Организация и функционирование молекулярно-генетических систем II: регуляторные геномные последовательности



Куратор курса: к.б.н. Игнатьева Елена Васильевна

I. Организационно-методический раздел.
     1.1. Цели и задачи курса.
     1.2. Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины).
     1.3. Формы контроля
II. Содержание дисциплины.
     2.1 Тематический план курса
     2.2 Содержание отдельных разделов и тем.
     2.3 Примерные контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы.
III. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
     Вопросы для подготовки к зачету
     Список основной и дополнительной литературы
     Дополнительные материалы
     Лекции (2016)
     Задание для практических занятий

I. Организационно-методический раздел.


1.1. Цели и задачи курса:

Целью курса является ознакомления студентов с современными представлениями о механизмах регуляции экспрессии генов на ее основных этапах.

Конкретной важной задачей является освоение понятий, связанных с функционированием регуляторных геномных последовательностей, и овладение навыком работы с интернет ресурсами по этой теме.

[Назад]

1.2. Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины)

По окончании изучения указанной дисциплины студент должен:

  • иметь представление о типах регуляторных геномных последовательностей и их роли в регуляции экспрессии генов.
  • знать способы представления информации в Интернет-ресурсах, аккумулирующих данные по различным аспектам регуляции экспрессии генов.
  • уметь оценивать возможности Интернет-ресурсов по тематике курса, формулировать запросы и извлекать нужные данные.

[Назад]


1.3. Формы контроля

Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины ученым планом предусмотрен недифференцированный зачет.
Текущий контроль. В течение семестра выполняются задания, проводится тестирование в ходе занятий в комьютерных классах. Выполнение указанных видов работ является обязательным для всех студентов

[Назад]

II. Содержание дисциплины.

Актуальность курса. Крупнейшие фармакологические, биотехнологические и агробиологические компании мира осуществляют огромные инвестиции в развитие информационных технологий — мировой наукой в ближайшие годы будет потрачено до 10 миллиардов долларов. Стремительное развитие этой области знаний создает огромный рынок труда, и, несмотря на значительное свертывание объемов научных исследований и научно-прикладных разработок, в нашей стране имеется острая потребность в специалистах по информационной биологии, которые в будущем должны подготавливаться в вузах России в таких же масштабах, как специалисты в области физики, химии и других массовых наук.

Данный курс не имеет аналогов в России, подобные курсы только начинают свое развитие в Москве (МГУ).

[Назад]


2.1 Тематический план курса ( распределение часов).

  1. Механизмы регуляции транскрипции (к.б.н. Игнатьева Е.В.) – 3 лекции
  2. Базы данных по регуляции транскрипции (к.б.н. Игнатьева Е.В.) – 2 лекции
  3. Конформационные и физико-химические контекстно зависимые свойства ДНК и их использование для построения методов анализа и распознавания функциональных районов ДНК. Метод конформационных параметров: система B-DNA Video (к.б.н. Ощепков Д.Ю.) — 1 лекция
  4. Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции (к.б.н. Игнатьева Е.В.) — 1 лекция
  5. Распознавание промоторов (к.б.н. Левицкий В.Г.) — 1 лекция
  6. Распознавание и анализ сайтов связывания транскрипционных факторов (к.б.н. Вишневский О.В.) — 1 лекция
  7. База данных по регуляции транскрипции TRRD (к.б.н. Игнатьева Е.В.) – 1 практическое занятие
  8. Компьютерные ресурсы, позволяющие анализировать регуляторные последовательности мРНК (к.б.н. Игнатьева Е.В.) – 1 практическое занятие

[Назад]


2.2 Содержание отдельных разделов и тем.

Лекция: «Механизмы регуляции транскрипции»

В ходе лекции вводятся основные понятиями а также отношения между ними,: ген, экспрессия генов, основные этапы экспрессии, транскрипция, нуклетид, мономер для построения ДНК и РНК , 5’ и 3‘ направления цепей, РНК полимераза, матричная и кодирующая цепь, регуляторные районы генов, промотор, этапы транскрипции, базальные транскрипционные факторы, транскрипционные факторы, коактиваторы и медиаторы., уровни укладки хроматина, нуклеосомы, локус контролирующие районы, инсуляторы, районы прикрепления к ядерному матриксу, В лекции рассматривается типичное строение промотора (на примере организма E.coli), роль сигма фактора (E.coli), факторы, определяющие специфическую экспрессию генов у эукариот, модели сборки базального транскрипционного комплекса. Зависимость экспрессии от нуклеосомной укладки, влияние ацетилирования и деацетилирования гистоновых белков на этот процесс, метилирование ДНК как способ снижения экспрессии.

Семинар: База данных по регуляции транскрипции TRRD.

