Программа курса "Молекулярная генетика, геномика и генная инженерия"

Лектор - член-корр. РАН С.А. Лукьянов

Геном человека и сравнительная геномика

Понятие фенотипа и генотипа в современной геномике и генетике. Разные подходы к определению функций Ген – функция и молекулярные механизмы перехода от генетической информации к фенотипической (функциональной). Определение генома. Определение геномики. Основные общие свойства генома: балланс стабильности и нестабильности в эволюции, мутациях, болезнях и полиморфизме. Представление о технологиях исследований, приведших к возникновению современной геномики. Программа геном человека и следствия ее осуществления. Разнообразие геномов с исследованной структурой. Представление о сравнительной геномике. Сравнение последовательностей, как средство изучения функций генов. Организация генома человека. GC-состав и гены. Кодируюшие и некодирующие последовательности. Экзон-интронная организация генов. Альтернативный сплайсинг. CpG островки и гены. Повторяющиеся элементы генома. Распределение белков по функциональной роли.

Определение полиморфизма. Полиморфизм геномов. Типы полиморфизмов. Мононуклеотидный полиморфизм. Полиморфизм микросателлитов. Инсерционно-делеционный полиморфизм. Полиморфизм числа дуплицированных копий. Гаплотипы.

Современные взгляды на структуру генов и их регуляциию.Проксимальные и дистальные регуляторные элементы. Мозаичная структура регуляторных элементов. Консенсусные последовательности. Энхэнсеры, инсуляторы и промоторы.

Картирование генов и геномов.

Представление о различных видах карт генома.

Карта, как инструмент сравнения геномов. Функциональная анатомия генома. Карта часть анатомии человека.

Генетическое картирование.

Номенклатура генов человека. Экспрессированные метки генов – Expressed sequenced tags, EST. Приготовление и анализ кДНК библиотек. Саузерн и Норзерн блот гибридизация. Полиморфизм геномов. Полиморфизм длин рестриктных фрагментов (ПДРФ). Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR). Полиморфиизм длин амплификационных фрагментов (ПДАФ, AFLP). Источники полиморфизма. Рестриктный диморфизм. Мини и микросателлиты. Понятие о мононуклеотидном полиморфизме (Single Nucleotide Polymorphism, SNP). Высоко-, средне- и редкоповторяющиеся последовательнности. Гаплотипы. Локусы и аллели, определение.

Наследование гаплотипов и рекомбинации. Единицы генетической дистанции. Сантиморганид.

Геномная дактилоскопия. Идентификация личности. Использование полиморфизма для анализа миграции современных человеческих популяций. Анализ наследования полиморфных признаков в семьях. Анализ наследования серповидноклеточной анемии по полиморфизму длин рестриктных фрагментах. Молекулярно-генетические маркеры – определение. Использование для картирования генов и пренатальной диагностики. Полиморфизм, как пререквизит генетического картирования. Карта сцеплений. Пол как маркер. Представление о равновесности и неравновесности сцепления на примере гена фактора FVIII свертываемости крови и сцепленного с ним ПДРФ.

Понятие о полиморфных маркерах. Различие между маркером и пробой. Позиционное клонирование.

Полиморфизм генома, как источник полиморфных маркеров.

ПДРФ в пренатальном анализе гемофилии. Схема метода. Недостатки Саузерн-блот гибридизации.

Микросателлиты, как источник полиморфизма генома. ДНК- дактилоскопия. Идентификация личности путем ПЦР амплификации одного микросателлитного локуса. Молекулярно генетические маркеры (МГМ). Номенклатура МГМ и генов человека. Определение и требования к МГМ Использование МГМ для построения генетической карты геномов. Оценка неслучайности конаследования двух полиморфных маркеров.

Физическое картирование.

Определение понятия “Физические карты генома”. Цитогенетические карты геномов. Кариотип. Понятие о FISH и Sky. Карты рестриктных фрагментов. Рестриктазы с разной частотой расщепления генома. Числа фрагментов, получаемых при расщеплении генома человека. Саузерн-блот гибридизация.

Библиотеки генов. Принцип создания библиотек. Представительность библиотек. Векторы, используемые для создания библиотек. Принцип скрининга библиотек. Упорядоченные библиотеки. Контиги. Отнесение контига к определенной области хромосомы с помощью FISH. Карта, как набор упорядоченных клонов. Карты генов на хромосомах.

