Saccharomyces cerevisiae

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Vítejte ve světě buněčného cyklu
Advertisements

Molekulární základy dědičnosti
NUKLEOVÉ KYSELINY Základ života.
Buněčné dělení.
Transkripce (první krok genové exprese)
Transkripce (první krok genové exprese)
Transkripce a translace
Buněčný cyklus je cyklus, kterým prochází eukaryotická buňka od svého vzniku po další dělení doba trvání cyklu se nazývá generační doba buněčný cyklus.
YEAST AND CANCER Nobel Lecture, December 9, 2001 LELAND H. HARTWELL.
GENETIKA EUKARYOTICKÉ BUŇKY
AV ČR, Mendelovo muzeum a Vereinigung zur Förderung der Genomforschung pořádají další ročník Mendel Lectures které se konají v Agustiniánském.
Chromozóm, gen eukaryot
Buněčné dělení.
RNDr.Radek Trojanec, Ph.D. Laboratoř experimentální medicíny (LEM)
Struktura lidského genu
Protein synthesis, proteolysis, and cell cycle transitions Nobel Lecture, december 9, 2001 TIM HUNT.
Centrální dogma molekulární biologie (existují vyjímky)
CYCLIN DEPENDENT KINASES AND CELL CYCLE CONTROL Nobel Lecture, December 9, 2001 Paul M. Nurse.
Molekulární základy dědičnosti
Buněčný cyklus MUDr.Kateřina Kapounková
Test pro kvintu B 15. prosince 2006
Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Šablona III/2VY_32_INOVACE_533.
Pro charakteristiku plazmidu platí: je kruhová DNA
Definice, typy mutací, mechanizmy vzniku a oprav
Klinická cytogenetika - metody
Reprodukce buněk Nové buňky mohou v současné etapě evoluce vznikat pouze dělením buněk již existujicích. Dělením buněk je zajišťována: Reprodukce jedinců.
Osnova 2.Přednáška Kvasinka jako modelová buňka/organismus Srovnání S.cerevisiae a S. pombe Výhody Nomenklatura, auxotrofie Vektory Genetické manipulace.
GENETICKÁ INFORMACE je informace, která je primárně obsažena v nukleotidové sekvenci v nukleotidových sekvencích jsou obsaženy následující informace: o.
Buněčný cyklus, buněčné dělení a jeho abnormality seminář VZ prezenční
Fyziologie reprodukce a základy dědičnosti FSS 2009 zimní semestr D. Brančíková.
EXPRESE GENETICKÉ INFORMACE Transkripce
RNAi. Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor) Místo silné pigmentace se objevily rostliny variegované.
Buněčné dělení Základy biologie
Nukleové kyseliny Přírodní látky
Biologie a genetika I..
Párování/mating S. cerevisiae
Proteinové interakce Proteinové komplexy interaktom
Transkripce a translace
Vstupy centrálních regulátorů: checkpoints – reakce na poškození a zpětná vazba.
2014 Výukový materiál MB Tvůrce: Mgr. Šárka Vopěnková Projekt: S anglickým jazykem do dalších předmětů Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.36/
2014 Výukový materiál MB Tvůrce: Mgr. Šárka Vopěnková Projekt: S anglickým jazykem do dalších předmětů Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.36/
Souhrn 4. přednášky Genetické metody Plasmidy Integrace
Základy molekulární genetiky. Bílkoviny Makromolekuly složené z aminokyselin jedna molekula bílkoviny tvořena obvykle stovkami aminokyselin v živých organismech.
Replikace genomu Mechanismus replikace Replikace u bakterií Replikace u eukaryotnich buněk.
Rozmnožování buněk
Herpetické viry-úvod RNDr K.Roubalová CSc..
Genetický kód – replikace
TRANSKRIPCE DNA.
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Struktura lidského genu
Rozmnožování buněk - meióza
Buněčná stěna, buněčné jádro
Mitóza, Meióza Test pro kvinty podzim 2006.
Reprodukce buněk Nové buňky mohou v současné etapě evoluce vznikat pouze dělením buněk již existujicích. Dělením buněk je zajišťována: Reprodukce jedinců.
Lokalizace + chromatin Replikace Mutace, reparace Rekombinace
Mutace.
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Stavební plány: DNA a její replikace
Buněčný cyklus a molekulární mechanismy onkogeneze.
Od DNA k proteinu - v DNA informace – geny – zápis ve formě 4 písmen = nukleotidů = deoxyribóza, fosfátový zbytek, báze (A, T, C, G) - DNA = dvoušroubovice,
1. Regulace genové exprese:
Buněčný cyklus buněčný cyklus (generační doba) - doba mezi dvěma mitózami (rozdělení buňky na dvě dceřinné) - velmi variabilní, podle typu tkáně.
NUKLEOVÉ KYSELINY Dusíkaté báze Cukry Fosfát guanin adenin tymin
Souhrn předchozích přednášek (relevantní pro tuto přednášku)
BUNĚČNÝ CYKLUS = cyklus eukaryotické buňky od jednoho dělení buňky
Haploidní Diploidní Tetra- … polyploidní (pivovarské kmeny)
MiRNA
Osnova 5.Přednáška Kvasinkový genom
Zdvojování genetické paměti - Replikace DNA
Mitóza Nepřímé dělení Mitóza Je nejčastější způsob, kterým se dělí jádra tělních (somatických) buněk Období života buňky od jejího vzniku až po zánik.
Transkript prezentace:

