Předmět Struktura a funkce eukaryotických chromozomů (C9041)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu C9041 - Struktura a funkce eukaryotických chromozomů, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita (MU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Hlavní cíle kursu jsou: seznámit studenty se s aktuálním stavem poznání o struktuře chromatinu jako nositeli genetické i epigenetické informaceNa konci tohoto kursu bude bude student schopen porozumět současným poznatkům z oblasti molekulární podstaty epigenetických procesůZíská přehled o struktuře a funkci centromer, telomer a replikačních počátků

Osnova

Přednášky jsou zaměřeny na popis struktury eukaryotických chromozómůa jejích dynamických změn při základních procesech metabolizmugenetického materiálu - replikaci, transkripci a rekombinaci.Kromě vztahu k funkci genů bude kladen důraz na možné i prokázanéfunkce tzv. nekódujících sekvencí, které tvoří DNA komponentynezbytných 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.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 nukleozómové struktury. Počítačové predikce. Nenukleozómová DNA.5. Další kompaktizace řetězce nukleozómů - modelové struktury tzv.30 nm vlákna - solenoid (asi 6x, celkem 36x) a cik-cak struktura. 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. Remodelling chromatinové struktury. Příklady 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. Pojmy jaderný skelet, jaderná matrix, jaderné lešení - rozdíly a shody. Vazba chromatinového vlákna k těmto strukturám. Experimentálně zjištěné typy vazby: permanentní a transientní, kovalentní a nekovalentní. Praktické způsoby izolace a charakterizace vazebných míst. Role topoizomerázy II v nukleoproteinových komplexech jaderného skeletu. Replikace a transkripce v "továrnách" ukotvených k jadernému skeletu. Regulace genové exprese na úrovni chromatinových smyček. Růžice vznikající z šesti smyček chromatinu (cca 300 kbp) a "miniproužky"(2 Mb) - poslední mezistupně kompaktizace chromozómu. Chromozomová teritoria v interfázním jádře. Heterochromatin a euchromatin z hlediska jednotlivých úrovní organizace genetického materiálu. Izochory.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. 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. 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. Tvorba centromerového heterochromatinu.13. 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.14. 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 0-865-42743-7T.A. Brown: GENOMES. Bios Scientific Publishers Ltd. 1999,Oxford.C.R. Calladine, H.R. Drew: Understanding DNA.Second edition. Academic Press N.Y. 1997FAJKUS, 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, 18 s. Molecular Biology Intelligence Unit 22. ISBN 0-306-47437-9. info

Požadavky

znalost základů biochemie a molekulární biologie

Garant

prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.

Vyučující

prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.Mgr. Miloslava Fojtová, CSc.