Buněčný cyklus a buněčná morfogeneze - MB130P02

• Anglický název: Cell cycle and cell morphogenesis
• Zajišťuje: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2010 do 2012
• Semestr: letní
• E-Kredity: 3
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: nevyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Další informace: http://kfrserver.natur.cuni.cz/lide/fatima/cyklus/index.htm
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: prof. RNDr. Fatima Cvrčková, Dr.

Anotace

čeština

Na modelovém případu eukaryotního buněčného cyklu jakožto vzorového příkladu procesu, který je současně ontogenezí i morfogenezí, si ukážeme, jak molekulární biolog přistupuje k řešení konkrétních biologických otázek. Na tomto příkladu bude předvedena řada fyziologických, genetických a molekulárně biologických metod i faktografie vychzející ze studia několika vybraných modelových organismů. Dospějeme nakonec k obecnému modelu buněčného cyklu řízeného centrálním "soustrojím" cyklinem řízených proteinkináz a jejich regulátorů, a budeme se zabývat i "vstupy" a "výstupy" tohoto soustrojí.

Poslední úprava: VOTRUB (10.02.2003)

angličtina

The course illustrates a molecular biologists´ approach to biological problems on the model case of eukaryotic cell cycle and cell morphogenesis. The cell cycle will be viewed as a process of both ontogenesis and morphogenesis. The use of physiological and genetical methods as well as selection of model organisms will be discussed. An integrated model of the cell cycle will be presented, based on the central role of the "cell cycle engine" (cyclin-dependent protein kinases and their regulators) and the inputs and outputs of this "engine". In particular, cellular morphogenesis will be discussed as a model output. The methodological and factical relevance of this model case for other biological problems will be taken into account.

Poslední úprava: VOTRUB (29.04.2002)

Literatura

http://www.natur.cuni.cz/~fatima/morpho/morph_cz.htm

Poslední úprava: VOTRUB (17.04.2003)

Sylabus

čeština

1. Základní pojmy. Modulární přístup ke studiu biologických procesů. Regulující vs. regulované. BC jakožto model ontogeneze a morfogeneze. Cyklus a růst. Časové rozdělení fází BC. Specifika prokaryotního BC a odchylky od standardní podoby BC u eukaryot. Malé cytologické repetitorium. Typy buněčného růstu. Buň. morfogeneze u živočichů, hub a rostlin. Buněčná stěna a turgor: tip growth vs. expansion.

2. Fyziologické metody studia BC a BM. Vizualizace událostí BC - cytologie, mikroskopie, farmakologie, využití reportérských genů a reportérských proteinů (GFP). Složení proliferujících buněčných populací, analýza populací (princip FACS). Manipulace BC se zvláštním zřetelem na synchronizaci buněk. Metodický arzenál molekulární biologie, genomika, microarrays...

3. Genetický přístup ke studiu (nejen) BC. Hartwellovy klasické experimenty. cdc (cell division cycle) mutace. Studium funkčních vztahů mezi CDC geny. Model buněčného cyklu jako posloupnosti vzájemně závislých událostí. Pojem bodu přechodu (transition/restriction point), "start". Využití příbuzné metodologie i metod analogických těm minule diskutovaným v "necyklových" situacích.

4. Biochemie BC: MPF (mitosis/maturation promoting factor). Klasické experimenty T. Hunta, A. Murraye, M. Kirschnera a P. Nurse. Model buněčného cyklu založený na biochemickém "centrálním oscilátoru". Cykliny, CDK a sjednocení modelů BC. "Redundance" buněčných regulátorů: skutečnost nebo iluze?

5. Regulace transkripce v rámci BC a úloha transkripční regulace v řízení cyklu. Anatomie modelového případu - kontrola transkripce kvasinkového genu HO, regulace transkripce G1 cyklinů, SBF a MBF. Transkripční regulace jakožto součást regulačních obvodů vyššího řádu.

6. Úloha posttranslační regulace aktivity proteinů v řízení BC. CDK jako nástroj a substrát fosforylace. Fosforylace klíčových proteinů a její role v řízení průchodu cyklem na příkladu kontroly velikosti buněk poltivé kvasinky. Modulace funkce CDK proteinovými kofaktory. Proteolýza jako regulační stupeň. CDK inhibitory.

