Файл: Учреждение образования полесский государственный университет в. Т. Чещевик молекулярные основы.pdf

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 113
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1 Цели и задачи учебной дисциплины
Целью учебной дисциплины «Молекулярные основы онтогенеза» являетсярассмотрение молекулярно-клеточных механизмов, лежащих в основе индивидуального развития организма. Основное внимание уделяется процессу формирования из оплодотворенной яйцеклетки многоклеточного организма, состоящего из разнообразных типов специализированных клеток. В программе курса освещаются вопросы о фундаментальных составляющих процесса развития, к которым относятся пролиферация клеток, их дифференцировка и морфогенез - образование надклеточных структур, включая избирательные межклеточные взаимодействия и миграцию клеток, образование тканей и надтканевых систем. В программу включены также вопросы, касающиеся механизмов контроля поддержания стабильной целостности многоклеточного организма и его взаимоотношений с окружающей средой в постнатальном периоде онтогенеза, рассматриваемые с молекулярно-биологических позиций.
Основная задача дисциплины - дать современное представление о достижениях экспериментальной биологии развития на базе молекулярно- биологических исследований.
2 Место дисциплины в системе подготовки специалиста
Учебная программа по дисциплине
«Молекулярные основы онтогенеза» является нормативным документом, определяющим содержание обучения и устанавливающим требования к объему и уровню подготовки студентов.
Поскольку материал дисциплины включает сведения об особенностях развития, строения и функционирования органов, клеток и молекул, то он базируется на знаниях, полученных студентами при изучении таких дисциплин как «Биохимия», «Цитология и гистология», «Генетика», «Физиология человека и животных», «Молекулярная биология», «Биология развития».
3 Требования к уровню освоения учебной дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен закрепить и развить следующие академические (АК) и социально-личностные (СЛК) компетенции, предусмотренные в образовательных стандартах 1-31 01 01-2013 Биология (по направлениям):
а) академические компетенции:АК-1: Уметь применять базовые научно- теоретические знания для решения теоретических и практических задач; АК-2:
Владеть системным и сравнительным анализом;
АК-3:
Владеть

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 114 исследовательскими навыками; АК-4: Уметь работать самостоятельно; АК-6:
Владеть междисциплинарным подходом при решении проблем.
б) социально-личностные компетенции:
СЛК-З. Обладать способностью к межличностным коммуникациям;
СЛК-6. Уметь работать в команде.
в) профессиональные компетенции:
ПК-3. Осуществлять поиск и анализ данных по изучаемой проблеме в научной литературе, составлять аналитические обзоры; ПК-4. Готовить научные статьи, сообщения, рефераты доклады и материалы к презентациям;
ПК-7. Осуществлять поиск и анализ данных по изучаемой проблеме в научно- технических и других информационных источниках; ПК-21. Анализировать и оценивать собранные данные; ПК-23. Готовить доклады, материалы к презентациям; ПК-24. Пользоваться глобальными информационными ресурсами.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные понятия и закономерности молекулярной регуляции онтогенеза на примере модельных объектов исследования;
- основные методические подходы к изучению процессов формирования и развития многоклеточных организмов;
- новейшие достижения в области исследования молекулярных аспектов развития
уметь:
- корректно пользоваться терминами молекулярной биологии онтогенеза;
- применять знания о регуляции дифференциальной активности генов на различных этапах ее реализации для объяснения процессов пролиферации и дифференцировки клеток, межклеточной коммуникации при формировании тканей и органов и создании региональной специфичности строения многоклеточных организмов;
- анализировать современную научную литературу, касающуюся молекулярных закономерностей онтогенеза.
4 Объем дисциплины и виды учебной работы
Форма получения высшего образования – дневная (на базе среднего образования). Итоговая форма контроля знаний – экзамен.
Программа рассчитана на 134 часов, в том числе 52 часа аудиторных: 40 - лекционных, 12 - практических занятий.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 115
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Тема 1. ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи молекулярной биологии онтогенеза.
Терминологическая база данной научной дисциплины: образование морфогенетических полей и специфическая структурная и функциональная интеграция молекул, клеточных и тканевых процессов в пространстве и во времени; иерархические каскады взаимодействия регуляторных генов и механизм передачи межклеточных сигналов (эмбриональная индукция).
Методы, используемые в изучении молекулярных аспектов развития: классические методы экспериментальной эмбриологии, основанные на изменении нормальных связей между частями развивающегося зародыша по принципу утрата/приобретение функции, и современные методы, включающие перенос генов и их частей, «выключение» генов или изменение уровня их экспрессии, создание трансгенных животных, методы культивирования клеток и тканей и их маркировка. Характеристика основных модельных объектов для изучения молекулярных аспектов онтогенеза.
Тема 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ КАК ОСНОВА
ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА
Избирательная экспрессия генов во времени и пространстве - основа индивидуального развития организма. Факторы регуляции активности генома: внутренние (цитоплазматические детерминанты яйца), внешние (сигнальные молекулы). Концепция сигналинга, основанная на передаче информации клеткам за счет избирательного взаимодействия между молекулами.
Регуляция активности генов на уровне инициации транскрипции. Цис- элементы промоторов и трансрегуляторные факторы транскрипции. Общие и специальные транскрипционные факторы. ДНК-белковые и белок-белковые взаимодействия. Роль белковых факторов, взаимодействующих с хроматином.
Гиперчувствительные сайты
ДНК.
Доменная структура факторов транскрипции, важных для раннего развития животных: гомеодомен (helix - turn - helix), bacisHLH. Роль метилирования ДНК в регуляции экспрессии генов.
Регуляция активности генов на посттранскрипционном и претрансляционном уровне.Процесс созревания
РНК: кэпирование. полиаденилирование, сплайсинг. Регуляция транспорта из ядра в цитоплазму.
Хранение запасенной мРНК в цитоплазме (гены «материнского эффекта»).