Saccharomyces cerevisiae Základní prvky kvasinkového genomu haploidní genom - 12Mbp, 16 chromosomů (chrI=0.22 – chrXII=1.6Mbp) délka chromosomu XII se u různých S.c. liší dle počtu (až 200) kopii rDNA v repetici (9kbp), 262 tRNA, 40 snRNA, Krátké centromery a ARS (100bp) Geny (cca 6500) reprezentují 75% celkové sekvence (kompaktní) Redundantní (2000 genů duplikováno) – cca30% genomu vzniklo duplikacemi <5% genů (220) obsahuje introny (0.5% genomu), 3% Ty1-5 transposony (46% u člověka) Kondenzovaný/tichý heterochromatin: centromery, telomery a HMR/HML

Centromera S. cerevisiae - Sekvenčně specifická centromera se patrně vyvinula z původně repetitivní/sekvenčně nespecifické Konsensní skevence kvasinek Chan et al., Trends in Cell Biol, 2005

Centromera S. pombe - Pouze 3 chromozomy (13 Mbp = 3.5, 4.6, 5.7) kondenzované chromozomy - geny pro heterochromatin velké repetitivní centromery (40-100kb) a 1kb počátky replikace

siRNA silencing Carroll a Straight, Trends in Cell Biol, 2006 Reinhardt a Bartel, Science, 2002

Zaratiegui et al, Cell, 2007

Pozorování DNA/chromosomů u kvasinek Chromosomy jsou u kvasinek malé a těžko pozorovatelné – barvení DNA na fixovaných preparátech pomocí DAPI (4 ,6-diamidino-2-phenylindole) Použití centromerických proteinů-GFP (green fluorescence protein) pro studium dynamiky chromatinu TetR-GFP represor se váže na TetO sekvence (operon) zaintegrované v přesně definovaném lokusu ChIP (chromatin immune precipitation) – specifické sekvence, ChIP-seq nebo „ChIP on CHIP“ Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe Pozadí = mtDNA

DNA v průběhu buněčného cyklu S.cerevisiae zahájení tvorby pupene a duplikace SPB – začátek S fáze tj. replikace rozchod jaderných plaků na opačné póly – přechod z S do G2 fáze jádro se protahuje – začátek M fáze (u kvasinek se jaderná membrána nerozpadá) na začátku anafáze dochází k oddělení sesterských chromatid a jejich segregaci SPB-GFP barvení

Separace a segregace chromosomů (centromera-kinetochora=Ndc80-GFP + SPB=Cdc11-CFP) Image courtesy of Jonathan Millar, Division of Yeast Genetics, National Institute for Medical Research, London

Model separace chromosomů APC=anaphase promoting complex Uhlmann et al., Nature, 1999 TetR-GFP TetO Použití TEV proteasy Separasa-securin kohesinový komplex (SMC=structure maintenance of chromosome) SMC1, SMC3, Scc1 a Scc3

Kohesin „objímá” DNA SMC1 Scc1/Rad21 SMC3 Scc3 Haering et al, 2002, Mol Cell Použití fůzních proteinů při studiu kohese sesterských chromatid SMC3-Scc1-Frb + SMC1-FKBP12 (váží rapamycin) Gruber et al., Cell, 2006

Vstup DNA přes opačný konec než uvolnění Gruber et al., Cell, 2006 Uzamčení je pro buňku letální

Kohesin napomáhá při opravě dvou-řetězcových zlomů v G2/M fázi Centromera DSB Lowdens a Toh, Current Biology, 2005

