ООП Клеточная биология, цитология, гистология

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по науке
ИНЦ РАН
д.б.н.
___________________ Скарлато С.О.
"____" __________________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Клеточная биология, цитология, гистология
основная образовательная программа подготовки аспиранта
по направлению 06.06.01 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
специальность
03.03.04 Клеточная биология, цитология, гистология
Федеральный ГОС ВО
Форма обучения
Очная
Программу в соответствии с ФГОС ВО разработали:
д.б.н., профессор, академик РАН Н.Н. Никольский
д.б.н., профессор
Е.С. Корнилова
д.б.н., с.н.с.
С.Ю. Хайтлина
д.б.н., профессор
Ю.А. Негуляев
к.б.н.
С.А. Александрова
к.б.н.
Н.А. Боголюбова
к.б.н., с.н.с.
Г.И. Штейн
Санкт-Петербург
2014
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения дисциплины является подготовка специалистов высшей
квалификации для фундаментальной и прикладной науки в области клеточной биологии,
цитологии и гистологии, обладающих современными теоретическими знаниями и
экспериментальной подготовкой, способных формулировать научные и прикладные задачи
и предлагать подходы для их решения, имеющих профессиональную подготовку
преподавания в высшей школе, нацеленных на совершенствование и развитие своего
научного потенциала и своей личности.
Задачей освоения курса Клеточная биология, цитология, гистология является: - формирование у слушателей навыков научно-исследовательской работы;
- формирование комплексного подхода в теоретическом и методическом освоении
исследуемой тематики;
- критического подхода в оценке собственных результатов и их места
в
общемировых достижениях по данной проблеме.
Результаты обучения (компетенции) аспиранта, на формирование которых
ориентировано изучение дисциплины «Клеточная биология, цитология, гистология»
Код
Результат обучения (компетенция) аспиранта
способностью самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую
деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием
ОПК-1
современных методов исследования и информационно-коммуникационных
технологий
готовностью к преподавательской деятельности по основным образовательным
ОПК-2
программам высшего образования
способностью к критическому анализу и оценке современных научных
УК-1
достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и
практических задач, в том числе в междисциплинарных областях
способностью проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том
УК-2
числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного
мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки
готовностью участвовать в работе российских и международных
УК-3
исследовательских коллективов по решению научных и научнообразовательных задач
готовностью использовать современные методы и технологии научной
УК-4
коммуникации на государственном и иностранном языках
способностью планировать и решать задачи собственного профессионального и
УК-5
личностного развития
способность самостоятельно выполнять научные исследования для изучения
ПК-1
параметров объектов и процессов с использованием общепринятых и
специально разработанных методических подходов
способность вскрыть физическую, естественнонаучную сущность проблем,
ПК-2
возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их
структурный и функциональный анализ
способность демонстрировать и использовать углубленные теоретические и
ПК-3
практические знания фундаментальных и прикладных наук в, в том числе и тех,
которые находятся на передовом рубеже современной науки
способность получать, обрабатывать и систематизировать научную
ПК-4
информацию по теме исследования, выбирать и обосновывать методики и
средства решения поставленных задач
Планируемые результаты изучения дисциплины, обеспечивающие достижение
цели изучения дисциплины «Клеточная биология, цитология, гистология» и еѐ вклад в
формирование результатов обучения (компетенций) :
знания о строении и функционировании живых клеток различных
организмов, клеточных органелл, внутриклеточной компартментализации;
знания о клеточном цикле и его фазах;
знания о структуре хромосом, хромосомных повреждениях, ДНК как
носителе наследственной информации;
умение ориентироваться в научной литературе, отечественной и зарубежной,
критически оценивать методы для решения экспериментальных задач;
умение представить полученные результаты, подтвердить их достоверность с
помощью статистических методов, представить полученные результаты
устно;
способность на основе целостного, системного научного мировоззрения
формулировать научные идеи, предлагать пути и методы реализации этих
идей с привлечение философских и мировоззренческих знаний.
По окончании изучения дисциплины аспиранты должны
владеть:
знаниями о современном состоянии науки в области строения клеток
различных организмов и тканей, о закономерностях контроля клеточного
цикла, о фундаментальных концепциях регуляции внутриклеточных
процессов;
иметь навыки участия в научной дискуссии, принятия независимых суждений
и самостоятельных решений, свободно ориентироваться в теоретической и
методической базе, отстаивать свою точку зрения;
навыками изложения и обсуждения собственных экспериментальных данных в
виде научной статьи.
Результаты изучения дисциплины используются в ходе изучения таких дисциплин
как «Регуляторные механизмы экспрессии генома», «Везикулярный транспорт и
передача внутриклеточного сигнала», «Генная инженерия», педагогической практики
и научно-исследовательской работы и при подготовке выпускной квалификационной
работы аспиранта.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ УЧЕБНОГО ПЛАНА
АСПИРАНТУРЫ
Дисциплина "Клеточная биология, цитология, гистология" изучается в третьем и
четвертом семестрах 2 курса аспирантуры. Изучение дисциплины опирается на знания в
области физики, химии, математики, философии, специальных дисциплин направления
подготовки 06.06.01. Биологические науки, освоенных аспирантами на предшествующих
этапах обучения.
