B9041 Struktura a funkce eukaryotických chromozómů

Přírodovědecká fakulta
jaro 2001
Rozsah
2/1/0. 3 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Lumír Krejčí, Ph.D. (přednášející)
doc. RNDr. Lenka Fajkusová, CSc. (přednášející)
Mgr. Eva Sýkorová, CSc. (přednášející)
Mgr. Tatiana Vrtíková Kubičárová, CSc. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Předpoklady
( Ex_2211 Biochemie || Imp_8983 Biochemie || C3181 Biochemie I || CB390 Biochemie || CB370 Biochemie || C3580 Biochemie ) && ( Ex_3066 Molekulární biologie eukaryot || B7090 Molekulární biologie eukaryot )
znalost základů biochemie a molekulární biologie na úrovni
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
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. Přednášky budou doplněny semináři vědeckých pracovníků, PGS a zahraničních hostů pracoviště "Analýza biol. významných molek. komplexů" a ukázkami používaných metod. 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. Metafázový a interfázový 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 - solenoid 30 nm (asi 6x, celkem 36x) a alternativní struktury (cik-cak). Role konformace mezinukleozómového linkeru a vazby histonu H1. Asociace s nehistonovými proteiny, zejm. HMG (HMG-1,2; HMG-14,17; HMG-I,Y). Acetylace histonů a methylace DNA jakožto příklady epigenetických modifikací genetické informace. 6. Vyšší úroveň organizace chromatinu - smyčky (cca 50 kbp) stočeného 30 nm vlákna ukotvené k jadernému skeletu (další cca 25x kompaktizace, celkem již 1000x). 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. 7. Praktické způsoby izolace a charakterizace vazebných míst. Role topoizomerázy II v nukleoproteinových komplexech jadernému skeletu. Replikace a transkripce v "továrnách" ukotvených k jadernému skeletu. Regulace genové exprese na úrovni chromatinových smyček. 8. Růžice vznikající z šesti smyček chromatinu (cca 300 kbp) a "miniproužky"(2 Mb) - poslední mezistupně kompaktizace chromozómu. 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. 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. 12. 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. 13. Rekombinace jako jeden z procesů metabolismu genetické informace. Typy rekombinačních procesů a jejich molekulární podstata. Využití rekombinace jako nástroje v genetice. 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. Semináře k přednáškám s referáty o vlastních výsledcích pracovníků laboratoře ABVMK:
  • Uspořádání sekvencí DNA jejich chromatinu v subtelomerách modelových rostlin Nicotiana tabacum a Silene latifolia. (seminář k bodu 3, 4, 10) Eva Sýkorová,. Mirka Hulánová
  • Analýza methylačního stavu Pa promotoru bcr-abl genu na Ph' chromozómu u pacientů CML a modelových buněčných linií. (seminář k bodu 5) Lenka Fajkusová
  • Mapování smyčkových domén lidských chromozómů. (seminář k bodu 7) Jiří Fajkus
  • Studium lidských centromer a telomer pomocí technik in situ (seminář k bodům 9, 10, 11) Kateřina Krejčí
  • Vývojová regulace délky rostlinných telomer a aktivity telomerázy (seminář k bodu 10) Karel Říha, Jiří Fajkus
  • Charakterizace nukleoproteinových komplexů rostlinných telomer a telomerázy (seminář k bodu 9) Jana Fulnečková
  • Dynamika telomer u nádorových buněk a její využití v onkologické diagnostice (seminář k bodu 10) Jan Maláska, Lenka Fajkusová
  • Studium interakcí rekombinačních faktorů skupiny Rad52 v kvasinkách pomocí two-hybrid systému (seminář k bodu 13) Lumír Krejčí Předpokládaný časový rozsah cca 30 hod.
Literatura
  • 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
Metody hodnocení
Přednášky a odborné semináře v českém nebo angl. jazyce Zkouška - návrh experimentu pro zjištění....(pís.), ústní
Navazující předměty
Informace učitele
Přednášky se budou konat na BFÚ AVČR, Královopolská 135. Podle počtu zájemců buď v klubovně nebo v aule BFU. Preferuji Po odpoledne, ale termín je možné dohodnout podle možností zájemců. e-mail: fajkus@ibp.cz, tel. 41517199
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2000, jaro 2002.