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 116
Транспорт экзогенных мРНК в яйца насекомых. Хранение мРНК в цитоплазме яйцеклеток.
Тема 3. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛЕТОК
Межклеточный сигналинг с участием ростовых паракринных факторов.
Характеристика сигналов в зависимости от природы лигандов, способов передачи сигналов, структуры рецепторов; использование белок-белковых взаимодействий и модификаций белков (фософорилирование, специфическое расщепление и др.). Трансдукция сигналов при взаимодействии клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом.
Адгезионные молекулы клеточной поверхности (Са-зависимые и Са- независимые); щелевые контакты (коннексины и коннексоны). Избирательные взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом (интегрины. селектины. гликозилтрансферазы), базальные мембраны (ламинин, коллаген IV, эластин, протеогликаны) и рыхлый внеклеточный матрикс
(фибронектин, хондронектин, коллагены І-ІІІ, V-VIII, протеогликаны).
Миграция клеток как результат избирательных взаимодействий.
Тема 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ГАМЕТОГЕНЕЗА И
ОПЛОДОТВОРЕНИЯ
Миграция первичных половых клеток в гонады. Факторы детерминации бипотенциальных гонад.
Сперматогенез.Функции геновSry и Sox9в формированиисеменников.
Молекулярные механизмы регуляции дифференцировки сперматогоний.
Структурно-функциональная роль клеток Лейдига и Сертоли и выделяемых ими гормонов. Изменение хроматина в ходе сперматогенеза.
Оогенез.
Этапы формирования и размножения оогоний,
дифференцировки, роста и созревания ооцитов. Вителлогенез, синтез макромолекул, контролирующих последующее развитие зародыша.
Диплотенный и метафазный блоки мейоза и их регуляция в ходе созревания ооцитов (MPF- и CSF-факторы). Механизм действия и регуляция активности
MPF-фактора.
Оплодотворениеи его биологическое значение. Факторы активации сперматозоидов: ионный баланс, активирующие спермин пептиды (сперакт, резакт).
Капацитация спермиев млекопитающих: функции галактозилтрансферазы.
Рецепторы zona pellucida в связывании сперматозоидов. Акросомная реакция, роль белка bindin.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 117
Участие G-белков, инозитолтрифосфатов и фосфолипазы С в активации ооцита. Механизмы предотвращения полиспермии у различных организмов
(быстрый и медленный блок полиспермии).
Слияние мужского и женского пронуклеусов. Условия возобновления синтеза ДНК и стимуляция белкового синтеза в зародыше.
Детерминация пола.Молекулярные механизмы детерминации пола у дрозофилы, гены Sxl, tra, Dsx. Регуляция выбора между митозом и мейозом первичными половыми клетками в гонадах.
Молекулярные механизмы детерминации пола у млекопитающих. Роль пептидных, стероидных гормонов и гормон-рецепторных взаимодействий в формировании репродуктивной системы млекопитающих.
Тема 5. ООПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕГРЕГАЦИЯ КАК ФАКТОР,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ СУДЬБУ ЗАРОДЫША НА РАННИХ СТАДИЯХ
РАЗВИТИЯ
Роль ооплазматической полярности для формирования общего плана строения организма. Ооплазматическая сегрегация в ходе дробления как следствие ооплазматической полярности (распределение «материнский детерминант»).
Биологическая функция дробления
(становление многоклеточности, нормализация ядерно-цитоплазматических отношений), точка перехода на средней бластуле и гипотеза истощения репрессора.
Факторы, определяющие пространственную организацию делений дробления.
Роль белков цитоскелета в процессах поляризации ооцита и кортикальной реакции.
Особенности клеточного цикла в период дробления, роль MPF-фактора и циклинов.
Тема 6. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ КОНТРОЛЯ РАННЕГО
РАЗВИТИЯ ДРОЗОФИЛЫ
Формирование передне-задней оси у зародыша дрозофилы. Градиенты белков Bicoid и Nanos. Гены материнского эффекта и сегментации. Механизм целлюляризации зародыша. Сегменты и парасегменты. Гомейотические гены, гомеобоксы. Кластерная организация гомейотических генов. Консерватизм
Hох-генов в эволюции.
Формирование дорсо-вентральной оси у зародыша дрозофилы. Передача сигналов между фолликулярными клетками, ооцитом и зародышем (факторы

