Рабочая программа дисциплины Биология развития: Генетика развития и Генетика клеточного цикла (стр. 3 )

Гаметический, хромосомный и генный импринтинг у млекопитающих.

Развитие гиногенетических и андрогенетических эмбрионов, роль материнского и отцовского геномов в контроле развития различных частей эмбриона: 

Гаметический импринтинг у разных видов млекопитающих и человека.

Хромосомный импринтинг  в экспериментах с нули - и дисомными генопами по аутосомам.  Фенотипическое проявление  мутаций в зависимости от материнского и отцовского наследования. Молекулярные механизмы импринтинга, понятие о центрах импринтинга, роль метилирования ДНК в этом явлении. Наследственные заболевания человека, связанные с мутациями нарушающими импринтинг.

Тема 9. Инактивация Х-хромосом.

Инактивация Х-хромосомы млекопитающих как пример дифференциальной активности генома на хромосомном уровне.

Организация Х-хромосомы млекопитающих, ее эволюционный консерватизм у планцентарных  и особенности организации у сумчатых и однопроходных. 

Компенсация дозы гена и инактивация одной из Х-хромосом как механизм реализации компенсации. Организация район гомологичного спаривания с У-хромосомой (псевдоаутосомный). Время инактивации материнской и отцовской Х-хромосом в доимплантационных эмбрионах, асинхронность инактивации в трофэктодерме и внутренней клеточной массе. Случайная инактвация родительских Х-хромосом и предпочтительная инактивация  отцовской         Х-хромомосомы. Стабильность инактивации в развитии и взаимоотношения между двумя клеточными популяциями с активными разными родительскими Х-хромосомами. Генетические данные о центре инактивации,  роль его аллелей в отклонении от случайной инактивации. Молекулярные механизмы  инактивации Х-хромосом, роль Xist и Tsx локусов в контроле инактивации.  Метилирование ДНК как ведущий фактор в поддержании  неактивного состояния Х-хромосомы.

Тема 10. Клонирование животных.

Клонирование животных с помощью трансплантации ядер диффренцированных клеток в энуклеированные ооциты. Развитие реконструированных ооцитов, выход клонированных животных и причины их гибели из-за несовершенства репограммирования. Клонированные животные не есть совершенные копии, вследствии неполного репрограммирования. Зависимость репрограммирования от уровня  диффренцировки соматических клеток – доноров ядер.

Клонированные животные и ЭС клетки как источники получения необходимых для нужд медицины специализированных клеток: нейроглии, миокардимиоцитов и др. Перспективы управляемой дифференцировки in vitro.

Тема 11. Репрограммирование генома дифференцированных клеток.

Управляемая in vitro диффренцировка и репрограммирование ЭС клеток и клонирование животных.

Ростовые и транскрипционные факторы регулирующие направление дифференцировки эмбриональных клеток. Использование потенциала ЭС клеток для репрограммирования генома дифференцированных клеток, техника получения гибридных клеток между ЭС клетками и диффренцированными клетками взрослого животного. Мозаичное репрограммирование, восстановление теломеразной активности, реактивация и сайленсинг генов.

Тема 12. Современные теории развития.

Образовательные технологии

       Курс состоит из двух разделов — «Генетика клеточного цикла» и «Генетика развития», читаемых двумя лекторами. Используется традиционная система лекций и самостоятельная работа студента. Есть практические занятия, которые проходят в рамках Большого генетического практикума.

       Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль успеваемости в форме опроса перед каждой лекцией, промежуточный контроль - зачет без оценки по итогам раздела «Генетика клеточного цикла» и рубежный контроль в форме экзамена п разделу «Генетика развития».

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Вопросы к зачету по разделу Генетика клеточного цикла:

Эксперименты, доказывающие существование MPF Жизненные циклы S. cerevisiae и S. pombe. Мутации клеточного цикла у дрожжей Биохимическая модель клеточного осциллятора. Основные участники Роль MPF в митозе. Трансформации ядерной оболочки. Когезия сестринских хроматид. Конденсация хромосом Динамика тубулинового цитоскелета в клеточном цикле и митозе Особенности клеточных циклов добления. Длительность G1, переход в S период у дрожжей. Точка старт Переход в S период у многоклеточных. Точка рестрикции Репликация в S периоде и предотвращение повторной репликации Клеточный цикл при политении. Амплификация, особенности клеточного цикла. Ткани с измененной плоидностью у растений и животных, их значение для организма. Точки контроля как феномен. Известные точки контроля и их компоненты. Получение условных мутаций для изучения различных элементов клеточного цикла. Особенности мейотического клеточного цикла. Роль прикрепления клетки к внеклеточному матриксу. Внеклеточные регуляторы клеточного цикла. Пути стимуляции пролиферации Стимуляция фактором роста Особенности роста клеток в культуре. Предел Хейфлика, бессмертные культуры. Апоптоз, роль в жизни организма, индукция апоптоза в клетке Пути стимуляции  выживания и апоптоза. Сигнальный путь TGF-в. Туморсупрессоры и онкогены Методы установления межбелковых взаимодействий Методы получения мутаций клеточного цикла у дрозофилы Методы получения соматических клонов у дрозофилы.

