Теми лекцій та завдання для самостійної роботи змістовий модуль 1. Механізми дестабілізації та стабілізації геному. Репарація днк. Тема № 1. Загальні механізми геномної нестабільності.

Лекція 1. Нестабільності геному: визначення, загальні причини, методи реєстрації – 2 год.

Вибір визначення для терміну «геном». Визначення стабільності та нестабільності геному. Розвиток поглядів про уявність стабільності геному. Нестабільність геному як безперервний хаотичний процес появи нових варіантів геному. Приклади геномної нестабільності при нормальних та патологічних процесах. Загальні причини нестабільності геному та механізми його стабілізації. Прояви нестабільності геному на рівні ДНК, клітини та організму. Сучасні методи оцінки нестабільності геному.

Лабораторна робота 1. Аналіз динаміки геномної нестабільності в клітинах букального епітелію за допомогою мікроядерного тесту – 10 год.

Лабораторна робота розрахована на виконання протягом семестру. З періодичністю 1 раз в 2 тижні студенти готують власні мазки букального епітелію. Оцінюють частоту клітин з мікроядрами та аномаліями інтерфазного ядра. По закінченню збору та аналізу матеріалу проводять статистичний аналіз отриманих результатів, будують графіки змін індивідуальних та середньо групових частот мікроядер та ядерних аномалій.

Завдання для самостійної роботи – Порівняння інформативності різних методів реєстрації нестабільності геному – 4 год.

Література [1, 4, 6, 8].

Тема № 2. Пошкодження днк та їх репарація.

Лекція 2. Нестабільність первинної структури ДНК – 2 год.

Фізико-хімічні властивості ДНК – причина нестабільності геному. Основні пошкодження ДНК, що виникають спонтанно: частота та наслідки. Причини нестабільності первинної структури ДНК. Гідроліз ДНК. Оксидативні пошкодження ДНК. Неферментативне метилування ДНК. Таутомеризація азотистих основ.

Завдання для самостійної роботи – Хімічні реакції азотистих основ з нуклеофільними агентами. Вирішення задач – 6 год.

Література [1, 2, 5, 8].

Лекція 3. Молекулярні механізми репарації пошкоджень ДНК – 4 год.

Загальна схема відповіді клітини на пошкодження ДНК. Репарація ДНК як основний механізм підтриманні стабільності геному. Пряма репарація: характеристика, типи, основні пошкодження, які репаруються. Неферментативна та ферментативна фотореактивація. Репарація О⁶-алкілгуаніна. Непряма репарація: загальна схема, типи. Молекулярні механізми місметч репарації. Ексцизійна репарація основ. Ексцизійна репарація нуклеотидів: глобальна геномна репарація, репарація пов’язана з транскрипцією. Механізми репарації двониткових розривів ДНК: репарація за типом не гомологічного об’єднання кінців розривів, репарація за типом гомологічної рекомбінації. Механізми репарації ДНК-крослінків. Помилки репараційних систем та нестабільність геному.

Лабораторна робота 2. Оцінка ефективності роботи системи репарації двониткових розривів ДНК в лімфоцитах людини за допомогою G₂-тесту – 4 год.

Проводять культивування лімфоцитів периферійної крові людини. За 2 години до закінчення частину культур опромінюють рентгенівськими променями в дозі 0,5 Гр. Готують препарати хромосом, та аналізують їх на наявність хромосомних аберацій. За частотою обмінних аберацій хроматидного типу оцінюють ефективність роботи рекомбінаційної системи репарації.

Лабораторна робота 3. Аналіз особливостей прояву нестабільності геному в штамів дріжджів дефектних за різними системами репарації – 4 год.

Суспензії клітин дріжджів піддають мутагенному впливу та висівають на поживне середовище. Визначають здатність клітин утворювати колонії, частоту виникнення різних типів мутацій, частоту утворення генетично нестабільних клонів. Проводиться аналіз особливостей прояву параметрів нестабільності геному в залежності від дефекту відповідної системи репарації.

Завдання для самостійної роботи – Пошук в комп’ютерних базах даних поліморфних варіантів генів людини, які кодують білки репараційних систем. Пошук інформації про спадкові хвороби та хвороби із спадковою схильністю, причиною яких є мутації в генах репараційних систем – 10 год.

Література [1,2, 8]

Лекція 4. Репарація неканонічних структур ДНК – 2 год.

