МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет"
Факультет естественных наук
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФЕН НГУ, профессор
_____________ Резников В.А.
«29» августа 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Биология развития:
Генетика развития и
Генетика клеточного цикла
Направление подготовки
Биология
06.03.01
Профиль подготовки
«Генетика», «Биология клетки»
Квалификация (степень) выпускника
Академический бакалавр
Форма обучения
Очная
Новосибирск 2014
Аннотация рабочей программы
Дисциплина «Биология развития» (Б1.В.ОД.14.2) является частью ООП по
направлению подготовки «Биология», вариативная часть, обязательная дисциплина
профиля «Генетика», «Биология клетки». Дисциплина реализуется на Факультете
естественных наук Федерального государственного автономного образовательного
учреждения высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский
государственный университет" (НГУ) кафедрой цитологии и генетики в 7 семестре 4
курса.
Содержание дисциплины охватывает большой круг вопросов, связанных с циклом
воспроизводства клетки и о базовых событиях, определяющих нормальное развитие
животных.
Рассматриваются феномен клеточного цикла, главные его регуляторы и участники,
связанные со всеми этапами цикла: ростом, репликацией, делением клетки, точками
контроля этих событий. Описывается разнообразие вариантов клеточных циклов и
особенности их регуляции. Даются представления об онкогенах и супрессорах опухолей,
онкогенезе и апоптозе. Содержание дисциплины формирует у студентов современное
представления о базовых событиях, определяющих нормальное развитие, генетической
регуляции развития, об актуальных проблемах биологии развития, включая
феноменальные достижения в области биотехнологии животных.
Дисциплина нацелена на формирование общепрофессиональных компетенции ОПК5, ОПК-7, ОПК-9, ОПК-11 выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации
учебного процесса: 44 ч. лекций и самостоятельная работа студента — 22 ч., 6 ч.
интерактивных занятий в форме индивидуальных консультаций.
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 по разделу «Генетика развития».
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц, 72 академических
часа.
 Цели освоения дисциплины
Дисциплина «Биология развития» предназначена для студентов биологов 4
курса.
Основной целью освоения дисциплины является расширение знаний о событиях
воспроизводства клетки, основных его регуляторах и участниках, о месте клеточного
цикла в жизни клетки, генетических и других методах, применяемых для исследований в
этой области. Формирование у студентов современного представления по проблемам
биологии и генетики развития, включая феноменальные достижения в области
биотехнологии.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:
 Изложить современные данные о регуляторах и участниках клеточного цикла, об
особенностях
клеточных
циклов
одноклеточных
и
многоклеточных,
эмбрионального, эндомитотического, мейотического цикла.
 Ознакомить с объектами, традиционно используемыми для изучения клеточного
цикла (клеточные культуры, ооциты, дрожжевые клетки).
 Подробнее ознакомить с методами, применяемыми в исследованиях клеточного
цикла: биохимическими, классическими генетическими и молекулярногенетическими.
 Изложить современные представления об организации эукариотического генома
и существовании «генов развития» ;
 Изложить общие сведения о нормальном развитии дрозофилы и мыши как
модельных объектах с разным типом организации яйца - мозаичном и
регуляционным;
 Ознакомить с генами развития дрозофилы;
 Ознакомить с эмбриональной и клеточной дифференцировкой в развитии мыши;
 Дать понятие об эмбриональных стволовых и тканевых стволовы клетках; об
индукции
плюрипотенции
в
соматических
клетках
и
механизмы
перепрограммирования генома дифференцированных клеток;
 Познакомить с технологиями манипуляции с генами и эмбрионами: трансгенез,
направленные мутации на генном («генные мишени», «нокаут» генов) и
хромосомном уровнях, с «клонированием» животных;
 Дать понятие об хромосомном и гаметическом импринтинге; феномене
инактивации Х-хромосомы у млекопитающих.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Генетика развития » входит в базовую частью профессионального
цикла ООП по направлению подготовки «Биология», профили «Генетика», «Биология
клетки».
Дисциплина «Генетика развития» опирается на следующие дисциплины данной
ООП:
 Цитология (знание механизмов митоза и мейоза, структуры и функции хромосом,
структурной организации клеточных процессов );
 Молекулярная биология (молекулярные механизмы реализации генетической
информации и генной регуляции);
 Генетика (механизмы реализации генетической информации, гены развития,
механизмы инактивации Х-хромосомы)
 Эмбриология (эмбриональное развитие насекомых и млекопитающих)
Результаты освоения дисциплины «Биология развития» используются в следующих в
профилирующих дисциплинах данной ООП профилей «Генетика», «Биология клетки».
3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Биология развитиия».
Общепрофессиональные крмпетенции:

