Молекулярна біологія та генетика
Цей курс охоплює як фундаментальні принципи, що регулюють потік генетичної інформації на молекулярному рівні так і прикладні аспекти використання генетики в медицині.
Вивчаються тонкощі біосинтезу та репарації ДНК, процеси транскрипції ДНК та трансляції м-РНК, біохімічні основи спадковості. Багато уваги приділено регуляції експресії генів у прокаріотів та еукаріотів.
Також в курсі будуть розглянуті прикладні лабораторні техніки, такі як полімеразна ланцюгова реакція, молекулярне клонування та секвенування наступного покоління, редагування геному та створення генетично модифікованих організмів.
Останній блок курсу розглядає основи медичної генетики. Зокрема, вроджені порушення обміну речовин, механізми визначення статі у людини, клінічні випадки аналізу NGS та діагностики хромосомних синдромів.
Основна догма молекулярної біології. Потік генетичної інформації у про- та еукаріотів та основні принципи його регуляції.
Реплікація ДНК — ініціація, елонгація, термінація. Утворення фосфодиефірних зв’язків. Реплікація ДНК у E. coli. Реплікація ДНК у еукаріотів. Реплікація на кінцях лінійних хромосом.
Термінологія. Репарація у E. coli шляхом вирізання. Репарація під час реплікації. Обернення пошкоджень. SOS-репарація.
Ініціація та елонгація. Термінація. РНК-полімерази про-, еукаріотів та архебактерій. Процесинг РНК. Рибозими.
Активація амінокислот. Ініціація, елонгація та термінація біосинтезу білків. Регуляція трансляції.
Генетичний код. Генотип і фенотип. Біохімічні основи спадковості. Модельні організми в генетиці. Рекомбінація та хромосомне перехрещення. Цитоплазматичне успадкування. Епігенетичні фактори.
Загальні принципи. Репресія та індукція. Оперони та регулони. Особливості експресії генів у про- та еукаріотів. Позитивний та негативний контроль. Лактозний та триптофановий оперони. Катаболітна репресія. Захист ДНК.
Регуляція чутливості до кворуму у бактерій. Регуляція хемотаксису у бактерій. Фактори, що регулюють перехід від анаеробного до аеробного метаболізму у кишкової палички. Регуляція засвоєння поживних речовин у бактерій. Бактеріальні шаперони.
Реакція на доступність поживних речовин у пекарських дріжджів. Поняття про протеасому та убіквітину. Регуляція метаболізму заліза. Регуляторні білки заліза. Регуляція відповіді на гіпоксію у еукаріотів. Інсуліновий сигнальний шлях та регуляція біосинтезу холестерину. Регуляція циркадних ритмів.
Активні форми кисню в біологічних системах. Окислювальний/відновлювальний стрес. Регулони бактерій - OxyR і SoxRS. Yap1 стимулон дріжджів. Система Keap1/Nrf2 у тварин.
Сигнальний шлях, який регулюється рецептором Notch. Роль Wnt шляху в морфогенезі. Фактор AP-1; білки Jun та Fos. Морфогени Dpp, BMP та Hedgehog. Перепрограмування клітин; фактори Яманаки.
Класифікація генних мутацій. Методи їх дослідження. Механізми та причини генних мутацій. Основні джерела клінічних даних: Medscape, Cochrane Library, OMIM, Orphanet.
Геномні мутації. Міксоплоїди: мозаїцизм і химеризм, механізми їх виникнення. Механізми анеуплоїдії. Хромосомні синдроми, зумовлені анеуплоїдією: Тернера, Клайнфельтера, трипло Х, Дауна, Едвардса, Патау. Фактори ризику хромосомних мутацій.
Делеції, дуплікації, інверсії, транслокації, кільцева хромосома, ізохромосома. Хромосомні синдроми, викликані хромосомними перебудовами: «Cri du chat», Williams, DiGeorg. Синдроми Прадера-Віллі та Ангельмана, феномен геномного імпринтингу.
Типові профілі родоводів для різних типів успадкування. Механізми успадкування: аутосомно-рецесивний, аутосомно-домінантний, Х-зчеплений домінантний і рецесивний. Х-зчеплені захворювання у жінок; нерегулярна лайонізація Х-хромосоми та її наслідки. Причини відхилень від типових профілів. Пенетрантність. Експресивність. Взаємодія генів. Хвороби експансії.
Близнюковий метод, генеалогічний, цитогенетичний, біохімічний, молекулярний методи.
Принцип полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР). Основні види ПЛР. Ідентифікація спадкових патологій та інфекційних захворювань методом ПЛР. Основи конструювання праймерів. Секвенування за Сенгером.
«Анатомія» клонуючого вектора. Використання ферментів рестрикції. Трансформація. Лігування. Експресійні системи. Мітки для рекомбінантних білків. Сучасні уявлення про редагування генів. Поняття про генну терапію.
Метаболізм, гени та ферменти. Класифікація вроджених порушень метаболізму. Клінічні ознаки. Принципи діагностики. Метод тандемної мас-спектрометрії (ТМС). Фенілкетонурія (ФКУ), характеристика та частота захворювання новонароджених. Характеристика гена та продукта. Механізм розвитку симптомів. Спосіб лікування. Важливість ранньої діагностики. Неонатальний скринінг.
Хромосомний механізм визначення статі. X і Y хромосоми людини. Локус SRY. Молекулярний і гормональний механізм визначення статі. Дисгенезія гонад. Синдром нечутливості до андрогенів. Синдром Свайера. Вроджена гіперплазія надниркових залоз. Порушення статевого розвитку (РСР). Інтерсекс люди.
Біоінформатичний аналіз даних NGS. Типові застосунки для аналізу даних NGS. Сучасна номенклатура результатів NGS. Критерії інтерпретації NGS, алгоритми прогнозування та бази даних. Клінічне застосування NGS.
Оцінка генетичних та факторів середовища. Дослідження повногеномної асоціації (GWAS) - опис методу. Каталог GWAS. Інтерпретація геномного дослідження; визначення абсолютного ризику, відносного ризику, співвідношення шансів. Приклади успіху GWAS (діабет, гіпертонія, шизофренія, рак). Значення дослідження геному в клінічній практиці.
