5. Ядро, Организация генетического материала эукариот (3)

Содержание

Слайд 2

Эукариотная ДНК

Расположена:
В ядре
В митохондриях

Эукариотная ДНК Расположена: В ядре В митохондриях

Слайд 3

Ядерная ДНК
Длинные линейные молекулы;
В виде хроматина ↔ хромосом;
Около 10% ДНК – кодирующая,

Ядерная ДНК Длинные линейные молекулы; В виде хроматина ↔ хромосом; Около 10%
остальная – некодирующая;
Активность ядерных генов зависит от:
Онтогенетического периода;
Типа клетки

!!! Необходим механизм сохранения ГИ для оптимальной пространственной и временной активности

Слайд 4

Митохондриальная ДНК

Небольшие кольцевые молекулы
Количество – от 2-х до 10 в одной

Митохондриальная ДНК Небольшие кольцевые молекулы Количество – от 2-х до 10 в
митохондрии
Количество мт-ДНК в клетке зависит от числа митохондрий в ней
Содержит 99% кодирующих последовательностей
Наследуется исключительно по материнской линии

Слайд 5

Ядро на разных этапах клеточного цикла

Ядро на разных этапах клеточного цикла

Слайд 6

Функции ядра

Хранение и функциональная упаковка ДНК:
Эухроматин – активная ГИ;
Гетерохроматин – неактивная ДНК.
Контроль

Функции ядра Хранение и функциональная упаковка ДНК: Эухроматин – активная ГИ; Гетерохроматин
жизнедеятельности клетки путем дифференциальной экспрессии генов:
Транскрипция и процессинг РНК.
Контроль клеточного деления и передачи ГИ от клетки – к клетке:
Репликация ДНК и митоз
Биогенез рибосом

Слайд 7

Строение ядра

1) Ядерная оболочка:
Внешняя ядерная мембрана
Внутренняя ядерная мембрана
Перинуклеарное пространство
Поровый комплекс
Ядерная ламина
2) Кариоплазма
Лабильная

Строение ядра 1) Ядерная оболочка: Внешняя ядерная мембрана Внутренняя ядерная мембрана Перинуклеарное
фаза
Ядерный матрикс
3) Ядрышки
4) Хроматин
Эухроматин
Гетерохроматин

Слайд 9

1. Ядерная оболочка

Состоит из двух мембран липопротеиновой природы
Внешняя мембрана продолжается в мембраны

1. Ядерная оболочка Состоит из двух мембран липопротеиновой природы Внешняя мембрана продолжается
шЭПС, на ней могут быть рибосомы
Поры образованы тремя слоями белков нуклеопоринов и работают по принципу диафрагмы фотоаппарата
Количество пор неодинаково и зависит от возраста клетки, её активности и состояния.

Слайд 11

Ядерная ламина (1)

Поддерживает целостность и форму ядра,
Отвечает за дезинтеграцию и реорганизацию ядерной

Ядерная ламина (1) Поддерживает целостность и форму ядра, Отвечает за дезинтеграцию и
оболочки в процессе митоза,
Отвечает за упорядоченное расположение хромосом в интерфазном ядре и фиксацию хроматиновых нитей в интерфазе,
Участвует в образовании порового комплекса

Слайд 12

Ядерная ламина (2)

Ядерная ламина (2)

Слайд 13

LMNA - нормальный ген

LMNA - нормальный ген

Слайд 14

Ядерная ламина, болезни и старение человека

Мутации гена ламина A/C (LMNA) у пациентов

Ядерная ламина, болезни и старение человека Мутации гена ламина A/C (LMNA) у
с дилатационной кардиомиопатией и их фенотипические проявленияю - Вайханская Т.Г., Сивицкая Л.Н., Даниленко Н.Г., Курушко Т.В., Давыденко О.Г. Евразийский кардиологический журнал @eurasian-cardiology-journalВайханская Т.Г., Сивицкая Л.Н., Даниленко Н.Г., Курушко Т.В., Давыденко О.Г. Евразийский кардиологический журнал @eurasian-cardiology-journal, 1, 2016 г.
Burke B, Stewart CL. Life at the edge: the nuclear envelope and human disease. Nat Rev Mol Cell Biol 2002; 3:575-585
Mattout A, Dechat T, Adam S A, Goldman and Gruenbaum Y. Nuclear lamins, diseases and aging//Current Opinion in Cell Biology 2006,18:335-341
Worman H., Ostlund C., Wang Y. Diseases of the nuclear envelope. Cold Spring Harb Perspect. Biol 2010; 2:760-776