способность применять знание принципов клеточной организации
биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов
и молекулярных механизмов жизнедеятельности (ОПК-5)

владение базовыми представлениями об основных закономерностях и
современных достижениях генетики и селекции, о геномике, протеомике (ОПК-7)

способность использовать базовые представления о закономерностях
воспроизведения и индивидуального развития биологических объектов, методы
получения и работы с эмбриональными объектами (ОПК-9)

способность
применять
современные
представления
об
основах
биотехнологических и биомедицинских производств, генной инженерии (часть ОПК-11)

способность использовать знание основ и принципов биоэтики в
профессиональной деятельности (часть ОПК-12).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 четко представлять события в клетке, связанные с ее прохождением по клеточному
циклу;
 знать центральное звено регуляции клеточного цикла;
 иметь представление о внутриклеточной и надклеточной регуляции клеточного
цикла, контроле на уровне организма;
 иметь представление о методах селекции мутаций, связанных с клеточным циклом;
 знать, что такое точки контроля клеточного цикла, клеточный осциллятор,
лицензионный фактор, какие пути передачи сигнала регулируют клеточный цикл,
чем отличаются онкогены от тумор-супрессоров, этапы генетического контроля
апоптоза.
 уметь составлять генетические схемы для поиска мутаций по клеточному циклу у
дрозофилы.
 знать основные этапы развития мыши и дрозофилы;
 знать гены развития и их роль в контроле онтогенеза;
 иметь представление о роли эпигенетической регуляции в развитии ;
 иметь полное представление о неменделевской генетике;
 иметь представление о современной биотехнологии животных;
 иметь представление о современных клеточных технологиях и перспективах их
применения в медицине.
4. Структура и содержание дисциплины
Лекционный курс состоит из двух разделов, читаемых разными лекторами:
«Генетика клеточного цикла» (12 ч.) и «Генетика развития» (32 ч.), самостоятельная
работа студента — 22 ч., 6 ч. интерактивных занятий в форме индивидуальных
консультаций.
Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий
контроль успеваемости в форме вопросов и заданий на дом, промежуточный контроль зачет без оценки по итогам раздела «Генетика клеточного цикла» и рубежный контроль в
форме экзамена по разделу «Генетика развития».
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц, 72 академических
часа.
№ п/п
1.1
1.2
1..3
.1.4
1.5
1.6.
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость
(в часах)
С
е
м
е
с
т
р
Н
ед
ел
я
се
ме
ст
ра
7
5
2
1
7
6
2
1
7
Динамика клеточных структур в цикле,
основные участники. Митоз. Переход в G1.
Особенности делений дробления. Переход к
S-периоду у одноклеточных и многоклеточных.
Инициация
репликации.
Особенности клеточных циклов при
амплификации,
эндорепликации
и
эндомитозе.
Точки контроля клеточного цикла. Мутации 7
по генам точек контроля. Мейоз.
Особенности цикла, структур и точек
контроля.
Надклеточная регуляция цикла. Сигнальные 7
пути, стимулирующие пролиферацию, рост
и выживание. Онкогены и
туморсупрессоры. Апоптоз.
Методы селекции мутаций, связанных с
7
клеточным циклом. Подходы к изучению
летальных мутаций. Методы визуализации
белков. Методы изучения белок-белковых
взаимодействий
7
2
1
8
2
1
9
2
1
10
2
1
12
6
1
0.5
Раздел дисциплины
Понятие о клеточном цикле. Клеточные
циклы клеток в культуре. Гетерокарионы.
Деления созревания и дробления
Жизненные и клеточные циклы дрожжей.
Условные мутации, связанные с клеточным
циклом. Открытие циклина и циклин
зависимой киназы. Универсальность
регуляторов цикла.
2.1. Общие понятия о генетике развития
2.2 Развитие дрозофилы
8
2.3 Гены развития
2.4 Гомеобоксные гены
8
2.5 Ранее развитие мыши
2.6 Экспрессия генов в развитии мыши
8
2.7 Трансгенез животных и использование его
для понимания генной регуляции
