The role of glycolytic enzymes in the development of cancer and metabolic disorders

Abstract

In this Ph.D. thesis, we aimed to focus on molecular mechanisms that underlie the roles of hexokinases in health and disease. First, we focused on the molecular basis of GCK-MODY and possibilities how to predict effects of variations in genes causing Mendelian disorders in general. We performed in vitro experiments on GCK and its variants carrying activating, neutral or inactivating variations. Subsequently, we compared these experimental results with outcomes from the state-of-the-art prediction algorithms with distinct backgrounds. As a result of analyses, we realized that the prediction algorithms commonly suffered from low specificity. Therefore, we suggested a method how to tailor numerical outcomes of these prediction algorithms in order to increase specificity. Furthermore, we determined pH optimum of human GCK and HK2 and investigated the influence of ATP concentrations on buffering capacity of commonly used buffers in hexokinase assays. In the part concerning the role of HKs in tumorigenesis, we studied in vitro somatic cancer-associated variations in GCK, which did not give meaningful evidence for a role of GCK in tumorigenesis, although a subset of somatic cancer-associated variations were activating, thus potentially advantageous for tumors. Therefore, we rather moved to the study of...

V předkládané doktorské práci bylo našim cílem objasnit molekulární mechanismy role hexokinas ve zdraví a nemoci. Nejprve jsme se zabývali molekulární podstatou GCK-MODY a možnostmi, jak obecně predikovat efekty mutací v genech kódujících Mendelistická onemocnění. Provedli jsme in vitro experimenty s GCK a jejími variantami nesoucími aktivační, neutrální a inaktivační mutace. Následně jsme porovnali výsledky experimentů s výstupy z nejmodernějších predikčních algoritmů, které mají rozdílný základ. Díky analýzám jsme zjistili, že predikční algoritmy obecně trpí nízkou specificitou. Proto jsme navrhli metodu, jak upravit numerické výstupy predikčních algoritmů, aby se zvýšila specificita. Navíc jsme určili pH optimum lidské GCK a HK2 a zkoumali jsme vliv koncentrací ATP na pufrovací kapacitu pufrů běžně používaných v hexokinasových stanoveních. V části týkající se role hexokinas ve vzniku a rozvoji nádorů jsme studovali in vitro somatické mutace GCK nalezené v nádorech. Ačkoliv část těchto mutací byla aktivačních, a tedy potenciálně výhodných pro nádory, studie nepřinesla významnou evidenci role GCK pro vznik nádorů. Raději jsme se tedy posunuli ke studii HK1 a HK2 na modelu ovariální nádorové linie. U HK1 a HK2 bylo již uvedeno, že jsou důležitými isoenzymy pro nádorové buňky. Připravili jsme...