Слайд 15

2. Кариоплазма и ядерный матрикс

 внутреннее содержимое ядра,
содержит жидкую фракцию и матрикс
жидкая фракция

2. Кариоплазма и ядерный матрикс внутреннее содержимое ядра, содержит жидкую фракцию и
ядра (вода, растворимые белки, нуклеотиды, мРНК, тРНК и др.)
Функции кариоплазмы: 1) поддержание постоянства внутриядерной среды;
2) обеспечение условий для внутриядерных транспортов и перемещений;
3) обменные процессы с цитоплазмой

Слайд 16

Ядерный матрикс

Собственно матрикс (нерастворимые белки – негистоны, ферменты, нуклеоплазмины, матрины и

Ядерный матрикс Собственно матрикс (нерастворимые белки – негистоны, ферменты, нуклеоплазмины, матрины и
др.)
Внутриядерная сеть фибриллярных и гранулярных компонентов, участвующих в молекулярных процессах в ядре, а также в поддержании и расположение хромосом в ядре.

Слайд 17

Функции ядерного матрикса

Обеспечивает форму и внутреннюю организацию ядра
Пространственное распределение хроматина и его

Функции ядерного матрикса Обеспечивает форму и внутреннюю организацию ядра Пространственное распределение хроматина
конденсация(упаковка)
Передвижение субчастиц рибосом

Слайд 18

3. Ядрышко

Ядрышковый организатор – фрагменты ДНК содержащие информацию о рРНК;
рРНК: первичные транскрипты

3. Ядрышко Ядрышковый организатор – фрагменты ДНК содержащие информацию о рРНК; рРНК:
45S; рРНК 5S, рРНК 5,8S, рРНК 18S, рРНК 28S;
Рибосомные белки;
Белки аппарата синтеза рРНК;
RNP 40S и 60S.

Слайд 19

Ядрышко – область биогенеза рибосом:

Транскрипция рибосомных генов и синтез про-рРНК (45S);
Процессинг про-рРНК

Ядрышко – область биогенеза рибосом: Транскрипция рибосомных генов и синтез про-рРНК (45S);
45S с образование 3-х фракции рРНК: 5,8S + 18S + 28S;
Образование RNP:
рРНК 18 S + 33 рибосомных белков = 40S – малая рибосомная субчастица;
рРНК 28 S + рРНК 5,8 S + рРНК 5 S + 49 рибосомальных белков = 60S – большая рибосомная субчастица

Слайд 21

Нобелевская премия в области химии 2009 года

«за изучение структуры и функций рибосом“
Venkatraman

Нобелевская премия в области химии 2009 года «за изучение структуры и функций
Ramakrishnan, MRC Laboratory of Molecular Biology , Cambridge, United Kingdom
Thomas A. Steitz, Yale University New Haven, CT, USA; Howard Hughes Medical Institute
Ada E. Yonath, Weizmann Institute of Science Rehovot, Israel

Слайд 22

4. ХРОМАТИН ХРОМОСОМЫ

Хроматин – это частично упакованный генетический материал в интерфазе;
Хромосома –

4. ХРОМАТИН ХРОМОСОМЫ Хроматин – это частично упакованный генетический материал в интерфазе;
максимально упакованный генетический материал в митозе.
Химический состав:
30% ДНК + 40% гистоны + 25% негистоновые белки + 5% РНК

Слайд 23

Хромосомная ДНК – содержит, передает и реализует ГИ;
Длинные, линейные молекулы;
Гетерогенные молекулы:
Кодирующие последовательности

Хромосомная ДНК – содержит, передает и реализует ГИ; Длинные, линейные молекулы; Гетерогенные
(гены):
Активные – транскрибируемые;
Неактивные – нетранскрибируемые.
Некодирующие последовательности:
Структурные – теломеры, центромеры, сателлиты;
Регуляторные

Слайд 24

Гистоновые белки:
Глобулярные
Богатые Liz и Arg;
5 классов: H1, H2A, H2B, H3, H4
Функция:
Упаковка

Гистоновые белки: Глобулярные Богатые Liz и Arg; 5 классов: H1, H2A, H2B,
ДНК на нуклеосомном уровне
Неспецифичный контроль экспрессии генов

Слайд 25

Гистоновые белки

ДНК + гистоны = нуклеосома

a. Нуклеосомное ядро:
2H2A
2H2B
2H3
2H4
b. 200 п.о.

