51

2007

Механизмы модификаций

Аннотация курса

Автор: проф. С.Г.Инге-Вечтомов

12 семестр, 18 часов.

Модификации занимают особое место в современной классификации изменчивости. "Пограничное" положение этого типа изменчивости подчеркивается его связью с онтогенетической изменчивостью, а также связью с наследственной изменчивостью. Современное рассмотрение модификационной изменчивости, как вмешательство в реализацию генетической информации, позволяет выделять спонтанные и адаптивные модификации, основанные на генетических процессах, ответственных за формирование и реализацию нормы реакции организма. Критически рассматривается представление о модификациях как не наследуемых изменениях в свете современных данных об эпигенетических механизмах наследственности-изменчивости. Делается попытка представить альтернативную классификацию изменчивости, основанную на рассмотрении матричных и ступенчатых процессов в клетке и организме. Акцентируется значение рассмотрения модификаций как вклада генетики в общебиологические представления.

Программа курса Введение

Определение модификации. Относительность и противоречивость современной классификации типов изменчивости. Обсуждение модификаций как ненаследуемых изменений. Проблема определенной и неопределенной изменчивости Ч.Дарвина.

Типы модификаций.

Адаптивные модификации. Морфозы. Фенокопии. Фенотипическая супрессия. Длительные модификации. Спонтанные модификации по Б.Л.Астаурову. Норма реакции. Экспрессивность, пенетрантность. Проблема эпигенетической наследственности-изменчивости. Cомаклональная изменчивость.

Механизмы модификаций.

Адаптивные модификации (Регуляция, стрессы).

Регуляция действия гена у прокариот и эукариот как основа адаптивных модификаций. Транскрипция и ее регуляция у про- и эукариот. Репрессия и индукция. Опероны и регулоны. Усилители (энхансеры) и глушители (сайленсеры). Активный и неактивный хроматин.

Стрессовый ответ как генерализованная реакция клетки и организма. Белки стрессового ответа (белки теплового шока), регуляция стресс-реакции. Генетические регуляторные элементы (HSE) и регуляторные факторы - белки (HSF). Клеточные функции белков теплового шока. Шапероны и шаперонины.

Фенокопии.

Фенокопии мутаций (морфозы). Критические периоды.

Фенокопии нормы - фенотипическая супрессия.

Мутанты чувствительные к повышенной и пониженной температуре, к pH, осмосу и т.д. Модификации на уровне транскрипции, трансляции

Первичные повреждения ДНК.

Модификации как результат фенотипического проявления первичных (предмутационных) повреждений генетического материала. Примеры генетического анализа ненаследуемых изменений генетического материала. Система типов спаривания у дрожжей-сахаромицетов.

Шумы индивидуального развития. Врожденные аномалии.

Конститутивные и адаптивные системы репарации генетического материала. SOS- репарация. Параллельная индукция белков теплового шока и белков репарации. Взаимообусловленность модификаций и мутационной изменчивости. Пострадиационная (температурная) модификация мутационного процесса (Лобашев М.Е., Ватти К.В., Тихомирова М.М.).

Общие белки транскрипции и репарации. Транскрипция и мутационный процесс. Адаптивный мутагенез.

Проблемы эпигенетической наследственности-изменчивости.

Детерминация и трансдетерминация у дрозофилы.

Концепция эпигена Чураева Р.Н. (1975). Конструирование эпигена (2000).

Геномный импринтинг.

[Ферментативный импринтинг.]

Кортикальная наследственность у инфузорий.

Компартментализация генетических процессов. Ядерная оболочка. Хромосомные территории.

Длительные модификации.

Явление прионизации белков и прионный механизм наследования модификаций третичной структуры белков. Матрицы последовательности (I рода) и конформационные матрицы (II рода). Цитоплазматические стрессовые гранулы у мдекопитающих. Applisia.

Модификационная и наследственная изменчивость в синэкологических отношениях.

Симбиотическая наследственность или модификационная изменчивость?

Элементарные эколого-генетические модели. Дрожжи-дрозофила. Зависимость генетических процессов вида-потребителя от метаболизма вида-продуцента.

Инфекционная наследственность. Wolbachia у насекомых.

Феромональный стресс и генетические процессы у мышей.

Роль модификаций в эволюции.

Модификации как проба нормы реакции (Лукин Е.И., 1936, Кирпичников В.С., 1939).