2.8 Эмбриональные стволовые клетки
8
8
8
8
8
Технология «нокаута» генов
8
Импринтинг млекопитающих
8
Инактивация Х-хромосом
8
Клонирование животных
8
Репрограммирование генома
дифференцированных клеток
8
Ле
кц
ия
1
1-2 2
2 1
Л
аб
ор
.
ра
бо
та
С
а
м
ос
т.
ра
бо
та
Ко
нт
р.
ра
бо
та
Формы текущего
контроля успеваемости
(по неделям семестра)
Форма промежуточной
аттестации
За
(по семестрам)
че
т
Зачет
1
0.5
1
задание
1
задание
1
задание
1
задание
3 2
4 2
1
5-6 3
6-7 2
1.5
7-8 3
9 2
1.5
10 2
11 2
1
12 2
13 2
1
1
задание
1
1
задание
1
1
1
1
Современные теории развития
Итого по курсу
8
15- 4
16
32
2
16
36
Экзамен
Раздел 1. Генетика клеточного цикла
Актуальность исследований клеточного цикла в современной биологии. Понятие
клеточного цикла. Морфологические маркеры цикла, биохимические. Периоды цикла и их
длительность. Способы измерения длительности цикла и отдельных периодов.
Клеточные культуры как объект изучения клеточного цикла. Методы синхронизации
клеток в культуре: селекционная, индукционная, естественная. Гетерокарионы.
Эксперименты по слиянию клеток млекопитающих в разных периодах цикла. Явления
доминировния митоза, ареста клеточного цикла, точек контроля и обратной связи.
Разнообразие клеточных циклов и вариантов деления.
Деления созревания ооцитов и дробление у амфибий. Прогестероновая стимуляция
созревания. Эксперименты с микроинъекцией цитоплазмы ооцитов. Изменение
активности MPF в течение клеточного цикла. Биохимическая модель клеточного
осциллятора. Идентификация циклина.
Продуктивность использования генетического подхода. Необходимость нового
объекта. Дрожжи Saccaromyces cerevisia, Schizosaccharomices pombe, жизненные и
клеточные циклы. Сdc мутации, их взаимодействие. Роль циклина B, протеинкиназы Cdc2,
фосфатазы Cdc25 и протеинкиназы Wee1.
Доказательства универсальности MPF. Разнообразие циклинов и циклин зависимых
киназ, их роль. Исследования свойств MPF в бесклеточном экстракте.
Деление клетки. Функции MPF в митозе и цитокинезе и связанные с ними
структурные изменения клетки. Переход метафаза-анафаза. Структура и функции APC,
убиквитинизация или специфическое фосфорилирование, разрушение белков в
протеасоме. Роль сепаразы. Морфология митоза: конденсация и движение хромосом.
Динамика цитоскелета микротрубочек в клеточном цикле. Микротрубочковые моторы.
Хромосомные белки: центромерные, когезины, конденсины, шугошин. Комплекс белковпассажиров, Аврора-киназа, Polo-киназа. Различия митоза у дрожжей и многоклеточных.
Длительность G1 и переход к S-периоду у одноклеточных (дрожжей) и
многоклеточных. Особенности циклов ранних делений (деления дробления). Белок Rb.
Варианты ретинобластомы у человека. Супрессоры опухолей.
Репликация хромосом и ее организация. Сборка и активация ORC. Предотвращение
повторной репликации у дрожжей. Ткани, имеющие измененную плоидность, их значение
для организма. Особенности клеточных циклов, приводящие к изменению плоидности.
Эндоциклы: полиплоидия, политения. Амплификация. Эндомитоз.
Точки контроля клеточного цикла. Параметры состояния клетки, которые
контролируются в разные фазы цикла. Условные мутации, нарушающие точки контроля
перехода G2-M и M-A у дрожжей.
Компоненты точек контроля: сенсоры, связь с регуляторами цикла, исправление
повреждений, обратная связь. Роль белка p53 в точках контроля. Контроль повреждения
ДНК, атаксия-телангиэктазия у человека, ATM, ATR. Контроль прикрепления хромосом к
веретену. Роль белков-пассажиров.
Особенности мейотических циклов. Синаптонемный комплекс, мейотические
варианты хромосомных белков. Структура бивалента и особенности кинетохора.
Особенности точек контроля в мейозе. Точка контроля синапсиса хромосом.
Надклеточная регуляция цикла. Сигнальные пути, стимулирующие пролиферацию,
рост и выживание. Сигнальный путь Ras, МАР-киназы, путь PI 3-киназы. Сигнальные
пути TGF-β и ингибирования апоптоза. Сигнальный путь при нетипичном воздействии
