelulárního karcinomu a vliv modifikované SHH signalizace na jejich perineurální invazi.

Role of LGR5-positive stem cells in odontogenesis

Supervisor: doc. RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D.

Náhradní zubní generace se u obratlovců vyvíjejí ze zubní lišty. Doba trvání a morfologie zubní lišty se mezidruhově liší v závislosti na tom kolik generací zubů je iniciováno během života jedince. PhD projekt se zaměří na analýzu lokalizace LGR5-pozitivních progenitorových buněk během odontogeneze a jejich osudu. Dále bude sledovat expresní profil LGR5-pozitivních buněk a signalizaci kontrolující formování zubní lišty. S využitím experimentálních přístupů zaměřených na zvýšení či snížení WNT signalizace bude provedena analýza úlohy této dráhy v iniciaci náhradní zubní lišty. Tato studie regulace zachování progenitorových buněk v zubní liště povede k odhalení procesů, které jsou podkladem druhově specifického potenciálu formování daného počtu generací zubů, jakož i patologických stavů u člověka, kde je tvorba náhradní dentice narušena.

The impacts of magnetic fields on animal biological clock.

Supervisor: doc. RNDr. Martin Vácha, Ph.D.

Zjistili jsme, že vnitřní hodiny hmyzu jsou ovlivnitelné slabými magnetickými a elektromagnetickými poli, která se vyskytují zejména v blízkosti technických zařízení. Správný cirkadiánní rytmus je přitom v pozadí mnoha funkcí organismu a jeho poruchy vedou k řadě chorob. Projekt se bude věnovat zcela novému oboru studia kombinujícímu výzkum cirkadiánní rytmicity zvířat s výzkumem citlivosti biologických systémů na slabá magnetická pole. Pole těchto parametrů obklopují technická zařízení a mohou mít environmentální i zdravotní dopady. Experimentální část práce bude postavena na technikách behaviorálních a molekulárně biologických. Na hmyzích a savčích modelech má ukázat, jaká je citlivost tohoto jevu a jaký je jeho mechanismus a podstata.

The mechanisms of chemically induced tumor progression in lung and bronchial cellular models - the role of exosomes

Supervisor: RNDr. Miroslav Machala, CSc.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) such as benzo/a/pyrene (BaP) and persistent dioxin-like compounds (DLCs) such as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) belong among the most important airborne and foodborne environmental toxicants, and the lungs represent one of their major target organs. However, in spite of many in vivo and in vitro studies, the mechanisms of toxicity and carcinogenicity of PAHs and DLCs in respiratory system are insufficiently characterized. Chronic exposure to PAHs contributes to genotoxicity and to the development of (non-genotoxic) “dioxin-like“ toxicity via activation of aryl hydrocarbon receptor (AhR), including promotion/progression of lung cancer. Chemically-induced carcinogenesis involves numerous strategies recruited by transformed cells, which allow them to survive and to obtain adaptive advantages over the normal cells. A comprehensive evaluation of changes in gene expression, cell population parameters (such as cell cycle and proliferation), formation and release of extracellular vesicles will allow us to compare impact of PAHs and DLCs on normal and transformed airway cells and to identify novel suitable biomarkers of dioxin-like toxicity and/or AhR-dependent genotoxicity.
Aims:

  • investigation of changes in gene expression, phenotype and function of HBEC models during their transformation induced by TCDD, BaP or other PAHs or complex extract of airborne particles and estimation of relative effective potencies in selected in vitro models/parameters;
  • characterization of extracellular vesicles produced by normal and chemically transformed cells.


Methodology:
cell growth and maintenance, cytokinetic parameters, migration/invasion assays, cell morphology visualisation, detection of EMT- and cell transformation-related gene expression and protein expression (cell culturing, flow cytometry, fluorescent microscopy, Western blotting, qRT-PCR, ultracentrifugation and other molecular biological, biochemical and cytological methods).
Experimental work will be performed at the Veterinary Research Institute, Brno

Study information

Provided by Faculty of Science
Type of studies Doctoral
Mode full-time Yes
combined Yes
Study options single-subject studies Yes
single-subject studies with specialization No
major/minor studies No
Standard length of studies 4 years
Language of instruction Czech
Collaborating institutions
  • The Czech Academy of Sciences
  • Biofyzikální ústav AV ČR
Doctoral board and doctoral committees

Do you have any questions?
Send us an e-mail

prof. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D.

Consultant

E‑mail: