PřF:C9041 Strukt. eukar. chromozomů - Informace o předmětu
C9041 Struktura a funkce eukaryotických chromozomů
Přírodovědecká fakultajaro 2018
- Rozsah
- 2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
- Vyučující
- prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc. (přednášející)
doc. RNDr. Martin Falk, Ph.D. (přednášející) - Garance
- prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta - Rozvrh
- St 10:00–11:50 B11/205
- Předpoklady
- znalost základů biochemie a molekulární biologie
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Biochemie (program PřF, D-BCH4)
- Biomolekulární chemie (program PřF, D-BCH4)
- Genomika a proteomika (program PřF, N-BCH)
- Molekulární biologie a genetika (program PřF, N-EXB)
- Cíle předmětu
- Hlavní cíle kursu jsou: seznámit studenty se s aktuálním stavem poznání o struktuře chromatinu jako nositeli genetické i epigenetické informace
Na konci tohoto kursu bude bude student schopen porozumět současným poznatkům z oblasti molekulární podstaty epigenetických procesů
Získá přehled o struktuře a funkci centromer, telomer a replikačních počátků - Výstupy z učení
- Student bude po absolvování předmětu rozumět principům uspořádání genetické informace v chromozomech a modulaci její exprese prostřednictvím epigenetických procesů modifikujících strukturu chromatinu.
- Osnova
- Přednášky jsou zaměřeny na popis struktury eukaryotických chromozómů a jejích dynamických změn při základních procesech metabolizmu genetického materiálu - replikaci, transkripci a rekombinaci. Kromě vztahu k funkci genů bude kladen důraz na možné i prokázané funkce tzv. nekódujících sekvencí, které tvoří DNA komponenty nezbytných chromozomálních funkčních elementů - centromer a telomer.
- Osnova: 1. Chromozóm jako funkční jednotka genomu. Typy chromozómů z různých hledisek - prokaryotický a eukaryotický, mitochondriální, chloroplastový a jaderný, cirkulární a lineární. Charakterizace jednotlivých typů na základě nukleoproteinového složení a velikosti DNA. Příklady.
- 2. Lineární eukaryotické chromozómy jako typický případ strukturních jednotek jaderného eukaryotického genomu. Strukturní úrovně chromozómů - přehled. Metafázní a interfázní chromozóm. Chromatin. Izochory.
- 3. Sbalování DNA do chromozómů (celkem 10000x). Kompaktizace DNA při tvorbě nukleoproteinových komplexů s histony (cca 6x). Nukleozóm, chromatozóm, dřeňová částice. Detailní trojrozměrná struktura dřeňové částice. Vazba histonu H1. Translační a rotační poloha nukleozómů na DNA, určující faktory.
- 4. Co se děje s nukleozómy při replikaci a transkripci? Mechanismy regulace genové exprese modifikací nukleozómové struktury. Příklady. Experimentální postupy k určení polohy nukleozom; na DNA. Počítačové predikce. Nenukleozómová DNA.
- 5. Další kompaktizace řetězce nukleozómů - modelové struktury tzv.30 nm vlákna - solenoid (asi 6x, celkem 36x) a cik-cak struktura. Současné experimentální studie vyšší chromatinové struktury. Role konformace mezinukleozómového linkeru a vazby histonu H1. Asociace s nehistonovými proteiny, zejm. HMG. HMGA, HMGB a HMGN proteiny a jejich funkce.
- 6.Epigenetické modifikace genetické informace: Modifikace histonů, methylace DNA. Histonové varianty a jejich funkce. Remodelace chromatinové struktury. Příklady epigenetických procesů (inaktivace X-chromozomu, aktivace/inaktivace promotorů aj.)
- 7. Mechanismus RNA interference a jeho podíl na heterochromatinizaci a umlčování genů. Příklady přirozených procesů v nichž se uplatňuje RNAi. Využití siRNA pro analýzu funkce genů.
