Дифференциальная экспрессия генов

В основе дифференциальной активности генов лежат обратимые (эпигеномные) изменения отдельных участков хроматина с сохранением непрерывной структуры (соответствуют эпигенетической изменчивости генома): конденсация, деконденсация хроматина, метилирование ДНК), а также необратимые изменения участков хроматина, которые могут быть связаны с частичной перестройкой структуры генома.

Онтогенетическая стабильность генома как базовая характеристика половых и соматических клеток большинства многоклеточных животных в ходе онтогенеза

Цитологические, генетические, эмбриологические и молекулярно-биологические

доказательства эквивалентности генома в клетках различных типов тканей и органов. Клонирование организмов как доказательство эквивалентности клеточных генотипов

в онтогенезе (пересадка ядер в энуклеированные ооциты земноводных, клонирование овец, телят, мышей и т.п.).

Явления онтогенетической нестабильности генома в соматических клетках ряда животных как результат геномных перестроек соматических клеток. Диминуция хроматина у паразитирующих нематод и некоторых насекомых в соматических клетках; реорганизация ДНК в ходе образования генов иммуноглобулинов в B-лимфоцитах и клеточных рецепторов в Т-лимфоцитах; транслокации хромосом в ходе онтогенеза как причины возникновения ряда опухолей.

Изменение структуры хромосом в ходе развития: пуффинг, образование ламповых щеток, политения, недорепликация сателлитных ДНК, амплификация рибосомных (ядрышковых) генов, Инактивация районов Х-хромосом у самок млекопитающих.

Импринтинг. Функциональные различия отцовских и материнских геномов, возникающие в гаментогенезе (метилирование, экспансия триплетных повторов у млекопитающих).

Многоуровневый характер регуляции экспрессии генов

(регуляция на уровне хроматина, транскрипции, процессинга, транспорта из ядра в цитоплазму, претрансляции, трансляции мРНК, при пострансляционном созревании белков, секреции и созревание белков после секреции)

Регуляция генов на уровне инициации транскрипции.

Цис-элементы промотров и транс-факторы регуляции транскрипции. Общие и специальные транскрипционные факторы. ДНК-белковые и белок-белковые взаимодействия. Роль белковых факторов, взаимодействующих с хроматином.

Доменная структура транскрипционных факторов, на примере ТФ важных для раннего эмбрионального развития животных: гомеодомен (helix-turn-helix), Paired-домен, basicHLH.

Регуляция экспрессии генов на пост-транскрипционном уровне

В ходе созревания насцентной РНК (терминация транскрипции, кэпирование, полиаденилирование, сплайсинг, транспорт из ядра в цитоплазму).

Детерминация пола у Drosophila (на уровне траснкрипции и сплайсинга): гены нумераторы и деноминаторы, sex letal (Sxl), transformer (tra), doublesex (Dsx).

Регуляция экспрессии генов в на пре-трансляционном и трансляционном уровнях.

Хранение запасенной м-РНК в цитоплазме (гены “материнского эффекта”). Транспорт экзогенных мРНК в яйцеклетки насекомых. Хранение мРНК в цитоплазме яйцеклеток Drosophila, Xenopus laevis и активация мРНК (вторичное полиаденилирование, взаимодействие РНК-связывающих белков с 3’-UTR и т.п.) в раннем развитии Сaenorhabditis. elegans, Drosophila melanogaster.

3-я лекция (2 час)

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛЕТОК

Эксперименты Townes, Holtfretter и Foty (Клеточный сортинг).

Адгезионные молекулы клеточной поверхности

Межклеточные контакты: Молекулы клеточной адгезии-CAM (Ca-зависимые, Ca-независимые); щелевые контакты (коннексоны и коннексины).

Избирательные взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом (интегрины, селектины, гликозилтрансферазы), базальные мембраны ( ламинин, коллаген IV, эластин, протеогликаны ) и рыхлый внеклеточный матрикс (фибронектин, хондронектин, тенасцин, коллагены I-III, V-VIII, протеогликаны).

Миграция клеток как результат избирательных взаимодействий

КОНЦЕПЦИЯ СИГНАЛИНГА, основанная на передачи информации клеткам за счёт избирательных взаимодействий между молекулами.

Рецептор-опосредованные взаимодейстия клеток с паракриными, ростовыми факторами и низкомолекулярными агентами.

Трансдукция сигналов

Передача сигнала: паракринные факторы, использование белок- белковых взаимодействий и ферментативных реакций постсинтетической модификации белков: фосфорилирования, специфического расщепления (деградации) и других модификаций.

Сигналинг при межклеточных взаимодействиях и при взаимодействии клеток с внеклеточным матриксом. Цепочки сигналинга от паракринных факторов: семейств FGF, Hedgehog , Wnt и TGF- Участие межклеточных контактов и контактов клеток с внеклеточным матриксом в передаче сигналов. Боковой сигналинг: Delta-Notch.

4-я лекция (2час)

ГАМЕТОЗЕНЕЗ И ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

ГАМЕТОГЕНЕЗ

Структура и функции половых клеток.

Происхождение гамет. миграция гоноцитов в гонаду.

Этапы оогенеза: размножение, рост, мейоз. Период роста: вителлогенез, источники желтка, синтез макромолекул, контролирующих последующее развитие зародыша -РНК, белки, амплификация генов. Этапы сперматогенеза (включая спермиогенез). Различия в мейозе мужских и женкских половых клеток (на примере млекопитающих)

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

Биологическое значение процессов оплодотворения. Стадии оплодотворения: привлечение и активация спермия, видоспецифическое связывание с ооцитом и слияние гамет, активация яйца).

Факторы активации сперматозоидов: ионный баланс, осмолярность, активирующие спермии пептиды (сперакт, резакт). Капацитация спермиев млекопитающих: функции галактозилтрансферазы. Роль zona pellucida яйца в «заякоривании» сперматозоида млекопитающих (белки зоны Zp3 и Zp2)

Слияние плазматических мембран гамет: фузогенные белки. Активация ооцита. Роль инозитолфосфатов и фосфолипазы С в активации ооцита, необходимой для слияния со спермием.

Акросомная реация спермиев морского ежа. Образование акросомной нити. Байндин и его рецепторы. Роль ионного баланса в акросомной реакции.

Акросомная реакция спермиев млекопитающих. Связывание рецепторов на мембране сперматозоида с ZP3 индуцирует акросомную реакцию, открывает кальциевые каналы и стимулирует образование «дыры» в оболочке с помощью протеолитических ферментов. Связывание в дальнейшем сперматозоида с ZP2 способствует его сближению с ооцитом.

Способы предотвращение полисперимии у разных организмов.

Деполяризация яйца и быстрый блок полиспермии. Механизмы высвобождения ионов кальция. Экзоцитоз кортикальных гранул. Факторы медленного блока полиспермии (кортикальная реакция). Реакция зоны. Роль N-ацетиглюкозоаминидазы (нейроаминидазы).

. Слияние мужского и женского пронуклеусов. Условия возобновления синтеза ДНК и стимуляции белкового синтеза, подготовка к процессу дробления.

5-я и 6-я лекции (4 час)