Понятие и определение STS. Принцип полимеразной цепной реакции (ПЦР). Требования к STS. Представление об использовании STS для составления физических карт геномов. Использование STS для сравнения геномов и для анализа присутствия участков генома в исследуемых ДНК. Связь МГМ и STS.

Интегрированные карты генома.

МГМ как средство интеграции различных карт. Принципы интеграции.

Интегрированные карты геномов. Неравномерность распределения генетических и физических маркеров.

Использование МГМ и STS для картирования генов, ответственных за наследственные болезни.

Сеть полиморфных маркеров как вехи генома. Использование полиморфных маркеров для нахождения генов наследственных болезней. Поиск клонов в геномной библиотеке. Проба для гибридизации. Требование уникальности пробы. Использование проб для ПДРФ анализа пораженных семей в генетическом консультировании.

Общая проблема поиска гена в большой области ДНК. Определение позиционного клонирования. Разница с функциональным клонированием. Картирование и клонирование гена мышечной дистрофии Дюшенна. Частота наследования и возникновения новых мутантов. Понятие о хромосомных аберрациях. Транслокации. Делеции. Цитогенетическая идентификация аберраций. Равновесное сцепление в семьях для идентификация MDM. Схема позиционного клонирования. Представление об анализе кандидатных генов. Последовательность операций при позиционном клонировании.

Fragile X syndrom. Закономерности наследования синдрома хрупкости X-хромосомы.Эффект предвидения. Описание схемы позиционного клонирования гена FMR1. Идентификация гена. Удлинение микросателлитного триплетного повтора в ходе болезни. Динамические мутации в нейродегенеративных болезнях. Болезнь Хантингтона.

Представление о полногеномномном сканировании для поиска генов.

Принципы использовани SNP для картирования генов. Использование микрочипов.

Представление и ДНК микроэррэях (микрочипах) в полногеномном сканировании сцеплений и ассоциаций.

Использование микрочипов в сравнительном анализе экспрессии генов. Конкурентная гибридизация.Понятие о тканеспецифичных генах и генах домашнего хозяйства. Представление о транскриптомах и протеомах. Динамичный харакутер транскриптомов и протеомов. Представление о профилях экспрессии генов. Приготовление проб для анализа экспресии. Представленние о кластерном анализе, как способе группировке генов по профилям экспрессии. Полно геномный анализ экспрессии генов, как средство картирования порядка и логики генетической программы. Испоьзование принципа микрочипов для анализа протеомов.

Неравновесное сцепление. Природа неравновесного сцепления. Неравновесное сцепление и неравномерность скоростей рекомбинаций вдоль хромосом. Частоты гаплотипов. Блоки гаплотипов. Различные блоки гаплотив в разных популяциях.Неравновесное сцепление и ассоциации маркеров в популяциях. Использование неравновесного сцепления для картирования генов.

Межвидовые сравнения геномов. Сравнительная геномика.

Представление о модельных организмах, используемых в современной молекулярной генетике для исследований структуры и функций генома. Парадоксы генома: непрямая связь сложности организма и числа генов, независимость скрости морфологической эволюции от биохимической скорости эволюции генома. Гипотезы, объясняющие парадоксы. Регуляторная гипотеза. Биохимическая гипотеза. Гипотеза «меньше-больше». Перекрывание различных гипотез эволюционных факторов. Другие причины отстутствия прямой связи сложности организмов и количества генов. Некодирующие РНК, как плохоидентифицируемые но важные регуляторные гены.

Дупликации фрагментов генома как средство приобретения новых функций. Ортологи и паралоги. Представление о доменной организации белков и доменной архитектуре. Изменение доменной архитектуры в эволюции. Перетасовки консервативных модулей, как средство эволюции. Усложнение доменных архитектур белков при усложнении организмов. Увелисение нагрузки на один ген/белок. Дупликация фрагментов генома в эволюции.

Перетасовка крупных фрагментов геномов в процессе эволюции. Представление о синтении. Рекомбинации генетического материала в эволюции.

Единое геномно-информационное поле. Использование сходства структур для анализа функций.

Представление о консервативности и вариабельности функций белковых молекул. Представление о процессах, происходящих при переходе от прокариот к эукариотам и к многоклеточным организмам.


Программа 2008 г. (автор - академик РАН Е.Д. Свердлов)

версия для печати
Страница последний раз обновлялась 02.05.2010