|
|
|
||
|
The course From cells to organisms provides a definition of the multicellularity concept using the synthetic
approach applied to the structure-function relationship. It covers the mechanisms behind the establishment of the body plans and tussue/organ complexity or sustainability of the complex life forms including evolutionary principles (evo-devo approach). The general principles of multicellularity will be shown on various models, with the emphasis to provide a synthesis of the anatomy, morphology, histology, physiology and developmental biology into one functional educational base. The course From cells to organisms will set the stage for follow-up courses, particularly Evolution and Ecology. The course is built from topical blocks (see Syllabus) each of them consisting of lecture (3h) and workshop focused on primary literature as a Q&A session(2h). Poslední úprava: Půta František, doc. RNDr., CSc. (06.02.2022)
|
|
||
|
1. Developmental Biology 11th Edition, ISBN-13: 978-1605356044, 2016 Poslední úprava: Šebková Nataša, RNDr., Ph.D. (31.05.2022)
|
|
||
|
Final mark is based on the oral examination (67%) and results of tests taken during the course (33%). Oral examination takes place during the examination period and students must first obtain the evaluation for Q&A sessions and take-home exercises. Poslední úprava: Půta František, doc. RNDr., CSc. (07.02.2022)
|
|
||
|
The origin and evolution of multicellularity Concept of multicellularity, intercellular junctions, extracellular matrix Diversity of cell types in multicellular organisms Autotrophy and heterotrophy in the multicellular context Histological and anatomical principles Principles of developmental biology - the origin of multicellular life forms complexity Spatial and temporal regulation of multicellular life forms Physiological principles, feedback mechanisms, hormonal regulation, regulation of size Origin of patterns (geometry of life) and rhythmicity (chronobiology) Physiology and functional morphology of sensory organs - case study Principles of neurobiology Principles of immunology Most organisms are not alone - concepts of symbiosis, chimerism, microbiomes. Poslední úprava: Půta František, doc. RNDr., CSc. (07.02.2022)
|
|
||
|
From Cells to Organism — VÝSLEDKY UČENÍ
A. Základní koncepty kmenových buněk a buněčné plasticity Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Definovat kmenovou buňku a rozlišit typy kmenových buněk podle potence (toti-, pluri-, multi-, oligo-, bi-, unipotentní) a podle původu (embryonální, dospělé, indukované). • Vysvětlit princip polarizovaného dělení buněk a popsat roli niky kmenových buněk v udržení kmenového stavu. • Vyjmenovat a vysvětlit klíčové „hallmarks“ kmenových buněk (např. telomerázová aktivita, autofagie, mitochondriální „silencing“, absence cirkadiánní rytmicity). • Vysvětlit biologickou logiku buněčného turnoveru v různých tkáních a zdůvodnit, proč je v některých orgánech nezbytná obnova založená na kmenových buňkách. • Uvést příklady a rozlišit multipotentní, oligopotentní, bipotentní a unipotentní kmenové buňky (např. hematopoéza, pericyty/mezenchymální kmenové buňky, krypty tenkého střeva, CNS, mléčná žláza, thymus, epidermis, spermatogeneze). • Vysvětlit koncept indukovaných pluripotentních kmenových buněk (iPSC) a popsat roli Yamanakových transkripčních faktorů v reprogramování. • Popsat koncept organoidů, uvést příklady jejich využití a odlišit organoidy od konvenčních modelů buněčných kultur. • Vysvětlit princip blastocyst complementation na konkrétním příkladu a diskutovat její potenciál pro transplantační medicínu. • Definovat mikrochimerismus, rozlišit hlavní typy a vysvětlit experimentální strategie jeho sledování (např. pomocí fluorescenčních proteinů). • Definovat a ilustrovat metaplazii, uvést příklady a vysvětlit její význam pro adaptaci a patologii.