- 8. Vyšší úroveň organizace chromatinu - modelové a experimentálně zjištěné struktury. Historické pojmy jaderný skelet, jaderná matrix, jaderné lešení. Aktuální poznatky o úloze SMC proteinů a topoizomerázy II v architektuře a kondenzaci chromatinu. Chromozomová teritoria v interfázním jádře. Organizace mitotického chromozomu.
- 9. Specializované chromozómové struktury - centromera a telomery. Jejich prokázané a předpokládané funkce. Jak se jeví tyto struktury v mikroskopu a jaké je jejich nukleoproteinové složení - obecně.
- 10. Detailní struktura telomery - typy telomerové DNA u různých organismů, asociované proteiny, telomeráza - specializovaná reverzní transkriptáza s vlastní templátovou RNA - nejběžnější způsob udržování telomer. Telomeráza jako cíl protinádorové terapie. Mechanismy udržování telomer nezávislé na telomeráze.
- 11. Opravy poškození DNA (přehled). Rekombinace jako jeden z procesů metabolismu genetické informace. Typy rekombinačních procesů a jejich molekulární podstata. Využití rekombinace jako nástroje v genetice. Význam rekombinace pro stabilitu genomu. Role rekombinačních proteinů na telomerách.
- 12. Struktura buněčného jádra a chromatinu ve vztahu k základním životním buněčným procesům, zejména reparaci DNA: nové pohledy na indukci a reparaci dvouřetězcových zlomů DNA - aspekty prostoru a času, dvouřetězcové zlomy DNA - dvousečný meč s ohledem na vznik a léčbu nádorů.
- 13. Centromera - praktický příklad "nekódujících" repetitivních sekvencí, které v interakci se specifickými proteiny kódují funkčně nepostradatelnou chromatinovou strukturu (pohled z hlediska již probraných zákonitostí architektury genomu. Funkce centromery v segregaci chromozomů. Typy centromer. Tvorba centromerového heterochromatinu.
- 14. Funkční chromozóm = centromera, telomery a replikační počátky? Metody mapování počátků replikace. Pokusy o vytvoření savčích arteficiálních chromozómů (MACs) a jejich perspektivní využití např. v genové terapii.
- 15. Přestavba chromatinu při spermatogenezi. Jak je dosaženo extrémní kompaktizace, aneb proteiny se mění, DNA zůstává. Co se děje s chromatinem po oplození vaječné buňky.
- Literatura
- Bryan M. Turner: Chromatin and gene regulation. Molecular mechanisms in epigenetics. Blackwell Science Ltd. ISBN 0-865-42743-7
- T.A. Brown: GENOMES. Bios Scientific Publishers Ltd. 1999,Oxford.
- C.R. Calladine, H.R. Drew: Understanding DNA.Second edition. Academic Press N.Y. 1997
- FAJKUS, Jiří a Ulrike ZENTGRAF. Structure and Maintenance of Chromosome Ends in Plants. In Telomerases, Telomeres and Cancer. Georgetown, New York: Landes Bioscience, Kluwer Academic, 2002, s. 314-331. Molecular Biology Intelligence Unit 22. ISBN 0-306-47437-9. info
- SNUSTAD, D. Peter a Michael J. SIMMONS. Genetika. Translated by Jiřina Relichová. Druhé, aktualizované vydá. Brno: Masarykova univerzita, 2017, xix, 844. ISBN 9788021086135. info
- Výukové metody
- Přednášky; rozbor příkladů výzkumných problémů z přednášené problematiky
- Metody hodnocení
- Zkouška - písemná a ústní. Závěrečný písemný test předchází ústní zkoušce. Pro absolvování ústní zkoušky je třeba >50% správných odpovědí v testu. Obě části zkoušky je možno skládat v angličtině, pokud to student/-ka preferuje.
- Navazující předměty
- Informace učitele
- Přednášky se konají v Univerzitním kampusu Bohunice, pavilon A2, není li stanoveno jinak. e-mail: fajkus@sci.muni.cz, tel. 549494003
- Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně. - Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
- Statistika zápisu (jaro 2018, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2018/C9041