7. Kontrola replikace a mitosy. Proč se DNA replikuje právě jednou za cyklus a proč nemůže současně nastat replikace a mitosa? Úloha CDK a cyklinů v řízení replikace, segregace chromosomů a mitosy. Anatomie a fyziologie replikačního počátku, ORC, APC.

8. Řízení orientace roviny buněčného dělení a tvaru buněk v rámci BC. Vztah mezi fází BC a prostorovým uspořádáním růstu povrchu u buněk opatřených stěnou: kvasinky, morfogeneze trichomů, kořenových vlásků a pylových láček. Cytokinetický aparát a jeho evolučně konzervované složky. Regulace cytokineze.

9. Řízení BC a BM mimobuněčnými vlivy na příkladu diferenciace pučivé kvasinky (mating pheromone response, nutrient response). MAP kinázová kaskáda a cyklus malých GTPáz jakožto dva příklady evolučně konzervovaných signalizačních modulů.

10. Patologie BC. Reakce buněk v cyklu na poškození. "Checkpoints" - blokování cyklu poškozenou či nedoreplikovanou DNA, poruchou segregace chromozomů, poruchou buněčné morfogeneze. Onkogeneze a BC.

11. BC v rámci vývojových programů mnohobuněčných organismů. Problém diferenciace a vzniku asymetrie - kvasinka jako model: transkripční asymetrie HO. Regulace BC v ontogenezi na příkladu Drosophily. Evolučně konzervované regulační vstupy BC. BC v morfogenezi rostlinného a živočišného těla. Jak moc na něm záleží? Skládá se tělo z buněk, nebo si je vydržuje?

Poslední úprava: VOTRUB (03.02.2003)

angličtina

1. Basic terms. Modular approach to the study of biological processes. Regulators and regulated events. Cell cycle (CC) as a model case of ontogenesis and morphogenesis. CC and growth. Timing of the CC. Special cases (prokaryotes and non-standard eukaryotic situations). Cytological repetitorium: modes of cell expansion, cell morphogenesis (CM) in fungi, metazoa and plants. Cell wall, turgor, tip growth vs. expansion.

2. Physiological methods for CC and CM study. Visualisation of CC events - cytology, microscopy, pharmacology, reporter genes and proteins (GFP). Composition of proliferating cell populations, population analysis (FACS). Experimental manipulation of the CC - cell synchronisation. Molecular methods: genomics, microarrays...

3. Genetical methods. Classical experiments of L. Hartwell. cdc (cell division cycle) mutants. Relationships between cdc genes. Cell cycle as a chain of interdependent events. Transition/restriction point, "start". Use of methods derived from CC study for other purposes.

4. Biochemistry of the CC: MPF (mitosis/maturation promoting factor). Classical experiments of T. Hunt, A. Murray, M. Kirschner and P. Nurse. The model of oscillator-driven CC. Cyclins, CDK and the unified CC model. "Redundancy" of cellular regulators: is it real?

5. Transcriptional regulation in the CC and its control. Anatomy of a model case - transcription of the yeast HO gene and G1 cyclins,, SBF a MBF. Transcriptional control as a component of regulatory loops and networks.

6. Posttranslational regulation of protein activity. CDK as a tool and substrate of protein phosphorylation. Phosphorylation of key proteins and its role in the control of cell cycle - size control in the fission yeast. Modulation of CDK function by protein co-factors. Proteolysis as a regulatory process. CDK inhibitors.

7.Replication and mitosis. Why does DNA replicate once per cycle, and why are mitosis and replication mutually exclusive? Role of CDK and cyclins in the control of replication, chromosome segregation and mitosis. Anatomy and physiology of the origin of replication, ORC, APC.

8. CC and cell shape. Orientation of the division plate. CC timing and cell expansion in walled cells (yeasts, trichomes, root hairs, pollen tubes). The evolutionarily conserved cytokinetic apparatus and regulation of cytokinesis.

9. Extracellular regulatory inputs into the CC: differentiation in the budding yeast (mating pheromone response, nutrient response). The MAP kinase cascade and small GTPases - two representative conserved signalling modules.

10. Cell cycle pathology: response to damage. "Checkpoints". Cell cycle and oncogenesis.

11. CC as a part of multicellular developmental programs. Problems of differentiation and symmetry breaking (yeast HO). Ontogenetic regulation of the CC (Drosophila). Conserved regulatory inputs. Cell theory revisited: how important is the CC in the morphogenesis of a multicellular body?

Poslední úprava: VOTRUB (10.02.2003)