|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Молекулярная биология митохондрийучебный курс
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- Год создания: 2014
- Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Описание: Лекция 1. Строение, разнообразие и основные функции митохондрий. Краткая история изучения митохондрий. Первые наблюдения. Экспериментальное доказательство Энгельгардтом образования АТФ за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ в процессе клеточного дыхания. Биохимия дыхания: цикл Кребса, окислительное фосфорилирование, ферменты дыхательной цепи. Другие функции митохондрий – участие в передача апоптотических сигналов, участие в кальциевой регуляции, сборка железо-серных кластеров. Митохондриальная теория старения. Теория симбиогенеза. Происхождение митохондрий от α-протеобактерий, их сходство с современными риккетсиями. Разнообразие митохондрий. Митохондриальные геномы и протеомы. Лекция 2. Митохондриальный протеом и митохондриальный геном. Эволюция митохондриального протеома: основные тенденции. Частичная потеря предковых белков на ранних этапах эволюции эукариотической клетки при возникновении эндосимбиоза. Перенос большей части предковых генов в ядерный геном, возможные причины этого процесса. Неортологичные замены предковых белков в ходе эволюции. Примеры таких замен: митохондриальные ДНК - и РНК- полимеразы, хеликаза TWINKLE. Добавление новых белков в митохондриальный протеом в ходе эволюции в связи с возникновением новых функций у митохондрий по сравнению с бактериальным предком. Увеличение числа субъединиц в больших мультиферментных митохондриальных комплексах в ходе эволюции. Структура митохондриальной ДНК : организация нуклеоида, ключевая роль TFAM в компактизации митохондриальной ДНК. Формы митохондриальной ДНК: суперскрученная, релаксированная, димеры, катеннаны. Митохондриальный генетический код, его отличия от универсального. Основные элементы митохондриального генома человека: гены и регуляторные участки – ориджины и промоторы. Лекция 3. Репликация в митохондриях. История изучения репликации в митохондриях. Основные модели репликации митохондриальной ДНК, их экспериментальное доказательство и ограничения. Strand displacement model - однонаправленный ассиметричный синтез – исторически первая модель, не объясняющая всех наблюдаемых фактов. Более современные модели: Strand-coupled model -двунаправленный синтез с образованием θ-cтруктур. Модель RITOLS (RNA Incorporated Through Out Lagging Strand) – синтез с образованием промежуточных продуктов, содержащих протяженные участки РНК. Различные варианты замещения РНК на ДНК. Сравнение моделей митохондриальной репликации с классическими эукариотическими, прокариотическими и вирусными моделями . Инициация репликации. Основные митохондриальные ориджины. Терминация транскрипции при синтезе РНК-праймеров. Лекция 4. Репликация в митохондриях: основные ферменты. Структура ДНК-полимеразы гамма: каталитическая и дополнительные субединицы – основные домены и их функции. Гомология ДНК-полимеразы гамма с полимеразой фага Т7. Особенности работы ДНК-полимеразы гамма - возможные причины вставки рибонуклеотидов в митохондриальную ДНК. Участие ДНК-полимеразы гамма в BER (base excision repair). Вспомогательные ферменты репликации. Структура и функции хеликазы TWINKLE, её гомология с С-концевым участком хеликазы-праймазы фага T7. Участие TWINKLE в репликации и регуляции числа копий митохондриальной ДНК. Другие митохондриальные хеликазы. Роль белка mtSSB. Возможная стимуляция активности TWINKLE и ДНК-полимеразы ɣ in vitro белком mtSSB. Митохондриальные топоизомеразы. Тор1mt -негативный регулятор транскрипции митохондиальных генов. РНКаза Н1 удаляет РНК праймеры на ориджинах ORI H и ORI L и при синтезе фрагментов Оказаки. Лекция 5. Метилирование и репарация митохондриальной ДНК.