Поняття про неканонічні структури ДНК (дво- та чотирьохланцюгові шпильки, холідеєподібні структури, колапсні структури) та причини їх утворення. Спадкові синдроми порушення репарації неканонічних структур ДНК. RecQ гелікази – основні ферменти систем репарації неканонічних структур ДНК. Будова та функції RecQ гелікази BLM. Будова та функції RecQ гелікази WRN. Роль RecQ геліказ у загальній координації репараційних процесів.

Завдання для самостійної роботи – Пошук в комп’ютерних базах даних мажорних мутацій генів BLM та WRN – 6 год.

Література [1,2, 4, 5]

Лекція 5. Репарація без репарації: механізми толерантності до пошкоджень ДНК – 2 год

Загальна характеристика механізмів толерантності до пошкоджень ДНК. Реплікація незважаючи на пошкодження ДНК. Молекулярні механізми SOS-репарації у прокаріот та еукаріот, роль ДНК-полімераз низької точності. «Помилкова» та «безпомилкова» SOS-репарація. Молекулярні механізми постреплікативної рекомбінаційної «репарації». Регресія реплікативної вилки.

Завдання для самостійної роботи – Провести порівняння функціональних особливостей ДНК-полімераз людини Х таY родин – 6 год.

Література [1,2]

Модульна контрольна робота – 2 год.

Питання до змістового модуля 1

1. Нестабільність геному (визначення)

2. Наведіть докази того, що геном не такий вже й стабільний

3. Які ви можете навести підтвердження гіпотези про «мутаційні періоди» в житті органічного світу

4. Які патологічні та нормальні процеси пов'язані з нестабільності геному

5. Які зміни геному вважають проявом нестабільності?

6. Процеси, яки дестабілізують геном (перерахувати)

7. Методи реєстрації нестабільності геному

8. Які хімічні реакції призводять до появи «нормальних» пошкоджень ДНК?

9. Частота утворення "спонтаннх" пошкоджень ДНК в клітині.

10. Які основи НК є більш реакційно здатними?

11. Чому РНК менш стабільна ніж ДНК?

12. Які пошкодження ДНК є результатом гідроліза?

13. Які пошкодження ДНК є результатом дії пероксидних радкалів?

14. Які пошкодження ДНК є результатом неферментативного метилування?

15. До яких змін геному призводить таутомеризація основ? Чому?

16. Клітинна відповідь на пошкодження ДНК (коротко)

17. Пряма репарація ДНК (визначення)

18. Ферментативна та не ферментативна фотореактивація

19. Пряма репарація алкілгуаніна

20. Схема проходження непрямої репарації ДНК

21. Схема проходження місметч репарації у прокаріот

22. Які спадкові синдроми пов’язані з порушенням місметч репарації?

23. Ексцизійна репарація основ (визначення)

24. Функції ДНК-глікозилаз

25. Чим шлях довгої залатки при BER відрізняється від шляху короткої заплатки?

26. Ексцизійна репарація нуклеотидів (визначення)

27. Типи пошкоджень ДНК, які виправляються при NER

28. GGR у прокаріот (коротко)

29. TCR у прокаріот (коротко)

30. Коплементаційні групи при пігментній ксеродермі (перерахувати)

31. Коплементаційні групи при синдромі Кокейна (перерахувати)

32. Типи репарації двониткових розривів ДНК

33. Залежність проходження репарації двониткових розривів ДНК від клітинного циклу?

34. Спадкові синдроми при порушенні репарації двониткових розривів ДНК

35. За яким типом репаруються двониткові ДНК кінці, які утворюються при колапсі реплікаційної вилки?

36. Чому при атаксії-телеангіектазії спостерігаються імунодифіцити?

37. Як відбувається репарація міжниткових ковалентних зшивок ДНК?

38. Яка система репарує міжниткові ковалентні зшивки ДНК?

39. Комплементаційні групи анемії Фанконі

40. Які ферменти репарують неканонічні структури ДНК?

41. Загальна функція RecQ геліказ

42. Які неканонічні структури ДНК є субстратом для RecQ геліказ

43. Родина RecQ геліказ людини

44. Синдроми Блюма, Вернера та Ротмунда-Томпсона

45. Функція BLM

46. Функція WRN

47. Толерантність до пошкоджень ДНК (визначення)

48. Які з типів толерантності до пошкоджень ДНК відносять до "безпомилкових"?

49. Механізм SOS репарації у прокаріот (коротко)

50. Функція ДНК полімерази-ета

51. Функція ДНК полімерази лямда

52. Функція ДНК полімерази мю

53. За якими механізмами ДНК полімерази родини Х оминають пошкодження ДНК?

54. Принцип постреплекаційної рекомбінаційної репарації

55. Принцип оминання пошкоджень ДНК за допомогою регресії реплікаційної вилки