прогестерона на ооцит.
Роль клеточного матрикса в регуляции деления клеток. Феномен латерального
ингибирования. Киназа фокальной адгезии и Src- киназа. Протоонкогены и онкогены,
тумор- супрессоры. Апоптоз.
Методы селекции мутаций, связанных с клеточным циклом. Подходы к изучению
летальных мутаций: поздние летали, клоны соматических клеток, способы получения.
Методы визуализации белков: иммуноокрашивание, флуоресцентные протеины (FP).
Микроскопия, позволяющая визуализировать клеточные структуры in vivo. Методы
изучения белок-белковых взаимодействий: FRET, дрожжевая дигибридная система.
Раздел 2. Генетика развития
Тема 1. Организация эукариотического генома.
Введение в предмет. Общие понятия: 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 генетики развития: время и место действия гена. Методы:
анализ мутантов, мозаики, материнские эффекты, анализ экспрессии генов на уровне
транскрипции и трансляции; манипуляции с генами и эмбрионами, генетическая
модификация генома как инструмент анализа функций генов эукариотического генома.
Основные типы ДНК и компоненты генома: повторы и гены, теломеры и
центромеры, мобильные генетические элементы. 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: перестройки генов,
диминуция хроматина, элиминация хромосом.
Дифференциальная активность генов – современная парадигма развития. Роль
эпигенетической модификации генома в развитии и дифференцировке.
Тема 2. Развитие дрозофилы.
Овогенез и становление позиционной информации в яйце. Оплодотворение.
Характеристика стадий развития: ранний и поздний эмбриогенез, личиночные
стадии развития, куколочная стадия развития, имаго. Тотипотентность яйца и
детерминация клеточной бластодермы. Феномен митотической регионализации
бластодермы. Гинандроморфы и мозаики как инструмент изучения детерминации.
Имагинальные диски и феномен компартментализации.
Трансдетерминация.
Тема 3. Гены развития.
Классификация генов развития: гены материнского эффекта, гены сегментации и
гомеозисные гены.
Роль материнских генов в становлении передне-задней и дорзально-вентральной
осей эмбриона и позиционной информации. Значение экспрессии генов сегментации
группы “gap” в прочтении позиционной информации, созданной материнскими генами.
Молекулярная сегментация синтициальной бластодермы под контролем генов
сегментации группы pair-rule. Парасегменты и становление их границ под контролем
генов wingless, engrailed, fushi-tarazu и др.
Тема 4. Гомеозисные гены комплексов
ANT-C и BX-C, их структура и
организация.
Иерархическая регуляция и взаимодействие генов комплексов ANT-C и BX-C;
анализ компаундов и трансгенных мух. Эволюционный консерватизм гомеозисных генов
и кластерной их организации. Роль гомеозисных генов в становлении осевых координат в
развитии млекопитающих.
Тема 5. Ранее развитие мыши и экспрессия генов в развитии мыши.
Ранее развитие мыши как пример регуляционного типа развития.
Организация яйца и оплодотворение. Деления-дробления, первые признаки
эмбриональной дифференцировки – компактизация и кавитация. Формирование
бластоцисты и первичных экто – и энтодермы и трофэктодермы. Обособление клеток
внутренней массы и выделение зачатка первичных половых клеток. Имплантация,
гаструляция и образование мезодермы.
Тотипотентность в раннем развитии, формирование химер. Асинхронность
дифференцировки и обратимость утраты плюрипотенции. Асинхронность утраты
потенций в развитии млекопитающих, стволовые клетки тканей взрослого животного как
источник регенерации.
Геномное деметилирование ДНК в мужском и женском пронуклеусах, активное и
пассивное деметилирование, метилирование de novo.
Активность генома в первых делениях дробления до стадии бластоцисты.
«Пучковая» (координированная) активация генов. Микрочиповая технология
оценки активности эмбрионального генома на разных стадиях развития. Трансмембранные сигнальные системы регуляции в развитии млекопитающих.