Evoluce kvasinkového genomu cca 30% genomu S.c. vzniklo duplikacemi – cca 2000 genů duplikováno srovnání kvasinkových genomů ukázalo na existenci „prakvasinky“ s 8-mi ancestrálními chromosomy (cca 4500 geny) nejblíže anc. genomu je Lachancea kluveri (8 chromosomů, nejméně = 15 přeskupení v genomu) ancestrální kvasinka prošla celogenomovou duplikací (WGD) 8->16 chromosomů některé kvasinky některé chromosomy ztratili (např. C.glabrata = 3 chromosomy) Gordon et al., PLoS Genetics, 2011

Přeskupování chrom. bloků u L.kluveri přeskupení prostřednictvím rekombinace (mikrohomologií) L.k. neztratil chromosom - patrně způsobeno absencí genů DNL4, POL4, NEJ1 – důležité pro NHEJ mechanismus (oprava poškozené DNA např. dvouřetězcových zlomů, které jsou nutné pro fuze chromosomů i přeskupovaní => omezené přeskupování) Gordon et al., PLoS Genetics, 2011

Celogenomová duplikace – S.cerevisiae ancestrální kvasinka prošla celogenomovou duplikací (WGD) 8->16 chromosomů poté došlo k přeskupování a redukci segmentů (i chromosomů) – 30% genomu u S.c. je pozůstatkem celogenomové duplikace (nikoli duplikace segmentů či genů) Ancestrální chromosom

Redukce chromosomů telomera-telomera fúzemi např. Zygosaccharomyces rouxii ztratila 1 chromosom díky telomera-telomera fůzi 2 ancestrálních chromosomů - současně ztratily centromeru (chromosom nemůže mít 2 centromery – problémy se segregací) Gordon et al., PLoS Genetics, 2011

Struktura kvasinkových telomer Repetice ~5.5kbp 300bp E. Blackburn, Nobelova cena, 2009 Telomery umlčují transkripci – ADE2 reporter je pod kontrolou telomer pouze občasně náhodně transkribován Lowell et al., Cell Mol Life Sci (1998), p.32 Cohen et al., Curr Genetics (1998), p.83

Ochrana kvasinkových telomer musí být prodlužovány (telomerásou), jinak by se zkracovaly po každé replikaci musí být chráněny, jinak by byly považovány za konec zlomené DNA („opraveny“ např. fůze chromosomů) struktura telomer a subtelomer umlčuje transkripci (silencing)

Represe u kvasinkových telomer struktura telomery a subtelomery umlčuje transkripci (silencing) např. HML a HMR lokusy jsou umlčené (pouze MAT lokus určuje párovací typ) ADE2 reporter je pod kontrolou telomer pouze občasně náhodně transkribován v průběhu evoluce některé geny mění lokalizaci a jsou jinak regulovány

Aneuploidie způsobuje genomovou nestabilitu - rakovina - aneuploidie ve >90% rakovinných buněk je genomová nestabilita důsledkem aneuplodie nebo je aneuploidie důsledkem genomové nestability? Shelzer et al, Science (2011)

Poškození DNA Studium kvasinek po ozáření … rad mutanty (např. RAD21, RAD50, RAD51) Ionizující záření generuje především DSB (double-strand break) UV záření modifikuje nukleotidy tzv. TT-dimery Chemická činidla/mutageny modifikují nukleotidy – mají za následek změnu genetické informace MMS (methyl methan sulfonat) – (např. MMS21) Alkylační činidla (např. EMS = ethyl methan sulfonat), ROS (reactive oxygen species) HU (hydroxy urea) blokuje replikaci – v mutantách dochází ke kolapsům replikační vidlice (např. HUS1) => DSB

Opravné mechanismy Dvoj-řetězcové zlomy (DSB) homologní rekombinace (HR) – v přítomnosti homologů (tj. sesterské chromatidy v G2 fázi, S.pombe) nehomologní spojování konců (NHEJ) – v G1 fázi (S.cerevisiae) Jednořetězcové zlomy, modifikace nukleotidů Přímé opravy (specifické enzymy) Vystřihování poškozeného úseku (BER, NER – excision repair) Opravy chybného párování MMR – mismatch repair (MSH1-6, MLH1-3) Speciální polymerázy (TLS – translesion synthesis – v průběhu replikace)

Lisby a Rothstein, DNA repair, 2009 Oprava DSB Lisby a Rothstein, DNA repair, 2009

Kolodner et al, Science (2002)

rDNA - repetice rDNA kóduje geny pro ribosomální RNA Je vysoce konzervativní Identifikace a odlišování kvasinkových druhů Sledování evolučních trajektorii Až 200 kopii v řadě za sebou Problém s homologní rekombinací Problém s replikací – ve stejném směru jako transkripce (probíhá v S-fázi – kolize)