Гистоновые белки ДНК + гистоны = нуклеосома a. Нуклеосомное ядро: 2H2A 2H2B
нуклеосомная ДНК
c. H1 – стабилизирует DNP


Гистоновый октамер

Слайд 27

Негистоновые белки

Крайне гетерогенные белки;
Ядерные ферменты для:
репликации (праймаза, ДНК-пол., ДНК-лиг.);
репарации (эндонуклеазы, ДНК-пол);
транскрипции (РНК-пол.,

Негистоновые белки Крайне гетерогенные белки; Ядерные ферменты для: репликации (праймаза, ДНК-пол., ДНК-лиг.);
факторы транскр.);
процессинга РНК (рибозимы);
биогенеза рибосом (рибосомальные белки)
Сайт-специфичные белки (SAP, zinc-finger);
Белки хромосомной оси (scaffold)

Слайд 28

Helix-Turn-Helix
"спираль-поворот-
спираль".

Zink finger
"цинковые пальцы".

Helix-Turn-Helix "спираль-поворот- спираль". Zink finger "цинковые пальцы".

Слайд 29

К группе негистоновых регуляторных белков, которые постоянно ассоциированы с хроматином, относят белки

К группе негистоновых регуляторных белков, которые постоянно ассоциированы с хроматином, относят белки
высокой подвижности (HMG-белки- от англ, high mobility gel proteins).
Это небольшие белки с молекулярной массой менее 30 кД
Они характеризуются высоким содержанием заряженных аминокислот.

Слайд 30

Хромосомная РНК

Первичные транскрипты
микроРНК в составе ядерных ферментов

Хромосомная РНК Первичные транскрипты микроРНК в составе ядерных ферментов

Слайд 31

Уровни упаковки ДНК

I уровень – нуклеосомный = нити хроматина;
II уровень – соленоид

Уровни упаковки ДНК I уровень – нуклеосомный = нити хроматина; II уровень
= нити хроматина;
III уровень – петли
IV уровень – метафазная хромосома

Слайд 33

Степенью конденспации ДНК;
Толщиной хроматиновой нити;
Механизмом образования;
Уровнем транскрипционной активности;
Периодом клеточного цикла.

Уровни упаковки отличаются:

Степенью конденспации ДНК; Толщиной хроматиновой нити; Механизмом образования; Уровнем транскрипционной активности; Периодом

Слайд 34

I уровень- нити хроматина:

Полинуклеосомная нить 11nm;
Степень конденсации – x 6 раз;
Механизм образования:
Взаимодействие

I уровень- нити хроматина: Полинуклеосомная нить 11nm; Степень конденсации – x 6
ДНК- с гистоновыми основными белками+
Транскрипция - возможна.

Слайд 36

Гистоны в октамере имеют подвижный N-концевой фрагмент («хвост») из 20 аминокислот, который

Гистоны в октамере имеют подвижный N-концевой фрагмент («хвост») из 20 аминокислот, который
выступает из нуклеосом и важен для поддержания структуры хроматина и контроля над генной экспрессией.
Детали механизма регуляции до конца не выяснены.

Слайд 37

I уровень- нити хроматина 10 nm

Сокращение гистона при старении

I уровень- нити хроматина 10 nm Сокращение гистона при старении

Слайд 38

Некоторые модификации гистонов (фосфорилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование и ацетилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование и ацетилирование)локализованы преимущественно на

Некоторые модификации гистонов (фосфорилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование и ацетилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование
участках хроматина с активными генами, тогда как их деацетилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование и ацетилирование)локализованы преимущественно на участках хроматина с активными генами, тогда как их деацетилирование и метилированиеНекоторые модификации гистонов (фосфорилирование и ацетилирование)локализованы преимущественно на участках хроматина с активными генами, тогда как их деацетилирование и метилирование играют важную роль в поддержании  и дифференцировке.

 Zheng Y. et al. Histone H1 phosphorylation is associated with transcription by RNA polymerases I and II (англ.) // The Journal of Cell Biology. — 2010. — Vol. 189, iss. 3. — P. 407. 

 Gerasimova A. et al. Predicting Cell Types and Genetic Variations Contributing to Disease by Combining GWAS and Epigenetic Data (англ.) // PLoS One. — 2013. — Vol. 8, iss. 1. — P. e54359.