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 118 сигналинга Gurken, Тоrpedo, Spatzle, Тоll-рецептор). Ядерный градиент Dorsal в целлюляризованном зародыше. Гомология путей сигналинга у дрозофилы и млекопитающих.
Тема 7. СТАНОВЛЕНИЕ ОБЩЕГО ПЛАНА СТРОЕНИЯ В РАННЕМ
РАЗВИТИИ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ
Представление о гаструляции как о морфогенетических перемещениях клеток и клеточных пластов, в результате которых формируется общий план строения зародыша и происходит обособление зачатков.
Формирование осей и становление общего плана строения в раннем развитии позвоночных животных. Сущность явления и история открытия эмбриональной индукции. Роль белковых факторов Wnt и TGFβ в становлении дорсо-вентральной оси зародыша амфибий. Формирование центра Ньюкопа и последующая индукция «организатора Шпемана». Роль сигнальных каскадов
Wnt, ВМР4 и TGFβ в образовании организатора. Транскрипционные факторы и секретируемы белки, продуцируемые в области организатора. Формирование лево-правой асимметрии с помощью каскада белковых факторов.
Эволюционный консерватизм путей проведения сигналов на примере
Wnt/β-катенинового сигнального каскада и детерминации эпидермиса и нервной ткани.
Тема 8. НЕЙРОГЕНЕЗ
Спецификация нейроэктодермальных клеток у зародышей позвоночных
(паракринный фактор BMP). Роль производных организатора Шпемана в образовании нервной трубки. Дифференцировка нейроэпителиальных клеток на нейральные и глиальные клетки. Сигналинг с участием Delta / Notch.
Формирование передне-заднего и дорсо-вентрального характера спецификации нервной трубки (Hох-гены, паракринные факторы Shh, Wnt,
BMP). Роль транскрипционных факторов basicHLH-, НТН-, факторов Рах- семейства.
Нервный гребень и его производные.Образование нервного гребня и его производных. Дифференцировка клеток нервного гребня в симпатические нейроны и хромаффинные клетки мозгового слоя надпочечников. Участие молекул клеточной адгезии и отталкивания (Ephrin, Ephr-рецептор) в миграции клеток нервного гребня. Роль паракринных факторов в выборе пути дифференцировки клеток нервного гребня.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 119
Участие паракринных (нейротрофины), хемотропных (нейтрины) и репеллентных (семафорины, эфрины) факторов в выборе направления роста конуса нервных клеток.
Тема 9. МЕЗОДЕРМА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ
Эпителиально-мезенхимные взаимодействия и миграция клеток при формировании тканей и органов мезодермального происхождения.
Сомитогенез у позвоночных с участием транскрипционных Pax факторов.
«Молекулярные часы» сомитогенеза – роль Delta/Notch-сигнальной системы.
Роль Ephrin/Ephrin-рецептор сигналинга в сегментации. Индуцирующие сигналы от хорды, нервной трубки и мезодермы боковой пластинки. Факторы, принимающие участие в мышечной дифференцировке.
Механизм формирования почки: участие паракринных факторов в морфогенезе.
Закладка и образование сердца: роль транскрипционных факторов Pitx2,
Nkx2-5, паракринных факторов Nodal-related, Lefty-2, молекул клеточной адгезии.
Тема 10. ОРГАНОГЕНЕЗ
Развитие конечностей у высших позвоночных.Морфогенетическиеполя конечности.
Мезенхимно-эпителиальные взаимодействия клеток.
Гомеотические гены, принимающие участие в формировании передне-задней оси конечности. Роль фактора роста фибробластов FGF10. Индукция апикального эктодермального гребня (АЭГ) и его значение для морфогенеза конечности, паракринный фактор FGF8.
Зона поляризующей активности (ЗПА) в спецификации передне-задней оси. Роль генов белковых факторов Shh, FGF, Hoxb, ВМР. Роль генов hoxa и
hoxd 9-13 в спецификации структур конечности вдоль проксимо-дистальной оси.
Тема 11. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ АПОПТОЗА И СТАРЕНИЯ
Сущность явления апоптоза - программируемой клеточной гибели, отличия апоптоза и некроза. Роль апоптоза в развитии, участие апоптоза в физиологических и патологических процессах во взрослом организме.
Механизмы активации процесса
(рецептор-опосредованный и

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 120 митохондриальный пути развития клеточной гибели), основные участники процесса.
Современные теории старения организма, рассматриваемые с молекулярно-биологических позиций.
Тема 12. РОЛЬ НЕЙРОЭНДОКРИННОЙ РЕГУЛЯЦИИ В ОНТОГЕНЕЗЕ
Механизм действия основных классов гормонов, участвующих в регуляции жизнедеятельности организма и адаптации его к условиям окружающей среды. Восприятие внешних сигналов – мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы. Липофильные и гидрофильные гормоны: основные представители и вызываемые ими эффекты. Медиаторы.
Факторы роста, цитокины.