Функциональное значение метилирования ядерной ДНК. Эпигенетика. Бисульфитное секвенирование – основной метод для определения метилированных остатков цитозина. Митохондриальная форма метилтрансферазы DNMT1. Преимущественное метилирование области D-loop в промоторных и регуляторных (CSB) участках. Преимущественное метилирование цитозина не в СpG последовательностях. Возможная роль метилирования в регуляции транскрипции и репликации. Высокая частота мутаций в митохондриальной ДНК по сравнению с ядерной. Возможные причины повышенной частоты мутаций в митохондриальном геноме. Изменение частот различных транзиций и трансверсий в митохондриальной ДНК с возрастом. Анализ распределения различных мутаций (транзиций и трансверсий) по митохондриальному геному: повышенное содержание мутаций в области D-loop по сравнению с остальным митохондриальным геномом. Относительное количество каждого типа мутаций одинаково по всему митохондриальному геному и не меняется с возрастом. Ассиметрия в мутировании цепей митохондриальной ДНК: транзиции G/A и Т/С чаще происходят в L-цепи, чем в Н-цепи по всему митохондриальному геному, кроме области D-loop. Возможные объяснения ассиметрии. Лекция 6. Репарация ДНК вмитохондриях. Сравнительный анализ видов репарации в ядре и митохондриях. Основные механизмы репарации: BER, MMR, NER, NHEJ и HR. Основные виды повреждения азотистых оснований: окисление, алкилирование и дезаминирование. Наиболее распространенные продукты окислительного стресса: 8охоG и 8охоА. Основные митохондриальные гликозилазы: особенности структуры и функционирования. Механизм Base excision repair (BER) в митохондриях: основные стадии и ферменты. Различия в SP (short patch) BER и LP (long patch) BER. Сравнение ферментов BER в ядре и митохондриях. Другие виды репарации в митохондриях. MMR – mismatch repair. Репарация двуцепочечных повреждений митохондриальной ДНК: вероятное участие Rad 51 в митохондриальной репликации. Топография и регуляция репарации в митохондриях. Лекция 7. Транскрипция в митохондриях: РНК полимераза и транскрипционные факторы TFB1M и TFB2M. Три основных митохондриальных транскрипта. Структура РНК-полимеразы POLRMT: гомология с РНК-полимеразой фага Т7. Доменная организация POLRMT. N-концевой домен NTD. Уникальный N-концевой домен NTE, содержащий PPR-повторы и «митохондриальный адрес». Белки содержащие РРR-мотивы в митохондриях и пластидах. Их функции, возможная роль PPR-повторов – связь с одноцепочечными нуклеиновыми кислотами. Каталитический домен СТD: структура типа «ладонь». Транскрипционные факторы TFB1M и TFB2M: сходства и различия, рРНК-метилтрансферазная активность, возможная роль в транскрипции. Лекция 8. Регуляция транскрипции с помощью TFAM, механизм терминации транскрипции. Транскрипционный фактор TFAM –основной регулятор состояния митохондриальной ДНК в нуклеоиде. TFAM регулирует число копий митохондриальной ДНК и участвует в регуляции транскрипции. Структура TFAM: 2 HMG box и уникальный С-конецевой участок. Механизм связывания с TFAM c малым желобком ДНК с образованием изгиба. Неспецифическое и специфическое (в областях промоторов) связывание TFAM с ДНК. Необходимость изгиба митохондриальной ДНК в областях промоторов LSP и HSP1 для начала транскрипции. Кооперативность связывания TFAM. Мультимеризация TFAM. Различные модели регулирование числа копий митохондриальной ДНК TFAMом. Регуляция активности TFAM путем фосфорилирования и протеолиза. Терминация транскрипции. Предполагаемые сайты терминации митохондриальных транскриптов. MTERF1 связывается с ДНК, изгибая её и «выворачивая» три нуклеотида. Уникальный механизм терминации MTERF1: «выворачивание» происходит только при связывании MTERF1 в сайте терминации – за счет стабилизации вывернутых нуклеотидов. Специфичность связывания MTERF1 