Слайд 39

Биологи нашли слабое место в ДНК человека и других животных

Ученые Института

Биологи нашли слабое место в ДНК человека и других животных Ученые Института
биомедицинских исследований обнаружили, что белок гистон H1 является основным фактором защиты генома от нестабильности.
Мутации в гене гистона Н1 могут приводить к гибели организма.
Сокращение синтеза гистона при старении

Слайд 40

Метилирование H3 (Lys4) – активная экспрессия гена
Метилирование H3 (Lys9) – атенуация транскрипции
Ацетилирование

Метилирование H3 (Lys4) – активная экспрессия гена Метилирование H3 (Lys9) – атенуация
гистонов – расплетание хроматина, транскрипция
Дезацетилирование гистонов – упаковка хроматина, инактивация транскрипции
Фосфорилирование H1 – сверхконденсация ДНК
Дефосфорилирование H1 – деконденсация хроматина

Слайд 41

Пора переходить от слов к делу…

Как повлиять на ацетилирование гистонов для защиты

Пора переходить от слов к делу… Как повлиять на ацетилирование гистонов для
от стресса и старения, для борьбы с онкологическими заболеваниями?
Каков точный механизм участия фосфорилирования гистонов в возникновении онкологических заболевания и старении?
Как можно повлиять на механизмы модификации гистонов с целью достижения терапевтического эффекта при лечении возрастассоциированных заболеваний?

Слайд 42

II уровень – соленоид

Нить хроматина 30 nm;
Степень конденсации – x40 раз;
Механизм образования:
Фосфорилирование

II уровень – соленоид Нить хроматина 30 nm; Степень конденсации – x40
H1 ? сверхспирализация полинуклеосомной нити – по 6 нуклеосом в витке;
Блокирование транскрипции ДНК.

Слайд 44

Нить хроматина

Соленоид– 30 nm

Нуклеосомная нить
– 10 nm

Нить хроматина Соленоид– 30 nm Нуклеосомная нить – 10 nm

Слайд 45

III уровень- петли

Петли большие и малые, диффузные или компактные, толщина – 300

III уровень- петли Петли большие и малые, диффузные или компактные, толщина –
nm;
Степень конденсации – x600-1000;
Механизм образования:
Прикрепление нити хроматина 30nm к белковой оси – scaffold;
Взаимодействие SAR – scaffold
Транскрипция генов – заблокированна

Слайд 47

!!! SAR (MAR) - (Scaffold /Matrix Associated Region) – специфические сайты ДНК

!!! SAR (MAR) - (Scaffold /Matrix Associated Region) – специфические сайты ДНК
ответственные за присоединение к scaffold – хромосомной оси;
!!! SAP- (Scaffold /Matrix Associated Proteins) - сайт специфические белки взаимодействуют с:
- нитями хроматина;
- обеспечивают III уровень упаковки
- ламиной lamina fibrosa с поверхности внутренней мембраны ядерной оболочки.

Слайд 48

IV уровень – метафазная хромосома

Наивысший уровень упаковки ДНК – x10000 раз;
Толщина хроматиды

IV уровень – метафазная хромосома Наивысший уровень упаковки ДНК – x10000 раз;
~700nm;
Механизм образования:
Фосфорилирование ламины --- диссоциация ядерной оболочки;
Полное фосфорилирование H1 – конденсация хроматина.
Транскрипция заблокирована

Слайд 51

Период клеточного цикла и степень конденсации хроматина

Интерфаза:
Период G1;
Период S;
Период G2;
Митоз:
Профаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза

I уровень
II уровень
III

Период клеточного цикла и степень конденсации хроматина Интерфаза: Период G1; Период S;
уровень

IV уровень

Слайд 52

Функциональная классификация хроматина:

Эухроматин:
Активные фрагменты ДНК;
Содержит кодогенную ДНК.
Гетерохроматин:
Неактивные фрагменты ДНК;
Содержит некодогенную

Функциональная классификация хроматина: Эухроматин: Активные фрагменты ДНК; Содержит кодогенную ДНК. Гетерохроматин: Неактивные
ДНК;
Содержит кодогенную ДНК, но неактивную в данный момент;
Может быть конститутивным и факультативным.