B. Epitely a funkční organizace Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Vyjmenovat klíčové charakteristiky epitelů a vysvětlit, proč jsou epitely funkčně zásadní i přes svůj relativně malý podíl na tělesné hmotnosti. • Popsat buněčnou polaritu epitelových buněk a rozlišit apikální a bazolaterální doménu membrány včetně funkčních důsledků. • Vysvětlit, proč je bazální lamina nezbytná pro polarizaci epitelu a udržení epitelové identity. • Klasifikovat epitely podle vrstevnatosti a tvaru buněk (jednovrstevné vs. vícevrstevné; dlaždicové/kubické/prizmatické) a uvést typické anatomické lokalizace. • Popsat a rozlišit specializované epitely (pseudovrstevnatý, přechodní, trámčitý, retikulární) a zdůvodnit jejich funkční logiku. • Popsat mezotel, určit jeho lokalizaci a vysvětlit příklady epitelové metaplázie (např. změny dýchacího epitelu související s kouřením; Barrettův jícen). • Porovnat rychlost obnovy epitelů v různých tkáních a uvést příklad epitelu s nízkou regenerační kapacitou (např. rohovkový endotel). • Vysvětlit evoluční a embryonální původ epitelů a diskutovat jejich vztah k dalším odvozeným buněčným typům (myoepitel, neuroepitel). • Vysvětlit EMT/MET a uvést příklady jejich role ve vývoji, regeneraci a nádorové biologii. • Rozlišit apikální specializace (mikroklky vs. motilní řasinky) a přiřadit jejich cytoskeletální základ (aktin vs. tubulin). • Vysvětlit funkci primární řasinky a popsat příklad ciliopatie (např. Kartagenerův syndrom) včetně základního patofyziologického vysvětlení. • Vysvětlit roli epitelů v transportu vody a aplikovat regulaci aquaporinů na fyziologický příklad (např. ADH v ledvině; diabetes insipidus). • Popsat molekulární mechanismus cystické fibrózy jako poruchy epitelového transportu iontů a vody.
C. Žlázový epitel a sekrece Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Rozlišit exokrinní a endokrinní žlázy a vysvětlit, jak mohou některé orgány kombinovat obě funkce (např. hepatocyty). • Klasifikovat žlázy jako unicelulární a multicelulární a uvést reprezentativní příklady včetně funkčního významu. • Rozlišit typy sekrece (merokrinní, apokrinní, holokrinní) a přiřadit je ke konkrétním orgánům nebo situacím. • Popsat distribuci a funkci pohárkových buněk ve střevě a vysvětlit jejich přínos k bariérové funkci. • Vysvětlit biologii mléčné žlázy (typ sekrece, vývoj, involuce/proliferační cyklus) a diskutovat souvislosti s kmenovými buňkami a organoidy. • Popsat myoepitelové buňky, uvést jejich typickou lokalizaci a vysvětlit jejich roli při vypuzování sekretu. • Popsat složení slzného filmu a vysvětlit, proč odráží spolupráci více žlázových zdrojů.
D. Trávicí trakt jako kompozitní orgán Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Popsat vrstvenou organizaci gastrointestinálního traktu a vysvětlit, proč funguje jako „kompozitní orgán“. • Vyjmenovat hlavní buněčné typy střevního epitelu a popsat jejich role (enterocyty, pohárkové buňky, Panethovy buňky, enteroendokrinní buňky, tuft buňky, M buňky aj.). • Vysvětlit funkční logiku krypt a klků a popsat lokalizaci a osud střevních kmenových buněk. • Porovnat epitely dutiny ústní, jícnu, žaludku, tenkého střeva, tlustého střeva a rekta z hlediska vztahu struktury a funkce. • Vysvětlit principy zvětšování povrchu v GIT a aplikovat je na vybrané úseky. • Popsat komplexitu žaludečního epitelu a vysvětlit podíl parietálních buněk na udržení nízkého luminalního pH.
E. Endotel a biologie cévní stěny Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Popsat organizaci cévní stěny a vysvětlit spolupráci endotelu, hladké svaloviny a vaziva. • Uvést příklady avaskulárních tkání (např. rohovka, hyalinní chrupavka) a zdůvodnit, jak je zajištěna jejich výživa. • Vysvětlit vývojový původ cévních chlopní jako derivátů endotelu. • Rozlišit typy fenestrovaného endotelu a uvést příklady (např. játra, včetně role Kupfferových buněk). • Vysvětlit glomerulární filtraci jako výsledek spolupráce endotelu a podocytů. • Popsat hematoencefalickou bariéru a vysvětlit roli astrocytů v její funkci. • Vysvětlit hypoxií řízenou angiogenezi (HIF/VEGF) a rozlišit arteriální a venózní endotel (ephrin-B2 vs. ephrin-B4). • Popsat aterosklerózu jako zánětlivý proces a vysvětlit vznik pěnových buněk a klíčové histologické změny.