Эволюционный консерватизм этих систем на примере млекопитающих и
дрозофилы.
Дифференциальная активность генов.
Тема 6. Трансгенез животных. Эмбриональные стволовые клетки.
Технологии манипулирования с генами, хромосомами и эмбрионами.
Методы получения трансгенных животных с помощью микроинъекций
рекомбинантных ДНК в пронуклеус зигот. Механизмы интеграции чужеродной ДНК,
идентификация трансгенных животных, трансген как облигатный компонент генома
трансгенных животных, особенности наследования трансгенов при интеграции их на
одно-, двух- и четырех клеточной стадиях развития, мозаичность трансгенных животных.
Копийность трансгенов и «эффект положения», эктомическая и мозаичная
экспрессии трансгенов. Инсерционный мутагенез (интеграция трансгена) и его
последствия. Техника поиска функциональных сайтов в промоторах с использованием
генов репортеров.
Особенности трансгенеза у дрозофилы с использованием Р-элементов.
Микроинъкции рекомбинантных ДНК в полярную зону ранних эмбрионов дрозофилы.
Организация Р-элементов и использование их концевых повторов в конструировании
векторов. Идентификация трансгенных мух.
Технология трансгенеза в исследованиях проблем развития.
Технология получения эмбриональных стволовых (ЭС) клеток из клеток
внутренней массы бластоцист млекопитающих, их культивирование и оценка их
плюрипотентности и тотипотентности. Комбинирование ЭС клеток с эмбрионами и
получение химерных животных и потомства с генотипом ЭС клеток. ЭС клетки как
вектор для создания трансгенных животных.
Тема 7. Технология «генной мишени» и «нокаута генов».
Технология «генной мишени» и «нокаута генов». Гомологичная рекомбинация
между экзогенной ДНК (рекомбинантной) и гомологичным сайтом в хромосоме, способы
выявления направленной инсерции трансгена в ген-мишень при трансформации ЭС
клеток с помощью электропорации. Введение трансформированных ЭС клеток в полость
бластоцисты для генерирования химерных мышей с дальнейшим получением от них
потомства с «нокаутными» генами, оценка функции гена в развитии через получение
направленных мутаций («нокаута») в гене-мишене.
Создание линий мышей с желаемыми хромосомными перестройками (делециями,
транслокациями,
дупликациями)
с
использованием
технологи
Cre-LoxP-site.
Направленное ввведение сайтов для рекомбиназы фагов в геном ЭС клеток посредством
гомологичной рекомбинации и дальнейшей их транзиторной трансформации плазмидой с
прокариотической рекомбиназой.
Тема 8. Импринтинг млекопитающих.
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 Ххромосом, 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-β.
 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:
1.
Типы развития – мозаичный и регуляционный.
2.
Тотипотентность яйца и плюрипотентность эмбрионального генома в раннем
развитии. Детерминация как элемент эмбриональной дифференцировки.
3.
Морфогенез и его составляющие - гистогенез и органогенез, метаморфоз и рост.
4.
Феногенетика. Задачи и методы.
5.
Основные типы ДНК и компоненты генома.
6.
Функциональная классификация генов и роль разных категорий генов в
фенотипическом разнообразии дифференцированных клеток.
7.
Сколько генов и какая доля генома контролирует развитие.
8.
Структурные изменения ДНК в ходе развития и клеточной дифференцировки.
Дифференциальная активность генов – современная парадигма развития.
9.
Технологии манипулирования с генами, хромосомами и эмбрионами.
10. Методы получения трансгенных животных.
11. Механизмы интеграции чужеродной ДНК.
12. Идентификация трансгенных животных. Наследования трансгенов, копийность
трансгенов и экспрессии трансгенов.
13. Инсерционный мутагенез и его последствия.
14. Техника поиска функциональных сайтов в промоторах с использованием генов
репортеров.
15. Трансгенез у дрозофилы с использованием Р-элементов. Идентификация
трансгенных мух.
16. Технологии получения эмбриональных стволовых (ЭС) клеток. Комбинирование ЭС
