Bi8141 Molekulární fyziologie genomu

Přírodovědecká fakulta
jaro 2019
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Eva Bártová, Ph.D., DSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Alois Kozubík, CSc.
Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 18. 2. až Pá 17. 5. Út 14:00–15:50 BFU
Předpoklady
Kurz je otevírán pro studenty se zájmem o biologii chromatinu.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Jiné omezení: Na předmět se vztahuje povinnost registrace, bez registrace může být znemožněn zápis předmětu!
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Hlavní cíle kurzu "Molekulární fyziologie genomu" vedou k porozumění korelací mezi strukturou a funkcí chromatinu. Na konci kurzu by měli studenti pochopit základní principy uspořádání chromatinu vyššího řádu v kontextu s jadernými procesy, jako je replikace, transkripce, sestřih a DNA reparace. Navíc by studenti měli pochopit k jakým změnám dochází během patofyziologických procesů, včetně nádorové transformace buněk. Přednášky z "Molekulární fyziologie genomu" jsou rovněž zaměřeny na problematiku epigenetických regulací v genomu, včetně DNA metylace a modifikace histonů. Po absolvování kurzu by studenti měli být schopni vysvětlit vztahy mezi histonovým kódem a genovou expresí. V tomto kurzu je biologie chromatinu vysvětlována z pohledu základního výzkumu a studenti mají možnost se seznámit s nejnovějšími poznatky a trendy v tomto vědním oboru.
Osnova
  • 1. Buněčné jádro, jadérko – kompartmentalizace interfázních jader
  • 2. Transkripce, RNA procesy a RNA interference
  • 3. Struktura chromatinu a transkripce
  • 4. Struktura chromatinu a buněčná diferenciace
  • 5. Struktura chromatinu a apoptóza
  • 6. Epigenetické aspekty chromatinu
  • 7. Cytoskelet, laminy a kontroverzní jaderná matrix
  • 8. BAC/PAC knihovny a příprava DNA sond pro FISH techniku
  • 9. Konfokální mikroskopie a relevantní metody
  • 10. Struktura chromatinu a epigenetické změny u nádorových buněk
  • 11. Cytometrie s vysokým rozlišením – princip, statistické a bioinformatické analýzy
  • 12. Microarray technologie
  • 13. Reparační mechanismy DNA
  • 14. Zápočtový týden- J.G. Mendel a jeho význam, návštěva Mendeliána
  • Literatura: 1. Cremer, T. and Cremer, C. (2001) Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells. Nat. Rev. Genet. 2, 292-301. 2. Rice, J.C. and Allis, C.D. (2001). Histone methylation versus histone acetylation: new insights into epigenetic regulation. Curr. Opin. Cell Biol. 13, 263-273. 3. Francastel, C., Schubeler, D., et al. (2000) Nuclear compartmentalization and gene activity. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 1, 137-143. 4. Bártová and Kozubek (2006) Nuclear architecture in the light of gene expression and cell differentiation studies, Biol Cell, 98:323-336. 5. Bártová E, Krejčí J, et al. Histone modifications and nuclear architecture: a review. J Histochem Cytochem. 2008;56(8):711-721. Další práce na http://www.ibp.cz/labs/LMCC/publications.php
Literatura
Výukové metody
Teoretická příprava pomocí zadaných materiálů, přednášek a internetových zdrojů. Každý student provede rozbor odborného článku.
Metody hodnocení
Závěrečné hodnocení bude formou ústní zkoušky. Každý student provede rozbor odborného článku (dle vlastního výběru a nebo po dohodě s přenašejícím). Povinností studenta je navštěvovat přednášky. Lektor poskytne jednotlivé přednášky v pdf formatu, rovněž i další studijní materiály
Navazující předměty
Informace učitele
http://www.ibp.cz/
Přehled publikací (anotace) skupiny Dr. Evy Bártové za poslední 3 roky 1. Bártová E., Kozubek S. (2006) Nuclear architecture in the light of gene expression and cell differentiation studies. Biol. Cell., 98(6):323-36. Review. IF= 4.3 Anotace: Jde o souhrnný článek řešící problematiku struktury a funkce chromatinu během diferenciace buněk. Byl zde podán i podrobný popis hodnocení 3D-radiálních distribucí chromatinu v interfázních jádrech. 2. Harničarová A., Kozubek S., Pacherník J., Krejčí J., Bártová E. (2006) Distinct nuclear arrangement of active and inactive c-myc genes in control and differentiated colon carcinoma cells. Exp. Cell Res., 312(20):4019-35. IF=3.77 Anotace: Článek řeší problematiku jaderné distribuce transkriptů c-myc genu. Byly hodnoceny 3D-jaderné distribuce c-myc genů a jejich transkriptů v rámci interfázních jader a relevantních chromozomálních teritorií. Na rozdíl od umístění kódujících sekvencí genu c-myc, transkripty c-myc genu byly umístěny ve vnitřních částech interfázních jader, v blízkosti jadérka, což ukazuje na fakt, že RNA procesy c-myc genu probíhají ve specifickém kompartmentu centrální části intefázního jádra. 3. Skalníková M., Bártová E, Ulman V., Matula P., Svoboda D., Harničarová A., Kozubek M., Kozubek S. (2007) Distinct patterns of histone methylation and acetylation in human interphase nuclei. Physiol. Res., 56(6):797-806. IF= 2.09 Anotace: Pomocí nově vyvinuté analýzy obrazu byly hodnoceny vybrané metylace a acetylace histonů, které jsou umístěny specificky v rámci interfázních jader. Článek především přestavuje nově vyvinutý software for hodnocení 3D-distribucí modifikací histonů. 