F. Epidermis a biologie kůže Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Popsat základní vrstvy kůže (epidermis, dermis, hypodermis) a rozlišit tenkou a tlustou kůži. • Vyjmenovat buněčné typy epidermis a popsat jejich lokalizaci a funkce. • Vysvětlit roli unipotentních kmenových buněk v epidermis a popsat diferenciaci keratinocytů na korneocyty včetně časové dynamiky obnovy. • Vysvětlit perzistenci tetování na základě role tkáňových rezidentních makrofágů. • Popsat Merkelovy buňky a vysvětlit jejich souvislost s nádorovou biologií (včetně Merkel cell polyomavirus). • Popsat Langerhansovy buňky a vysvětlit jejich roli v imunitním dozoru. • Vysvětlit původ melanocytů z neurální lišty a popsat regulaci melanogeneze (melanosomy a přenos do keratinocytů). • Vysvětlit mechanismy vedoucí k šedivění vlasů a diskutovat roli pH v melanosomech. • Rozlišit poruchy pigmentace (např. albinismus, vitiligo, Waardenburgovy syndromy) a popsat buněčné a genetické principy v pozadí. • Vysvětlit mechaniku kůže (papilární lišty, štěpné linie) ve vztahu k organizaci vaziva. • Vysvětlit onemocnění epidermis související s cytokeratiny a aplikovat tento koncept na epidermolysis bullosa simplex včetně diskuse o možných genetických přístupech.
G. Neuroepitely a smyslové systémy Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Vysvětlit, proč jsou neuroepitely vývojově i funkčně odvozené od polarizovaných epitelů. • Uvést příklady exprese „smyslových receptorů“ v nesmyslových kontextech (např. čichové receptory ve spermii; opsiny v melanocytech; chemosenzorické receptory v tuft buňkách). • Popsat organizaci čichového neuroepitelu, vysvětlit princip „jeden receptor na buňku“ a popsat projekci axonů do čichového bulbu. • Vysvětlit kombinatorické kódování receptorů v čichu a diskutovat mezidruhové rozdíly. • Popsat chuťový neuroepitel (papily, chuťový pohárek, chuťový pór) a rozlišit typy receptorových buněk a třídy receptorů. • Popsat vztah struktury a funkce kochley a vysvětlit roli vláskových buněk jako mechanoreceptorů. • Vysvětlit mechanotransdukci a uvést příklad geneticky podmíněné poruchy sluchu (např. mutace connexinů). • Popsat funkční logiku anatomie oka (rohovka, čočka, duhovka, sítnice, pigmentový epitel) ve vztahu ke zpracování světla. • Vysvětlit regeneraci 11-cis-retinalu a popsat roli pigmentového epitelu a Müllerových buněk. • Rozlišit tyčinky a čípky, vysvětlit původ vnějšího segmentu z řasinky a popsat distribuci fotoreceptorů v sítnici. • Vysvětlit mechanismy fototransdukce a diskutovat druhově specifické rozdíly ve vidění (včetně tetrachromacie u žen).
H. Svalová tkáň Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Rozlišit kosterní, srdeční a hladkou svalovinu a popsat jejich hlavní strukturální a funkční rozdíly. • Popsat organizaci sarkomery a vysvětlit roli aktinu, myosinu, titinu a nebulinu v kontraktilitě. • Vysvětlit myosinový ATPázový cyklus a propojit hydrolýzu ATP s konformačními změnami myosinu. • Popsat energetiku kosterního svalu (aerobní vs. anaerobní režim) a vysvětlit roli kreatinfosfátu a glykogenu. • Popsat vazivové obaly svalu (endo-, peri-, epimysium) a vysvětlit jejich mechanickou funkci. • Vysvětlit regulaci kontrakce kosterního svalu (neuromuskulární synapse, T-tubuly, hospodaření s Ca²⁺). • Vysvětlit patofyziologii myasthenia gravis ve vztahu k acetylcholinovým receptorům. • Porovnat rychlá a pomalá svalová vlákna a popsat jejich funkční charakteristiky. • Vysvětlit regeneraci kosterního svalu a popsat roli satelitních buněk. • Popsat Duchennovu muskulární dystrofii jako monogenní onemocnění a vysvětlit její těžký fenotyp. • Vysvětlit regulaci svalové hmoty (osa myostatin; anabolické vs. katabolické dráhy). • Popsat specializace srdeční svaloviny (interkalární disky, Purkyňova vlákna) a vysvětlit jejich funkční význam. • Vysvětlit hypertrofii kardiomyocytů ve vztahu k regulaci buněčné velikosti a obsahu jader. • Diskutovat důkazy a limity regenerace srdeční svaloviny a konceptu dospělých kardiálních kmenových buněk. • Popsat lokalizaci hladké svaloviny (myometrium, GIT, cévy) a rozlišit její organizaci v trávicím systému. • Vysvětlit regulaci kontrakce hladké svaloviny (MLCK) a popsat dense bodies/dense plaques jako strukturální koreláty. • Popsat autonomní inervaci hladké svaloviny (varikozity, gap junctions) a aplikovat ji na kontrolu svalů duhovky (sympatikus vs. parasympatikus).
