Good Lectures‎ > ‎

Эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов

http://engrailed.narod.ru/index.htm

Лекции по курсу «Эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов»

 

Колесникова Татьяна Дмитриевна

 engrailed@ngs.ru, trotsenko@mcb.nsc.ru

 

Иванов Михаил Константинович

imk@ngs.ru

 

Презентации Т.Д.Колесниковой

Лекция 1. Общие представления об эпигенетике

Лекция 2. Структура нуклеосомы

Лекция 3(1) Посттрансляционные модификации гистонов и гистоновый код

Лекция 3(2) АТФ-зависимый ремоделинг хроматина. Уровни организации хроматина

Лекция 4(1) Роль хроматина в регуляции активности генов. Репрессия и сайленсинг

Лекция 4(2) Гетерохроматин

Лекция 5 Механизмы регуляции экспрессии генов в эухроматине

 

Приложение к лекции 1 (методы)  Микрочипы !!!

  

Лекции 2012

1.1 Эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов

1.2 Как записана информация о дифференциальной экспрессии генов? Состояние хроматина может определять уровень экспрессии генов и наследоваться в клеточных поколениях!

2.1 Структура нуклеосомы

2.2 Стабильность связывания между ДНК и нуклеосомой может изменяться при замене основных вариантов гистонов на специфические и в результате ковалентных модификаций гистоновых хвостов

3.1 Механизмы передачи эпигенетического состояния в процессе репликации

3.2 Уровни организации хроматина (общий обзор)

4  Как происходит инактивация протяженных участков хромосом?

5.1  Зачем же нужен конститутивный гетерохроматин?

5.2  Еще одна роль гетерохроматина – участие в пространственной организации ядра

6   Энхансеры и инсуляторы 

 

Статья Т.Д. Колесниковой для книги «Эпигенетика» «Механизмы эпигенетического наследования»

Статья

The ENCODE Project Consortium 2012 An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome doi:10.1038/nature11247

 

 

Презентации М.К.Иванова 2012

Лекция 1. РНК-интерференция – принцип, основные свойства и механизмы

Лекция 2. Эндогенные малые регуляторные РНК – гены, процессинг, механизмы действия

Лекция 3. РНК-интерференция – пересечения и расхождения путей, связь с модификациями хроматина

Лекция 4. Эпигенетические модификации ДНК и их роль в регуляции экспрессии генов

Лекция 5. РНК-интерференция и метилирование ДНК – способы анализа и перспективы практического применения

 

Программа курса

 

ВВЕДЕНИЕ

Общее представление об эпигенетике. Примеры эпигенетических явлений

Хроматин – высоко организованная система хранения генетической  и эпигенетической информации

История открытия эпигенетических механизмов

Открытие метилирования ДНК и методы его выявления

Новые открытия в области эпигенетики, связанные с разработкой методов тотального секвенирования ДНК, ДНК-чипов, тотального картирования белков, выяснения белок-белковых взаимодействий, новых методов микроскопических исследований

Представление о многоуровневой регуляции экспрессии генов эукариот

Модельные объекты эпигенетики

 

2. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМАТИНА

Структура нуклеосомы

Сборка нуклеосомыгистоновые шапероны

Структура коровых гистонов

Участки взаимодействия между нуклеосомой и ДНК

Обработка хроматина микрококковой нуклеазой – метод картирования нуклеосом

Факторы, влияющие на стабильность взаимодействия между ДНК и нуклеосомой. Роль первичной структуры ДНК

Структура и функциональная роль гистоновых вариантов

Пост-трансляционные модификации гистонов: ацетилированиеметилированиефосфорилированиеубиквитинированиеполи-АДФ-рибозилирование

Роль пост-трансляционных модификаций гистонов: изменение

электростатического взаимодействия между гистонами 
Роль пост-трансляционных модификаций гистонов: модификаций гистонов как молекулярные метки.

Модификации гистонов и теория “гистонового кода”

Наследование паттерна метилирования ДНК.

Механизмы наследования гистонового кода

Сборка новых нуклеосом в репликационной вилке. Гипотеза полуконсервативности

Взаимодействие между молекулярными метками

Поздняя репликация в S-фазе – способ наследования герохроматинового состояния.