Адаптивные системы репарации и мутационный процесс.

Парадоксы СТЭ: популяционная генетика и теория нейтральной эволюции, дупликация и дивергенция генетического материала через стадию псевдогенов. Наследуемые модификации (прионизация) факторов терминации и судьба псевдогенов (?).

Альтернативная классификация типов изменчивости: генетические процессы, связанные с воспроизведением и реализацией наследственной информации.

Принцип поливариантности матричных процессов. Взаимодействие матричных процессов I и II рода.

Заключение

Литература:

Астауров Б.Л. Исследование наследственного изменения гальтеров у Drosophila melanogaster Schin. Журн. Эксп. Биол. Серия А. 1927. Т.3. Вып.1-2. С.1-61.

Галл Я.М.Адаптивные модификации и естественный отбор (эволюционно-биологическое наследие Е.И.Лукина). Вестник ВОГиС. 2005. Т.9. №4. С.534-540.

Инге-Вечтомов С.Г., Лучникова Е.М. Почему лисички не червивеют? или Некоторые проблемы экологической генетики. Природа. 1992. N 1. С. 26 - 32.

[Инге-Вечтомов С.Г. Прионы дрожжей и центральная догма молекулярной биологии. Вестник РАН. 2000. Т. 70. N3. С. 195-202.]

Инге-Вечтомов С.Г. Возможная роль неоднозначности трансляции в эволюции генов. Молекулярная биология. 2002. Т. 36. N 2. С 268-276.

Инге-Вечтомов С.Г. “Матричный принцип в биологии. (Прошлое, настоящее, будущее?)”. Экологическая генетика. 2003. Т. 1. Вып. 0. С. 6 – 15.

С.Г.Инге-Вечтомов. Роль генетических процессов в модификационной изменчивости. Пророчество Б.Л.Астаурова. Онтогенез. 2005. №4. С. 274-279.

Инге-Вечтомов С.Г., Барабанова Л.В., Даев Е.В., Лучникова Е.М. Влияние экологических отношений на генетические процессы. Вестник СПбУ. 1999. Вып.4. №24. С.14-31

[В.Н. Куликов, О.Н. Тиходеев, Ф.С. Форафонов, А.С. Борхсениус, В.В. Аленин, С.Г. Инге-Вечтомов. Супрессия мутации "сдвиг рамки считывания" в результате частичной инактивации факторов терминации трансляции у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Генетика. 2001. Т. 37. N 5. С. 1-8]

Калинин В.Л. Транскрипция и регуляция экспрессии генов.СПб. Изд.СПбГТУ. 2001. 246 с.

Конюхов Б.В., Платонов Е.С. Геномный импринтинг у млекопитающих. ГЕНЕТИКА, 2001, том 37, N1, с.5-17

Левченко В.Ф. Эволюция биосферы. СПб, 2003. Ин-т эволюционной физиологии и биохимии РАН. 164 с.

Проворов Н.А. Генетико-эволюционные основы учения о симбиозе. Журн. общей биол. 2001. Т.62. С.472-495

Спирин А.С. "Рибосома и синтез белка".

Тер-Аванесян М.Д., Инге-Вечтомов С.Г. Генетический контроль синтеза белка. 1988. Изд ЛГУ. 294 с.

Тиходеев О.Н., Журина Т.В. Автономная изменчивость: феномен и возможные механизмы. Экологическая генетика. 2004. Т.II. Вып.2. С.3-10.

Чураев Р.Н. Контуры неканонической теории наследственности: от генов к эпигенам. Журнал общей биологии. 2005.Т.66.№ 2. С. 99-122.

Chernoff Y.O. Mutation process at the protein level: is Lamarck back? Mutation Res. 488 (2001) 39-64

Inge-Vechtomov S.G., Repnevskaya M.V. Phenotypic expression of primary lesions of genetic material in Saccharomyces yeast. Genome. 1989, 31: 497-502

Novina C.D., Sharp P.A. The RNAi revolution. Nature. 2004. V. 430. P. 161-164.

Prusiner S.B. Prions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. P. 13363-13383.

Ronemus M., Martienssen R. Methylation mystery. Nature. 2005. V.433. P. 472-473.

Tchuraev R.N., Stupak I.V., Tropinina T.S., Stupak E.E. Epigen: design and construction of new hereditary units. FEBS Letters, 486 (2000) 200-202