с сайтом терминации определяется водородными связями пяти остатков Arg MTERF1 с консервативными нуклеотидами в сайте терминации. Другие белки семейства MTERF, их возможные функции. Лекция 9. Процессинг митохондриальных РНК. Процессинг митохондриальных РНК: разрезание полицистронных прекурсоров, полиаденилирование мРНК, модификации нуклеотидов. tRNA punctuation model. Процессинг митохондриальных тРНК. Разрезание 5’-конца тРНК РНКазой Р. Компоненты РНКазы Р: MRPP1– m1G9метилтрансфераза, участвующая в модификации тРНК, MRPP2 и MRPP3 . Разрезание 3’-конца тРНК РНКазой Z- эндонуклеазой ELAC2. Процессинг мРНК: вырезание и полиаденилирование. 4 сайта в митохондриальном геноме, не содержащих тРНК, разрезание в которых идет вразрез с tRNA punctuation model. Полиаденилирование митохондриальных мРНК создает стоп-кодоны для трансляции. Основные ферменты полиаденилирования в митохондриях: hmtРАР и PNPase. Основные ферменты, участвующие в деградации митохондриальных мРНК: PNPase и РНК-хеликаза SUV 3. Постранскрипционная регуляция стабильности мРНК в митохондриях. Уровень митохондриальных мРНК в клетке зависит от времени её жизни. Стабилизация митохондриальных мРНК комплексом белков LRPPRC и SLIRP. Процессинг митохондриальных рРНК. Диметилирование 12S rRNA TFB1M и TFB2M. Участие PTCD3 и ERAL1 в сборке малой субъединицы миторибосом. Связывание MTERF4 с 16SрРНК. PPR-белки, их разнообразие, особенности и функции в митохондриях. Лекция 10. Трансляция в митохондриях. Особенности структуры митохондриальных рибосом в сравнении с прокариотическими: различия в размере, массе, составе и количестве белков и рРНК, соотношении РНК:белок. Вопрос о присутствии 5S рРНК в рибосомах митохондрий Млекопитающих. Структурные различия в рРНК малой и большой субъединиц митохондриальных и бактериальных рибосом. Уникальная воротообразная структура в составе большой субъединицы миторибосом для входа мРНК. Особенности механизмов митохондриальной трансляции в сравнении с прокариотической. Основные отличия в инициации трансляции у митохондрий и бактерий. Основные отличия в элонгации трансляции у митохондрий и бактерий. Основные отличия в терминации трансляции у митохондрий и бактерий. Лекция 11. Импорт биомакромолекул в митохондрии. Общая схема импорта белков в митохондрии. Посттрансляционный и котрансляционный импорт. Определенные сигнальные последовательности белков для импорта в разные митохондриальные субкомпартменты. Рецепторы внешней мембраны: Tom20/Tom22 и Tom70. Малые TOM-белки: Tom5, Tom6, Tom7. Альтернативные пути встраивания белков во внешнюю митохондриальную мембрану. Импорт белков в межмембранное пространство: MIA-путь. Транслоказа внутренней мембраны TIM23. Общая схема работы TIM23-комплекса. Транслоказа внутренней мембраны TIM22. Схема встраивания интегральных белков во внутреннюю мембрану. Импорт РНК в митохондрии. Нуклеотидные детерминанты/антидетермининты импорта тРНК в митохондрии. Импорт тРНК в митохондрии простейших. Импорт тРНК в митохондрии растений. Импорт тРНК в митохондрии дрожжей. Импорт 5S рРНК в митохондрии млекопитающих. Импорт РНК в митохондрии – потенциальный способ супрессии мутаций в генах тРНК митохондрий или протяженных делеций митохондиального генома. Импорт производных дрожжевых тРНК в митохондрии клеток человека с мутациями в генах изоакцепторных тРНК. Импорт «мини-версий» дрожжевых тРНК в митохондрии клеток человека с протяженной геномной делецией. Опосредованный ферментом PNPase импорт гибридных РНК в митохондрии клеток человека. Механизмы транслокации белковых предшественников через внешнюю и внутреннюю митохондриальную мембрану: работа комплекса TIM/TOM. Импорт РНК в митохондрии дрожжей. Импорт 5S рРНК в митохондрии клеток млекопитающих. Импорт тРНК в митохондрии хламидомонады - уникальная система балансировки частот использования