Примеры вопросов для текущего контроля:

Типы развития – мозаичный и регуляционный. Тотипотентность яйца и плюрипотентность эмбрионального генома в раннем развитии. Детерминация как элемент эмбриональной дифференцировки. Морфогенез и его составляющие - гистогенез и органогенез, метаморфоз  и рост. Феногенетика. Задачи и методы. Основные типы ДНК и компоненты генома. Функциональная классификация генов и роль разных категорий генов в фенотипическом разнообразии дифференцированных клеток. Сколько генов и какая доля генома контролирует развитие. Структурные изменения ДНК в ходе развития и клеточной дифференцировки.  Дифференциальная активность генов – современная парадигма развития. Технологии манипулирования с генами, хромосомами и эмбрионами. Методы получения трансгенных животных.  Механизмы интеграции чужеродной ДНК.  Идентификация трансгенных животных. Наследования трансгенов, копийность трансгенов и экспрессии трансгенов. Инсерционный мутагенез и его последствия. Техника поиска функциональных сайтов в промоторах с использованием генов репортеров. Трансгенез у дрозофилы с использованием Р-элементов. Идентификация трансгенных  мух. Технологии получения эмбриональных стволовых (ЭС) клеток.  Комбинирование ЭС клеток с эмбрионами и получение химерных  животных.  ЭС клетки как вектор для создания трансгенных животных. Технология «генной мишени» и «нокаута генов». Гомологичная рекомбинация между экзогенной ДНК (рекомбинантной) и гомологичным сайтом в хромосоме. Введение трансформированных ЭС клеток в полость бластоцисты. Оценка функции гена в развитии через получение направленных мутаций («нокаута») в гене-мишене.  Создание линий мышей с желаемыми хромосомными перестройками.  Гаметический, хромосомный и генный импринтинг у млекопитающих. Развитие гиногенетических и андрогенетических эмбрионов.  Гаметический импринтинг у разных видов млекопитающих и человека. Хромосомный импринтинг.  Фенотипическое проявление  мутаций в зависимости от материнского и отцовского наследования. Молекулярные механизмы импринтинга, понятие о центрах импринтинга, роль метилирования ДНК в этом явлении. Наследственные заболевания человека, связанные с мутациями нарушающими импринтинг. Инактивация Х-хромосомы млекопитающих как пример дифференциальной активности генома на хромосомном уровне. Организация Х-хромосомы млекопитающих. Компенсация дозы гена и инактивация одной из Х-хромосом как механизм реализации компенсации. Организация район гомологичного спаривания с Y-хромосомой (псевдоаутосомный). Время инактивации материнской и отцовской Х-хромосом в доимплантационных эмбрионах. Генетические данные о центре инактивации. Молекулярные механизмы  инактивации Х-хромосом. Метилирование ДНК как ведущий фактор в поддержании  неактивного состояния Х-хромосомы. Клонирование животных. Развитие реконструированных ооцитов, выход клонированных животных и причины их гибели. Зависимость репрограммирования от уровня  диффренцировки соматических клеток. Клонированные животные и ЭС клетки как источники получения специализированных клеток, необходимых для нужд медицины. Управляемая in vitro диффренцировка и репрограммирование ЭС клеток и клонирование животных. Ростовые и транскрипционные факторы регулирующие направление дифференцировки эмбриональных клеток. Использование потенциала ЭС клеток для репрограммирования генома дифференцированных клеток. Техника получения гибридных клеток между ЭС клетками и диффренцированными клетками взрослого животного. Мозаичное репрограммирование, восстановление теломеразной активности, реактивация и сайленсинг генов.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

Жимулев и молекулярная генетика. – Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2003. , Федорова события клеточного цикла: их регуляция и организация. Новосибирск: НГУ, 2010. Alberts B. et al. Molecular biology of the cell. N. Y.: Garland Science, 1994, 2003, 2010. овременная генетика. «Мир», Москва, 1998 иология развития. т.1-3, «Мир», Москва, 1993-1998 Корочкин в генетику развития. «Наука», Москва, 1999 Корочкин индивидуального развития. Из-во Московского университета, Москва, 2002 мбрионы, гены и эволюция. «Мир», Москва, 1986

б) дополнительная литература:

Abraham R. T. Cell cycle checkpoint signalling through the ATM and ATR kinases // Genes Dev. 2001, 15: 2177-2196. Ashburner M. Drosophila. A Laboratory Handbook. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989. 2. Basi G., Draetta G. The cdc2 kinase: structure, activation and its role at mitosis in vertebrate // in “Cell Cycle Control”. Eds by Hutchison C., Glover D. New York: Oxford Univ. Press, 1995. P.106-143. Chen Ch. T., Doxey S. A last minute rescue of trapped chromatin // Cell. 2009. V. 136. P. 397-399. Duboule D., Morata G. Colinearity and functional hierarchy among genes of the homeotic complexes. Trends in Genetics, v.10, pp 358-364 (1994). Elledge J. S. Mitotic arrest: Mad2 prevents sleepy from waking up the APC // Science. 1998. V. 279. P. 999-1000. Foe V. E. Mitotic domains reveal early commitment of cells in Drosophila embryos. Cell, v.107, pp 1-22 (1989). Fullilove L. S., Jacobson A. G., Turner F. R. Embryonic development: descriptive. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds. M. Ashburner and T. R.F. Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 103-228 (1978). Gehring W. J. Imaginal discs: determination. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds. M. Ashburner and T. R.F. Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 511-554. Hadorn E. Transdetermination. In: The Genetics and Biology of Drosophila. Eds. M. Ashburner and T. R.F. Wright. Academic Press, New York. Vol.2c, pp 555-617 (1978). Illmensee K. Developmental potencies of nuclei from cleavage, preblastoderm, and syncytial blastoderm transplanted into unfertilized eggs of Drosophila melanogaster. Wilhelm Rouxмs Archiv, v.170, pp 267-298 (1972). Illmensee K. The potentialities oftransplanted early gastrula nuclei of Drosophila melanogaster. Production of their imago descendants by germ-line transplantation. Wilhelm Rouxмs Archiv, v.171, pp 331-343 (1973). Ingham P. W. The molecular genetics of embryonic pattern formation in Drosophila. Nature, v.335, pp 25-34 (1988). Jones L., Richardson H., Saint R. Tissue-specific regulation of cyclin E transcription during Drosophila embryogenesis // Development. 2000. V.127. P.4619-4630. Joyce E. F., McKim K. S. Drosophila PCH2 is required for a pachytene checkpoint that monitors double-strand-break-independent events leading to meiotic crossover formation // Genetics.  2009. V.181. P. 39–51 Hartwell L. H., Weinert T. A Checkpoints: Control that ensure the order of cell cycle events // Science. 1989. V. 246(4930). P. 629-634. Karaiskou A., Leprкtre A. C., Pahlavan G., Pasquier D. D., Ozon R.,  Jessus C.  Polo-like kinase confers MPF autoamplification competence to growing Xenopus oocytes // Development. 2004. V.131 (7). P.1543-1552 Lee O. H., Davidson J. M., Duronio R. J. Endoreplication: polyploidy with purpose //Genes & Development. 2009, 23: 2461-2477. Lehman D. A., Patterson B., Johnson L. A., et al. Cis-regulatory elements of the mitotic regulator, string/ Cdc25 // Development. 1999. V.126. P.1793-1803 Murray A., Hunt T. The cell cycle an introduction // New York, Oxford. Oxford University Press. 1993. 251 P. - имеется в библиотеке ИЦиГ. Murray A. W. Creative blocks: cell-cycle checkpoints and feedback controls // Nature. 1992. V. 359. P. 599-604. Mahowald A. P., Hardy P. A. Genetics of Drosophila embryogenesis. Annual Review of Genetics, v.19, pp 149-177, (1985). Nusslein-Folhard C. Gradient that organizes embryo development. Scientific American, August, pp 38-43 (1996). Nurse P., Thuriaux P., Nasmyth K. Genetic control of the cell division cycle in fission yeast Schizosaccharomyces pombe.// Mol. Gen. Genet. 1976. V.146(2). P.167-178. Olivier N.,  Luengo-Oroz M. A., Duloquin L., Faure E., Savy T., Veilleux I., Solinas X., Dйbarre D., Bourgine P., Santos A., Peyriйras N., Beaurepaire E.  Cell Lineage Reconstruction of Early Zebrafish Embryos Using Label-Free Nonlinear Microscopy // Science. 2010. V. 329. P. 967-971. Rao P. N., Johnson R. T. Mammalian cell fusion: Studies on the regulation of DNA synthesis and mitosis // Nature. 1970. V. 225. P. 159-169. Spradling A. C. Developmental genetics of oogenesis. In: Development of Drosophila melanogaster. Ed. Bate Martinez Arias, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York. Pp 1-70 (1993). Vagnarelli P., Earnshaw W. C. Chromosomal passengers: the four-dimensional regulation of mitotic events // Chromosoma. 2004. V.113. P. 211–222. Zalokar M. Transplantation of nuclei in Drosophila melanogaster. Proceedings of National Academy of Sciences of USA, v.68, pp 1539-1541.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

       . Слайды курса лекций «Генетика клеточного цикла» на сайте ФЕН НГУ – url:        http://fen. nsu. ru/fen. phtml? topic=meth

Серов развития дрозофилы. Интернетный курс на сайте НГУ, 2002-2003 http://www. nsu. ru/education/biology/devgen/

       Серов, О. Л.; Баттулин развития. Электронный курс-мультимедийная презентация на сайте НГУ http://www. nsu. ru/xmlui/handle/nsu/690

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Ноутбук, медиа-проектор, экран. Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций и видеофильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 03.06.01 «Биология».

Авторы:                                                                         ,

канд. биол. наук, доцент КЦГ ФЕН НГУ

                                                                                        Серов  Олег Леонидович,

доктор биол. наук, профессор КЦГ ФЕН НГУ, зав. лаборатории  ИЦиГ СО РАН

Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН НГУ

от « 29_» августа 2014 года, протокол № _4___

Секретарь кафедры к. б.н. ______________________