I. Vazivo a extracelulární matrix Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Vysvětlit roli ECM v mechanických vlastnostech tkání a uvést příklady poruch ECM (Ehlersův–Danlosův syndrom, Marfanův syndrom) a fibrózy. • Rozlišit hlavní složky ECM (kolageny, elastin, proteoglykany) a vysvětlit princip elasticity elastinu. • Rozlišit fibroblast, fibrocyt a mezenchymální kmenovou buňku podle fenotypu a funkce. • Klasifikovat vazivo jako vlastní, podpůrné a specializované a uvést reprezentativní příklady. • Porovnat řídké a husté vazivo, popsat buněčné složení a určit typické lokalizace (lamina propria, dermis). • Popsat vazivové obaly svalů a nervů (endo-/peri-/epimysium; endo-/peri-/epineurium) a vysvětlit jejich funkční důsledky. • Rozlišit typy tukové tkáně (bílá, hnědá, béžová, růžová; uni- vs. multilokulární) a popsat jejich funkce a lokalizaci. • Vysvětlit „beiging“ bílé tukové tkáně a diskutovat vliv okolní teploty a depot-specifických rozdílů. • Rozlišit metabolicky zdravou a patologickou obezitu a vysvětlit roli leptinu/ghrelinu v energetické homeostáze. • Interpretovat epigenetický příklad ovlivňující diferenciaci tukové tkáně (např. programování hladomorem; agouti mouse) a vysvětlit širší souvislosti. • Vysvětlit termogenezi hnědé tukové tkáně (uncoupling proteins) a porovnat společné rysy se svalem (inervace, excitabilita).
J. Chrupavka, kost a zuby Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Rozlišit typy chrupavky (hyalinní, elastická, vazivová) a vysvětlit, jak proteoglykany zajišťují hydrataci a mechanické vlastnosti. • Popsat chondroblasty/chondrocyty, jejich lokalizaci v lakunách a vysvětlit roli perichondria. • Vysvětlit, proč je chrupavka špatně vaskularizovaná, a zhodnotit důsledky pro regeneraci v dospělosti. • Vysvětlit prolaps meziobratlové ploténky pomocí struktury a funkce vazivové chrupavky. • Rozlišit chondrom, chondrosarkom a zánětlivé změny chrupavky. • Vysvětlit achondroplazii jako stav spojený s FGFR3 a uvést relevantní zvířecí příklady. • Porovnat intramembranózní a enchondrální osifikaci. • Vyjmenovat hlavní buněčné typy kosti (osteoblasty, osteocyty, osteoklasty) a popsat jejich funkce. • Popsat organickou a minerální složku kosti a vysvětlit jejich mechanický význam. • Vysvětlit hormonální regulaci mineralizace (kalcitonin vs. PTH). • Popsat osteon/Haversův systém a lokalizovat klíčové buněčné typy v architektuře kosti. • Vysvětlit remodelaci kosti a aplikovat ji na příklad mikrogravitace (úbytek kostní hmoty u astronautů). • Vysvětlit biologii osteoklastu (syncytiální charakter, původ z monocytů) a popsat jeho roli v remodelaci, růstu lebky a erupci zubů. • Porovnat osteoporózu a osteopetrózu z hlediska buněčného mechanismu a fenotypu. • Rozlišit dentin a sklovinu, propojit je s odontoblasty vs. ameloblasty a vysvětlit logiku jejich ukládání. • Vysvětlit, proč ameloblasty v dospělosti nepřetrvávají, a diskutovat důsledky pro regeneraci skloviny.