клеток с эмбрионами и получение химерных животных.
17. ЭС клетки как вектор для создания трансгенных животных.
18. Технология «генной мишени» и «нокаута генов».
19. Гомологичная рекомбинация между экзогенной ДНК (рекомбинантной) и
гомологичным сайтом в хромосоме.
20. Введение трансформированных ЭС клеток в полость бластоцисты. Оценка функции
гена в развитии через получение направленных мутаций («нокаута») в гене-мишене.
21. Создание линий мышей с желаемыми хромосомными перестройками.
22. Гаметический, хромосомный и генный импринтинг у млекопитающих.
23. Развитие гиногенетических и андрогенетических эмбрионов.
24. Гаметический импринтинг у разных видов млекопитающих и человека.
25. Хромосомный импринтинг.
26. Фенотипическое проявление мутаций в зависимости от материнского и отцовского
наследования.
27. Молекулярные механизмы импринтинга, понятие о центрах импринтинга, роль
метилирования ДНК в этом явлении.
28. Наследственные заболевания человека, связанные с мутациями нарушающими
импринтинг.
29. Инактивация Х-хромосомы млекопитающих как пример дифференциальной активности
генома на хромосомном уровне.
30. Организация Х-хромосомы млекопитающих.
31. Компенсация дозы гена и инактивация одной из Х-хромосом как механизм реализации
компенсации.
32. Организация район гомологичного спаривания с Y-хромосомой (псевдоаутосомный).
33. Время инактивации материнской и отцовской Х-хромосом в доимплантационных
эмбрионах.
34. Генетические данные о центре инактивации.
35. Молекулярные механизмы инактивации Х-хромосом.
36. Метилирование ДНК как ведущий фактор в поддержании неактивного состояния Ххромосомы.
37. Клонирование животных.
38. Развитие реконструированных ооцитов, выход клонированных животных и причины
их гибели.
39. Зависимость репрограммирования от уровня диффренцировки соматических клеток.
Клонированные животные и ЭС клетки как источники получения специализированных
клеток, необходимых для нужд медицины.
40. Управляемая in vitro диффренцировка и репрограммирование ЭС клеток и
клонирование животных.
41. Ростовые
и
транскрипционные
факторы
регулирующие
направление
дифференцировки эмбриональных клеток.
42. Использование потенциала ЭС клеток для репрограммирования генома
дифференцированных клеток.
43. Техника получения гибридных клеток между ЭС клетками и диффренцированными
клетками взрослого животного.
44. Мозаичное репрограммирование, восстановление теломеразной активности,
реактивация и сайленсинг генов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:

Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск, Сибирское
университетское издательство, 2003.

Омельянчук Л.В., Федорова С.А. Основные 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.

Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. «Мир», Москва, 1998

Гилберт С. Биология развития.т.1-3, «Мир», Москва, 1993-1998

Корочкин Л.И. Введение в генетику развития. «Наука», Москва, 1999

Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Из-во Московского
университета, Москва, 2002

Рэфф Р., Кофман Т. Эмбрионы, 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 Rouxìs 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 Rouxìs 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., Leprêtre 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.,
Débarre D., Bourgine P., Santos A., Peyriéras 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:
Гусаченко А.М.. Слайды курса лекций «Генетика клеточного цикла» на сайте ФЕН
НГУ – url: http://fen.nsu.ru/fen.phtml?topic=meth
Серов О.Л. Гены развития дрозофилы. Интернетный курс на сайте НГУ, 2002-2003
http://www.nsu.ru/education/biology/devgen/
Серов, О.Л.; Баттулин Н.Р. Генетика 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:
Гусаченко Анна Михайловна,
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. ______________________ А.Д. Брошков