Знакомство с базой данных Transcription Regulatory Regions Database (TRRD), которая разработана в ИЦиГ Со РАН. Принципы работы поисковой системы SRS на примере базы данных TRRD. Браузеры базы TRRD. Опция «BLAST search TRRD» Самостоятельная работа по составлению простых и сложных запросов к базе TRRD через систему SRS.

[Назад]


2.3 Примерные контрольные вопросы и заданий для самостоятельной работы.

1. Составить простые и сложные запросов к базе TRRD через систему SRS.

2. Самостоятельное знакомство с базами данных по регуляции транскрипции (EPD, PLACE, TRANSFAC), а также SRS сервером в Европейском институте биоинформатики (EBI).

[Назад]

III. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.


Вопросы для подготовки к зачету

  1. Транскрипция — ключевой этап экспрессии гена, функции РНК-полимеразы, основные этапы транскрипции.
  2. Транскрипция у прокариот, характеристика основных регуляторных белков и регуляторных последовательностей.
  3. Особенности транскрипции у эукариот. РНК-полимеразы и гены, транскрибируемые каждой полимеразой.
  4. Субъединичный состав РНК-полимераз эукариот. Доменная организация РНК-полимеразы II и роль доменов в реализации функции РНК-полимеразы.
  5. Основные этапы транскрипционного цикла, осуществляемого РНК-полимеразой II. Роль С-концевого домена РНК-полимеразы II в транскрипционном цикле.
  6. Основные классы белков, регулирующих транскрипцию эукариот и их краткая характеристика.
  7. Базальные транскрипционные факторы. Базальный транскрипционный комплекс, модели его формирования.
  8. Регуляторные элементы и регуляторные единицы (районы), контролирующие транскрипцию генов эукариот.
  9. Транскрипционные факторы, два варианта их классификации, пути активации.
  10. Остановка (пауза) РНК-полимеразы на стадии элонгации — дополнительный этап регуляции транскрипции.
  11. Влияние нуклеосомной укладки ДНК на интенсивность транскрипции. Механизм регуляции плотности нуклеосомной укладки в зависимости от высокого/низкого уровня ацетилирования гистонов.
  12. На примере механизма активации гена интерферона бета человека перечислить классы регуляторных белков, участвующих в подготовке корового промотора к взаимодействию с прединициаторным комплексом (ПИК).
  13. Модификации хроматина, влияющие на интенсивность транскрипции генов эукариот. В чем их сущность?
  14. Код модификаций хроматина – что это такое? Сложность кода модификаций хроматина.
  15. Локус-контролирующие районы, MAR и инсуляторы, их влияние на транскрипцию. Роль транскрипционных факторов CTCF и когезинового белкового комплекса.
  16. Что такое энхансерная РНК? Регуляторные функции энхансерной РНК.
  17. Модели взаимодействия между регуляторными участками генов в геноме человека. Какие регуляторные элементы на ДНК и какие регуляторные белки определяют трехмерную структуру хроматина?
  18. Хромосомный оперон. Как эта структура влияет на интенсивность транскрипции?
  19. Базы данных по регуляции транскрипции. «Критерии полезности баз данных». Какие сущности могут быть охарактеризованы в базах по этой тематике? Пример одной из баз (кроме TRRD).
  20. Базы данных по регуляции транскрипции. Охарактеризовать одну из известных Вам баз, содержащую информацию по регуляторным элементам (кроме TRRD).
  21. Базы данных по регуляции транскрипции. Охарактеризовать одну из известных Вам баз по белкам, регулирующим транскрипцию.
  22. Базы данных по регуляции транскрипции. Что содержится в базах данных по матрицам сайтов связывания транскрипционных факторов. Для чего нужны такие базы?
  23. Характеристика базы TRRD, с которой Вы познакомились на практическом занятии. Типы данных, аккумулированных в TRRD, возможности поиска данных.
  24. Чем определяется различие конформационных параметров между динуклеотидами?
  25. Каким образом принято описывать взаимное расположение пар нуклеотидов относительно друг друга? Связь между системой координат и основными конформационными параметрами.
  26. Классификация ДНК-связывающих доменов транскрипционных факторов. Опишите суперклассы ДСД
  27. Правила Калладина.
  28. Оценка качества работы программ предсказания сайтов связывания
  29. Gibbs sampler
  30. Метод реализаций
  31. Метод консенсуса и матричные методы описания и распознавания сайтов связываниятранскрипционых факторов
  32. Метод к-плетов
  33. Метод локального множественного выравнивания регуляторных последовательностей на примере программы CONSENSUS. Не путать с методом консенсуса для описания уже выровненной выборки сайтов связывания!
  34. Перечислить особенности трансляции у прокариот. Сколько факторов инициации трансляции Вам известно у прокариот?? — у эукариот??
  35. Перечислить особенности трансляции у эукариот. Сколько факторов инициации трансляции Вам известно у прокариот?? — у эукариот??
  36. Два механизма инициации трансляции у эукариот.
  37. Контекстные характеристики лидерной последовательности мРНК (=5’-НТП=5’-НТО=5’-UTR), влияющие на эффективность трансляции у эукариот. Что позволяет предсказывать программа AUG_hairpin (http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/programs/aug_hairpin/ ) ?
  38. Что такое IRES (internal ribosome entry site)? Особенности функционирования IRES.
    Каков биологический смысл существования альтернативного способа инициации трансляции с участием IRES?
  39. Сигналы посттранскрипционного контроля экспрессии. Что это такое ? Перечислить известные Вам виды сигналов. Описать функционирование одного из сигналов.
  40. Описать функционирование регуляторных сигналов посттранскирпционного контроля на примере IREs (iron-responsive elements).
  41. Рибопреключатель. Описать функционирование на примере тиаминпирофосфатного переключателя. Какие функциональные домены входят в состав переключателя?
  42. Представьте краткие характеристики упоминавшихся в лекции баз данных и компьютерных программ, позволяющих проводить исследование механизмов регуляции трансляции:
    (1) AUG_hairpin (http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/programs/aug_hairpin/ );
    (2) TRANSIG (http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/dbases/trsig/index.html );
    (3) UTRdb (http://utrdb.ba.itb.cnr.it/ ); IRESite (http://www.iresite.org ).