Слайд 53

Гетерохроматин

Конститутивный:
Некодирующая, репетитивная ДНК;
Ценромеры, теломеры, сателлиты, спейсеры.
Факультативный:
Кодирующая, неактивная ДНК;
Может переходить в эухроматин;
Может быть

Гетерохроматин Конститутивный: Некодирующая, репетитивная ДНК; Ценромеры, теломеры, сателлиты, спейсеры. Факультативный: Кодирующая, неактивная
аутосомным или половым;
Определяет:
Клеточную дифференциацию;
Половую дифференциацию;
Контроль онтогенеза

Слайд 54

Центромера = первичная перетяжка
Теломера

Центромера = первичная перетяжка Теломера

Слайд 55

Центромера

Повторяющиеся последовательности, богатые A/T
Конститутивный гетерохроматин
H3 замещен CENP-A
Связывает хроматиды до анафазы митоза (коэзин)
Обеспечивает

Центромера Повторяющиеся последовательности, богатые A/T Конститутивный гетерохроматин H3 замещен CENP-A Связывает хроматиды
присоединение кинетохоров
Обеспечивает взаимодействие с веретеном деления

Слайд 56

Теломеры

Участки на концах хромосом, которые не несут генетической информации
Каждая клетка человека

Теломеры Участки на концах хромосом, которые не несут генетической информации Каждая клетка
имеет 92 теломеры
Защищают хромосомы в процессе репликации от деградации и укорачивания
Обеспечивают целостность хромосом и препятствуют слипанию их концов
Защищают клетки от мутаций, старения
Обеспечивают стабильность генома

Слайд 57

https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/5(23).pdf (дата обращения: 03.10.2018)

В 1930 году Герман Меллер и Барбара Мак-Клинток пришли к заключению, что

https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/5(23).pdf (дата обращения: 03.10.2018) В 1930 году Герман Меллер и Барбара Мак-Клинток
фрагментированные хромосомы склонны к слиянию между собой, при этом нормальные хромосомы поддерживают стабильность благодаря наличию особых концевых участков. Эти концевые участки Меллер назвал теломерами (от греческого “telos” — конец, “meros” — часть).
В 1961 г. американский ученый, профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик обнаружил, что клетки способны делиться лишь ограниченное количество раз. Так было выявлено что количество делений составляет 52 делений.

Слайд 60

https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/5(23).pdf (дата обращения: 03.10.2018)

В 1971г.  Алексей Оловников предложил теорию, которая объясняла механизм работы такого

https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/5(23).pdf (дата обращения: 03.10.2018) В 1971г. Алексей Оловников предложил теорию, которая объясняла
«счетчика» (при матричном синтезе полинуклеотидов ДНК-полимераза не может полностью восстанавливаться).
1978год.Э. Блэкберн и Дж. Шостак продемонстрировали, что функция теломер заключается в защите целостности хромосом.
1990 год. К.Харли установил связь между сокращением длины теломер и клеточным старением.
В 1994 году Билл Эндрюс и его команда клонировали первый ген теломеразы.

Слайд 61

Теломераза – удивительный фермент

Способна достраивать короткие теломерные участки
Состоит из РНК-матрицы и белкового

Теломераза – удивительный фермент Способна достраивать короткие теломерные участки Состоит из РНК-матрицы и белкового компонента
компонента

Слайд 62

Молекулярная организация теломеров

Последовательности богатая G/C
Образует петли на концах хромосом
У человека теломеры содержат

Молекулярная организация теломеров Последовательности богатая G/C Образует петли на концах хромосом У
единственный повтор GGGTTA

Слайд 63

The Nobel Prize in Medicine 2009

"for the discovery of how chromosomes are

The Nobel Prize in Medicine 2009 "for the discovery of how chromosomes
protected by telomeres and the enzyme telomerase"
Elizabeth H. Blackburn, University of California San Francisco, CA, USA
Carol W. Greider, Johns Hopkins University School of Medicine , Baltimore, MD, USA
Jack W. Szostak, Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital , Boston, MA, USA; Howard Hughes Medical Institute

Слайд 64

Функции теломер

Обеспечивают целостность хромосом и препятствуют слипанию их концов
Защищают концы хромосом от

Функции теломер Обеспечивают целостность хромосом и препятствуют слипанию их концов Защищают концы
действия экзонуклеаз
Защищают хромосомы в процессе репликации от деградации и укорачивания
Обеспечивают коньюгацию и правильную рекомбинацию хромосом
Защищают клетки от мутаций, старения
Обеспечивают стабильность генома
Имя файла: 5.-Ядро,-Организация-генетического-материала-эукариот-(3).pptx
Количество просмотров: 62
Количество скачиваний: 3