кодонов в цитозольной и митохондриальной трансляции. Разработка методов генной терапии митохондриальных болезней с помощью импорта в митохондрии конструкций на основе дрожжевых тРНК. Лекция 12. Генетика митохондрий и митохондриальные болезни. Типы повреждений митохондриальной ДНК: точечные замены, делеции, инсерции и нарушения кольцевой структуры. Причины повреждения митохондриальной ДНК: нарушения процессов репликации, репарации, а также действие мутагенов. Виды точечных мутаций в митохондриальной ДНК, их распределение по геному. Виды делеций митохондриальной ДНК, причины их возникновения. Гетероплазмия митохондриальной ДНК, ее роль в дисфункции митохондрий, клеток и органов. Митохондриальные заболевания (МЗ): причины, частота встречаемости. Генетика МЗ, обусловленных мутациями в митохондриальной (материнское наследование) и ядерной ДНК (аутосомно-доминантное и аутосомно-рецессивное наследование) на примерах наследственной оптической нейропатии Лебера, доминантной оптической атрофии и атаксии Фридрейха. Методы детекции точечных мутаций в митохондриальной ДНК. Понятие «узкого места» для митохондриальной ДНК в онтогенезе млекопитающих, его эволюционное значение. Классификация МЗ. Причины разнообразных клинических проявлений одних и тех же мутаций в митохондриальных генах. Тканеспецифичность МЗ. Симптоматика МЗ. Примеры МЗ. Синдром Кирнса-Сейра, его генетика. Хроническая прогрессирующая наружная офтальмоплегия, ее генетика. Митохондриальная энцефалопатия с лактоацидозом и инсультоподобными эпизодами (MELAS), ее генетика и диагностика. Миоклоническая эпилепсия. Наследственная оптическая невропатия Лебера, значение ее генетической диагностики для пенетрантности заболевания. Диагностика МЗ: клинические, лабораторные и генетические исследования. Пути лечения МЗ. Перспективные направления лечения МЗ. Соматические мутации в митохондриальной ДНК и старение организма. Клональная экспансия делетированных митохондриальных ДНК, ее роль в старении и развитии сопутствующих заболеваний. Пути изучения функциональных следствий мутаций в митохондриальной ДНК в процессах старения. Мыши с мутантной митохондриальной полимеразой, типы мутаций у таких мышей.
- Добавил в систему: Зиновкина Людмила Андреевна
Преподавание курса
- 13 февраля 2023 - 29 мая 2023 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 7 февраля 2022 - 30 мая 2022 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 11 февраля 2020 - 26 мая 2020 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 12 февраля 2019 - 28 мая 2019 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 13 февраля 2018 - 29 мая 2018 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 14 февраля 2017 - 30 мая 2017 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- факультативная, лекции, 24 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 9 февраля 2016 - 31 мая 2016 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- факультативная, лекции, 24 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 1 сентября 2015 - 28 декабря 2018 Каменский Петр Андреевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- обязательная, базовой части, лекции, 4 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 10 февраля 2015 - 26 мая 2015 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- факультативная, лекции, 24 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- с 15 октября 2014 Плотников Егор Юрьевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского
- обязательная, по выбору (межфакультетский курс), лекции
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.
- 11 февраля 2014 - 27 мая 2014 Зиновкина Людмила Андреевна
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики
- факультативная, лекции, 24 часов
- Авторы: Зиновкина Л.А., Каменский П.А., Зиновкин Р.А., Фенюк Б.А.