[Назад]


Список основной и дополнительной литературы

  1. Б.Альбертс, Д.Брэй. Дж.Льюис, М.Рэфф, К.Робертс, Дж.Уотсон. «Молекулярная биология клетки» изд.-во «Мир», 1994г. т.1, раздел 3.2 «Нуклеиновые кислоты», т.2, раздел 10.1 «Стратегия генетического контроля», раздел 10.2 «Контроль инициации транскрипции»
  2. М.Сингер, П.Берг «Гены и геномы» Изд-во «Мир», 1998г. Т.1, раздел 3.1 «Основные положения процесса экспрессии генов», раздел 3.2 «Транскрипция: передача информации о нуклеотидной последовательности ДНК на уровень РНК»
  3. Б.Лююин «Гены» Москва, Мир, 1987г. Глава 10 «РНК-полимеразы – транскрипционный аппарат клетки», глава 11 «Промоторы – сайты инициации транскрипции», глава 12 «Системные переключения инициирования транскрипции»
  4. Н.А. Колчанов, О.А. Подколодная, Е.А. Ананько, Е.В. Игнатьева, Н.Л. Подколодный, В.М. Меркулов, И.Л. Степаненко, М.А. Поздняков, О.Е. Белова, Д.А. Григорович, А.Н. Наумочкин. Регуляция транскрипции генов эукариот: описание в базе данных TRRD. // Молекулярная Биология 2001, 35 (6), 934-942.
  5. Вингендер Э. «Классификация транскрипционных факторов эукариот» // Молекулярная биология, 1997, т.31 (4), 584-601

[Назад]


Дополнительные материалы

  1. Intelligent system for vertebrate promoter recognition 2002 (скачать)

  2. The biology of eukaryotic promoter prediction — a review_1999 (скачать)

  3. Регуляторные коды транскрипции геномов эукариот (2013) (скачать)

  4. Регуляторные элементы эукариотического генома, контролирующие транскрипцию (2015) (скачать)

  5. Компартментализация клеточного ядра и пространственная организация генома (2015) (скачать)

  6. Регуляторная геномика – экспериментально-компьютерные подходы (2015) (скачать)

[Назад]

Лекции (2016)

Лекция №1. Механизмы регуляции транскрипции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №2. Механизмы регуляции транскрипции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №3. Механизмы регуляции транскрипции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №4. Часть 1. Механизмы регуляции транскрипции Часть 2. Базы данных по регуляции транскрипции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №5. Базы данных по регуляции транскрипции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №6. Конформационные и физико-химические контекстно зависимые свойства ДНК и их использование для построения методов анализа и распознавания функциональных районов ДНК. Метод конформационных параметров: система B-DNA Video и SITECON. (лектор к.б.н. Ощепков Д.Ю.) (скачать)

Лекция №7. Распознавание и анализ сайтов связывания транскрипционных факторов (лектор к.б.н. Вишневский О.В.) (Скачать Презентацию)

Лекция №8. Часть 1.Базы данных по регуляции транскрипции (окончание) Часть 2. Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

Лекция №9. Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции (лектор к.б.н. Игнатьева Е.В.) (скачать)

[Назад]

Задание для практических занятий

Практическое занятие №1: Базы данных по регуляции транскрипции (скачать)
Практическое занятие №2: Компьютерные ресурсы, позволяющие анализировать регуляторные последовательности мРНК (5’-НТП и 3’-НТП). (скачать)

[Назад]

Архив лекций и заданий для практических занятий