K. Krev, hematopoéza a biologie imunitních buněk Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Interpretovat kvantitativní parametry krve (počty buněk vs. buněčná masa) a porovnat turnover erytrocytů a neutrofilů. • Popsat složení krve a vysvětlit její klíčové funkce. • Popsat enukleaci erytrocytů a určit hlavní stadia zrání relevantní pro erytropoézu. • Porovnat fetální a dospělý hemoglobin a rozlišit savčí a nesavčí erytrocyty (bezjaderné vs. nukleované). • Popsat hlavní ontogenetické vlny hematopoézy a vysvětlit jejich význam. • Vysvětlit srpkovitou anémii a talasémie jako poruchy hemoglobinu. • Vysvětlit regulaci hematokritu a interpretovat vybrané příklady adaptace (EPO/EPO-R; vysokohorská adaptace a další). • Formulovat a obhájit, zda lze erytrocyty považovat za „živé“ buňky na základě jejich struktury a funkce. • Popsat vznik destiček z megakaryocytů (včetně ploidie a lokalizace) a rozlišit platelets vs. thrombocytes. • Vysvětlit roli destiček v hemostáze a reparaci tkání a uvést příklady interakcí destiček s mikroorganismy. • Rozlišit granulocyty (neutrofily, eosinofily, basofily) a na konceptuální úrovni popsat obsah a funkci jejich granul. • Vysvětlit nábor neutrofilů, chemotaxi a fagocytózu opsonizovaných bakterií; popsat oxidační vzplanutí. • Vysvětlit NETózu (NETosis) a zhodnotit, kdy je pro organismus přínosná a kdy může být škodlivá. • Vysvětlit roli eosinofilů v antiparazitární imunitě a interpretovat pojem eosinofilie. • Vysvětlit degranulaci basofilů, funkci jejich Ig receptoru a porovnat basofily s mastocyty. • Popsat diferenciaci monocytů na makrofágy a dendritické buňky a propojit osteoklasty s monocytární linií. • Rozlišit tkáňově rezidentní a z monocytů doplňované makrofágy a vysvětlit polarizaci makrofágů (mikrobicidní vs. reparativní). • Vysvětlit dendritické buňky jako profesionální antigen prezentující buňky a zdůvodnit jejich roli v propojení vrozené a adaptivní imunity.
L. Imunologie Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Rozlišit humorální a buněčnou imunitu a uvést příklady bariérových funkcí. • Vyjmenovat složky vrozené humorální imunity (lysozym, defensiny, komplement) a vysvětlit jejich role. • Rozlišit vrozenou a adaptivní imunitu a vysvětlit logiku imunologické paměti. • Vysvětlit funkce primárních a sekundárních lymfoidních orgánů a zdůvodnit jejich nezbytnost pro adaptivní odpovědi. • Rozlišit PAMPs a DAMPs a vysvětlit jejich význam při aktivaci imunity. • Vysvětlit opsonizaci, fagocytózu, oxidační vzplanutí a NETózu jako antimikrobiální mechanismy. • Rozlišit cytotoxické a pomocné T buňky a vysvětlit jejich role. • Vysvětlit interakci antigen–protilátka včetně rozdílu mezi afinitou a aviditou. • Vysvětlit cytotoxické mechanismy (granzym/perforin vs. Fas) a aplikovat je na modelové situace. • Vysvětlit V(D)J rekombinaci a zdůvodnit, jak omezený počet genů vytváří vysokou diverzitu receptorů. • Vysvětlit rozdíl mezi membránovou a sekretovanou formou imunoglobulinu a propojit jej s alternativním sestřihem. • Vysvětlit afinitní maturaci a somatickou hypermutaci jako procesy řízené selekcí. • Rozlišit TCR a protilátku z hlediska struktury a funkce. • Rozlišit MHC I a MHC II (původ/délka peptidu, dráhy zpracování, koreceptory CD4/CD8, typy exprimujících buněk). • Vysvětlit polymorfismus a polygenii MHC a aplikovat tento koncept na populační příklady. • Popsat imunologickou synapsi a na konceptuální úrovni určit klíčové zúčastněné molekuly. • Vysvětlit, jak se imunitní systém učí rozlišovat vlastní a cizí a popsat pozitivní a negativní selekci v thymu. • Popsat typy thymických epiteliálních buněk, vysvětlit funkci AIRE a předpovědět důsledky ztráty jeho funkce. • Vysvětlit roli autofagie v thymické selekci. • Vysvětlit rozhodování NK buněk jako rovnováhu aktivačních a inhibičních receptorů. • Vysvětlit biologii HLA-G (exprese v trofoblastu) a diskutovat její význam v kontextu infekcí a nádorů. • Vysvětlit trogocytózu a popsat, jak může měnit fenotyp imunitních buněk.
M. Paměť a učení (kognitivní základy) Po absolvování předmětu student/ka dokáže: • Definovat paměť a popsat hlavní fáze procesu učení/paměti. • Porovnat senzorickou, krátkodobou a dlouhodobou paměť z hlediska kapacity, trvání a mechanismu. • Vysvětlit konsolidaci a rekonzolidaci paměti a určit hlavní modulační faktory. • Rozlišit paralelní paměťové systémy a uvést příklady jejich funkční specializace. • Definovat habituaci, podmiňování, priming a motorické učení a uvést příklady. • Rozlišit deklarativní paměť (epizodická vs. sémantická) a vysvětlit roli hipokampu. • Popsat synaptickou plasticitu (krátkodobou vs. dlouhodobou) a vysvětlit Hebbovo pravidlo učení.
Poslední úprava: Šebková Nataša, RNDr., Ph.D. (27.01.2026)
|