Неэпигенетические метки на примере транскрипции

АТФ-зависимый ремоделинг (реорганизация) хроматина

Структура комплексов ремоделинга. Классификация АТФаз, входящих в состав комплексов ремоделинга

Уровни организации хроматина

Ядерный матрикс, MAR

Инсуляторы

 

3. РОЛЬ ХРОМАТИНА В РЕГУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ ГЕНОВ. РЕПРЕССИЯ И САЙЛЕНСИНГ

Временные локальные измененияхроматина в окрестностях промотора в регуляции транскрипции на примере генов, участвующих в репликации

Белки E2F и Rb, роль модификаторов гистонов и комплексов ремоделинга

Эпигенетическая репрессия-активация на примере регуляции генов раннего развития, обеспечиваемой белковыми комплексамиPolycomb и Tritorax

Сайленсинг – эпигенетическая репрессия протяженных фрагментов хромосом  (Формирование гетерохроматина).

Эффект положения гена – инструмент для выявления и изучения гетерохроматиновых районов. Экспериментальные модели для исследования МЭП (хромосомные эу-гетерохроматиновые перестройки дрозофилы, встройка репортерных генов в хромосомы дрожжей).

Механизмы инициации сборки гетерохроматина. Роль белков, роль некодирующих РНК.

Распространение по хромосоме (спрединг) гетерохроматинового состояния. Каскадное взаимодействие белков и модификаций гистонов при формировании гетерохроматина у SCerevisiae и у высших эукариот

Организация хроматина гетерохроматиновых районов на примере S. сerevisiae.

Классификация гетерохроматиновых районов

Факультативный гетерохроматин – протяженные районы, содержащие гены в состоянии сайленсинга.  Примеры районовфакультативного гетерохроматина.

Конститутивный гетерохроматин – генетически инертные, постоянно молчащие районы хромосом. Свойства конститутивногогетерохроматина. Распределение конститутивного гетерохроматина в хромосомах.

Роль прицентромерного гетерохроматина в поддержании функции центромеры.

Теломерный гетерохроматин и защита концов хромосом от слияния.

Роль упаковки повторенной ДНК в гетерохроматиновые белки – защита от рекомбинации.

Роль гетерохроматина в организации интерфазного ядра

Особенности ДНК конститутивного гетерохроматина. Повторенные последовательности, гены гетерохроматина

Современные поправки в исторически сложившиеся представления о гетерохроматине

 

4.  МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ В ЭУХРОМАТИНЕ

Варианты паттернов экспрессии генов в эухроматинеНеоднородность эухроматина по способности влиять на экспрессиюрепортерного гена

Факторы, определяющие свойства хроматинового домена

Механизмы усиления экспрессии, связанные с изменениями структуры хроматина. Замена гистона H3 на вариант H3.3. Механизм дозовой компенсации в Х-хромосоме Drosophila melanogaster. Белок Painting of the Fourth.

Петлевая организация ДНК, роль MAR, инсуляторов и энхансеров

Районы «открытого» и «закрытого» хроматина на примере локусов генов альфа-глобинов и бета-глобинов человека

Организация бета-глобинового кластера. Роль LCR в регуляции

Организация альфа-глобинового кластера. Сравнение регуляции экспрессии генов альфа-и  бета-глобинов

Сложные регуляторные элементы, включающие энхансерыинсуляторы и сайленсеры на примере регуляторной зоны BX-C комплекса дрозофилы

 

5. КОРОТКИЕ НЕКОДИРУЮЩИЕ РНК И РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ ЭУКАРИОТ

 

РНК-интерференция – принцип, основные свойства и механизмы.

Разнообразие эффектов малых регуляторных РНК на экспрессию генов и функций этих РНК

“Классическая” РНК-интерференция:  общая схема

Индукторы РНК-интерференции – длинные двуцепочечные РНК: структура, источники

РНК-интерференция: первая стадия (dicing)

РНК-интерференция: вторая стадия (slicing)

“Вторичная” РНК-интерференция

РНК-интерференция, противовирусная защита и стабильность генома

Белки Ago (argonaute): структура и роль на различных этапах РНК-интерференции

 

Эндогенные малые регуляторные РНК – гены, процессинг, механизмы действия.

Разнообразие типов малых регуляторных РНК у эукариот и их функций. Основные биологические активности малых регуляторных РНК

Гены микроРНК: строение, распределение в геноме, особенности транскрипции

Общие свойства микроРНК. Разнообразие их активностей и вариантов взаимодействия с мишенями

Ингибирование трансляции с участием микроРНК

Процессинг и экспрессия микроРНК

“Неклассические” малые регуляторные РНК: piРНК, rasiРНК и др.