4. Bártová E., Pacherník J., Kozubík A., Kozubek S. (2007) Differentiation-specific association of HP1alpha and HP1beta with chromocentres is correlated with clustering of TIF1beta at these sites. Histochem. Cell Biol., 127(4):375-88. IF= 3.22 Anotace: V experimentech jsme zkoumali jaderné uspořádání heterochromatického proteinu HP1 alfa, HP1 beta, HP1 gama a proteinu TIF1beta během diferenciace embryonálních nádorových buněk P19 do primitivního endodermu a neurálním směrem. Dále byl studován diferenciační potenciál HDAC inhibitoru trichostatinu A (TSA) a Dnmts inhibitoru 5-deoxyazacytidinu (5-dAzaC). Zjistili jsme, že jaderné uspořádání HP1 sub-typů a faktoru TIF1 beta je diferenciačně specifické a zdá se být důležitější než množství relevantních syntetizovaných proteinů, které bylo relativně stejné během všech indukovaných diferenciačních drah. 5. Bártová E., Krejčí J., Harničarová A., Kozubek S. (2008) Differentiation of human embryonic stem cells induces condensation of chromosome territories and formation of heterochromatin protein 1 foci. Differentiation, 76(1):24-32. IF= 2.9 Anotace: Korelace mezi jaderným uspořádáním a transkripční aktivitou Oct3/4 a c-myc genů byly studovány u pluripotentních a diferencovaných lidských embryonálních kmenových buněk (hESC). Jaderná distribuce všech variant HP1 proteinu byla navíc testována v tomto experimentálním systému. Struktury zodpovědné za hESC pluripotentnost byly charakteristické větší mírou de-kondenzace, než struktury, takové jako je c-myc gen, zodpovědné za regulaci buněčného cyklu nebo indukci diferenciace. 6. Bártová E., Harničarová A., Krejčí J., Strašák L. and Kozubek S. (2008) Single-cell c-myc gene expression in relationship to nuclear domains. Chromosome Research, 16(2):325-43. IF= 3.0 Anotace: Práce řeší vztah c-myc transkripčních míst k jaderným doménám, jako jsou transkripční továrny (obsahující RNA pol II), jaderné skvrny SC-35 (obsahující faktory sestřihu) a promyelocytická leukemická tělíska (PML). Cílem práce je nalézt strukturální a funkční vztah mezi transkripcí genu c-myc a regulačními doménami. 7. Gabriela Galiová, Eva Bártová, Ivan Raška, Jana Krejčí and Stanislav Kozubek. (2008) Chromatin changes induced by lamin A/C deficiency and the HDAC inhibitor TSA. European Journal of Cell Biology, 87(5):291-303. IF=3.0 Anotace: U buněk deficientních na laminy typu A, bylo pozorováno, že se významně měmí distribuci heterochromatu a to především na jaderné periferii. Jaderné změny indukované laminovou deficiencí byly kompenzovány po působení inhibitoru histonových deacetyláz TSA. 8. Bártová E, Krejčí J, Harničarová A, Galiová G, Kozubek S. (2008) Histone Modifications and Nuclear Architecture: A Review. J. Histochem. Cytochem. 56(8):711-21. IF=2.5 Anotace: Jde o souhrnný článek řešící problematiku jaderné distribuce epigenetických modifikací histonů v různých experimentálních modelech. 9. Krejčí J, Harničarová A, Kůrová J, Uhlířová R, Kozubek S, Legartová S, Hájek R, Bártová E. (2008) Nuclear organization of PML bodies in leukaemic and multiple myeloma cells. Leuk. Res. 32(12):1866-77. IF=2.5. Anotace: Byly prokázány korelace mezi počtem PML tělísek a jejich vzdáleností od jaderného středu. Navíc, bylo zjištěno, že c-MYC protein je součástí PML kompartmentu, který u vydiferencovaných leukemických buněk (myeloidním směrem) byl umístěn v centrálních částech interfázních jader. 10. Bártová E, Galiová G, Krejčí J, Harničarová A, Strašák L, and Kozubek S. Epigenome and chromatin structure in human embryonic stem cells undergoing differentiation. Developmental Dynamics. 237(12):3690-702, 2008. IF=3.0 Anotace: Analýzy ukázaly, že H3K9 trimethylace, varianty HP1 proteinu a centromerický heterochromatin jsou důležité markery pro rozlišení mezi pluripotentním a diferencovaným stavem lidských embryonálních kmenových buněk (hESCs). Na druhou stranu, kromě centromer, radiální distribuce vybraných genů a chromozómů byly z velké části shodné jak u pluripotentních, tak i diferencovaných hES buněk. 11. Bártová E., Krejčí J., Hájek R., Harničarová A., Kozubek S. Chromatin Structure and Epigenetics of Tumour Cells: a Review. Accepted 2008, Cardiovascular and Haematological Disorders - Drug target (formerly Current Drug Targets). Anotace: Jde o souhrnný článek řešící problematiku jaderné distribuce proto-onkogenů a nádorově-supresorových genů u různých maligně-transformovaných buněk. 12. Jana Krejčí, Radka Uhlířová, Gabriela Galiová, Stanislav Kozubek, Jana Šmigová, Eva Bártová. Genome-wide reduction in H3K9 acetylation during human embryonic stem cell differentiation. Accepted in Journal of Cellular Physiology, 2009. IF=3.6. Anotace: Úrovně H3K9 acetylace byly stanoveny pro jednotlivé chromozómy u pluripotentních a diferencovaných lidských embryonálních kmenových buněk. Statistická analýza ukázala, že změny na některých chromozómech, jako je například HSA 11, 12, 17 a 19 jsou velmi významné z hlediska pluripotence a diferenciace hES buněk.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
Poznámka k periodicitě výuky: Předmět se vypisuje každý lichý rok.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2014, jaro 2016, jaro 2018, jaro 2021, jaro 2024.