Особенности биогенеза микроРНК и функционирования  РНК-зависимого сайленсинга у растений

 

РНК-интерференция – пересечения и расхождения путей, связь с модификациями хроматина.

Биологические функции РНК-зависимого сайленсинга

Гены, участвующие в РНК-интерференции у C.elegansСпособы выявления и функции.

Виды РНК-зависимых модификаций хроматина

РНК-зависимый сайленсинг: общее и различия у растений, насекомых, нематод и высших позвоночных

Транскрипционный сайленсинг с участием малых РНК у S.pombe. Компоненты комплексов RITS и RDRC, их роль

РНК-зависимое метилирование ДНК у растений

Участие scnРНК в диминуции хроматина у Tetrahymena

Особенности систем РНК-зависимого сайленсинга у растений, млекопитающих, насекомых, дрожжей и C.elegans

Регуляция экспрессии генов с участием некодирующих РНК-структур у бактерий

Возможные пути происхождения новых регуляторных РНК, задействованных в РНК-интерференции

 

6. ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ ДНК И ИХ РОЛЬ В РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ

РНК-интерференция, модификация гистонов и метилирование ДНК: связь между механизмами

Метилирование ДНК: известные функции

Метилирование ДНК и репликативный цикл. Активное и пассивное деметилирование ДНК

Метилирование ДНК: ферментативный аппарат, другие факторы

Метилирование ДНК: биологическая специфичность, распределение метилированной ДНК в геномах эукариот

CpG островки, их свойства и функции

Прямое и опосредованное воздействие метилирования на транскрипцию. MBD-белки

Метилирование ДНК и геномный импринтинг

Связь гипо- и гиперметилирования ДНК с канцерогенезом и возможная связь со старением. Изменение паттернов метилированияДНК в онтогенезе

 

7. РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ И МЕТИЛИРОВАНИЕ ДНК – СПОСОБЫ АНАЛИЗА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Способы выявления малых регуляторных РНК и их мишеней

Направления и перспективы практического использования РНК-интерференции

Связь нарушений экспрессии микроРНК с заболеваниями человека

Принципы дизайна малых интерферирующих РНК и способы их наработки

Способы доставки siРНК в клетки эукариот и индукции РНК-интерференции in vivo и in vitro

Проблемы и практические ограничения прикладной РНК-интерференции

Основные подходы, используемые для анализа метилирования ДНК

Методы качественного анализа метилирования ДНК

Методы количественного анализа метилирования ДНК

 

Учебники:

  1. С. В. Разин, А. А. Быстрицкий. Хроматин: упакованный геном.  «Бином. Лаборатория знаний». 2009. С.  172. Есть уже 3е издание. 2013. 173 с. Эту "маленькую, да удаленькую" книжку можно понять глубоко только вместе с этими лекциями {ПИБ 21:30К 6/7/13}
  2. Коряков Д.Е., Жимулев И.Ф. Хромосомы. Структура и функции. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009 г., 258 c. Хорошо изданная, но трудно читаемая книга.

 

Дополнительная литература:

1.      D. Allis,  T. Jenuwein,  D. Reinberg, M.-L. Caparros. EpigeneticsCold Spring Harbor Laboratory Press.  2007. • 502 pp. ISBN-10: 0879698756. Есть русский перевод: Эллис С.Д., Дженювейн Т., Рейнберг Д. Эпигенетика. Техносфера. 2010. 496 стр. {epi228}

2.    R. K. GaurJ. J. Rossi (Eds) Regulation of Gene Expression by Small RNAs  CRC Press; 2009. 440 pp.

3.      N. WalterS. A. WoodsonR.T. Batey (Eds) Non-Protein Coding RNAs (Springer Series in BiophysicsSpringer; 2008398 pp

4.    Эпигенетика под ред. Закиян С.М,, Власов В.В,, Дементьева Е.В. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. Это не учебник. Хотя грамотнее написанной книги по современной эпигенетике на русском языке нет. Правда, тираж был очень маленький. Предполагается переиздание (возможно, и в электронном виде в СФУ) для того, чтобы русскоязычные студенты могли изучать эпигенетику, а преподаватели могли писать грамотные пособия для студентов по эпигенетике. Сурен Минасович Закиян (email: zakian@bionet.nsc.ru) руководит процессом переиздания книги.

Hosted by uCoz






Comments