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ПО
ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ И ФРМЫ КОНТРОЛЯ
3.1. Виды учебной работы и формы контроля
Виды учебной
работы
Лекции
Практические
3-й сем.
Трудоемкость по семестрам
4-й сем.
5-й сем.
6-й сем
Итого
а.ч.
а.ч./нед
а.ч./сем
а.ч./нед
а.ч./сем
а.ч./нед
а.ч./сем
а.ч./нед
а.ч./сем
3
54
3
1
54
18
3
1
54
18
2
36
180
36
занятия
Самостоятельная 4
работа
Экзамен
(подготовка,
сдача)
Зачет
1
Общая трудоемкость
освоения дисциплины
72
5
90
4
72
1
1
18
1
180
2
1
В академических часах а.ч.
В зачетных единицах ЗЕ
2
396
11
3.2. Разделы дисциплины и виды учебной работы
Разделы дисциплины
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
1.
Введение в клеточную биологию Основные этапы
развития клеточной теории
2
2
2.
2.1.
Структура и функции клеточных органоидов
Структура и функции клеточного ядра.
Ядерные компоненты прокариотов.
Ядро эукариотов
Общая морфология клеточного ядра.
Ядерные органеллы транскрипции, процессинга и
сплайсинга.
Структура ядрышка. Фибриллярный центр и
ядрышковый организатор
Структурные типы ядрышек
Ядрышко во время митоза
2
6
2
2
6
4
2.3.
Морфология митотических хромосом.
4
4
2.4.
2.5.
4
4
2
4
4
2
3.
3.1.
Цитоплазма, вакуолярная система
Митохондрии. Ультраструктура митохондрий.
Система энергообеспечения клетки.
Ядерная оболочка. Плазматическая мембрана.
Клеточная мембранология
Механизмы клеточного деления
Общая организация митоза
4
2
3.2.
4.
Мейоз
Опорно-двигательная система клетки: цитоскелет
4
4
6
2
2.2.
2.6.
4.1.
Сократительный аппарат мышечных клеток. Его
структура и молекулярная организация. Структура и
функции актина. Полимеризация актина и ее
регуляция.
Миозин. Строение и физико-химические свойства.
Разделы дисциплины
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
4.2.
Строение цитоскелета и о его роль в
жизнедеятельности клетки. Актин-связывающие
белки. Их номенклатура и роль в формировании
структур актинового цитоскелета.
Динамика цитоскелета. Реорганизация под влиянием
факторов внешней среды. Взаимодействие структур
цитоскелета с сигнальными молекулами.
4
4
4.3.
Внеклеточный матрикс – главный модулятор
пространственной организации актинового
цитоскелета. Межбелковые взаимодействия.
Универсальные доменные структуры.
6
2
4.4.
Медицинские аспекты нарушений структуры и
функции цитоскелета.
Инвазия патогенных микроорганизмов в клетки.
Использование актинового цитоскелета хозяина для
этой цели.
6
4
5.
5.1.
Ионные механизмы клеточной сигнализации
Ионные каналы клеточных мембран
Классическое описание каналов. Принципы и
механизмы функционирования ионных каналов.
Ионные каналы в мембране клетки
6
4
5.2.
Экспериментальные процедуры. Электроника в патчкламп измерениях. Обработка результатов измерений
Специальные методы работы с патч-кламп.
Применение метода патч-кламп для исследования
ионных каналов в клетках.
8
2
5.3.
Электрофизиологические процедуры для работы с
ооцитами.
6
2
5.4.
Введение в статистический анализ записей тока через
одиночные каналы.
Внутриклеточная сигнализация. Внутриклеточный
транспорт.
Введение. Основные методические подходы. Пути
поступления высокомолекулярных веществ в клетку
Эндоцитозный путь. Формирование транспортных
везикул. Роль окаймлений
Регуляция слияния мембран. SNARE-рецепторы.
Малые ГТФазы Rab-семейства, их роль в
везикулярном транспорте организации сортирующих
платформ. Две стадии слияния мембран (Rabзависимая и SNARE-зависимая). Транспортные
8
2
4
2
6
2
6
2
6.
6.1.
6.2.
6.3
Разделы дисциплины
6.4.
6.5.
6.6.
7.
7.1
7.2
7.3
7.4
8.
8.1
8.2
8.3
8.4
функции Rab-белков, отличные от регуляции слияния
мембран
Rab-белки как «топ-менеджеры» клетки. Роль
убиквитинирования в регуляции везикулярного
транспорта белков. Полифункциональность
убиквитин-лигазы с-Cbl. Убиквитин-подобные белки
АДФ-рибозилирование. Липиды и везикулярный
транспорт
Роль цитоскелета в позиционировании органелл.
Цитоскелет и везикулярный транспорт Как
функционирует транспортная машинерия (на примере
эндоцитоза рецептора ЭФР). Везикулярный транспорт
в митозных клетках
Эндоцитоз и передача сигнала
Патологии, связанные с нарушениями
функционирования транспортных систем.
Методы клеточной биологии. Культивирование
клеток вне организма. Стволовые клетки.
Культивируемые клетки как основа клеточных
технологий. Технология получения и поддержания
клеточных культур
Типы клеточных культур, различия и изменчивость
свойства клеточных линий. Коллекция клеточных
культур
Контаминация клеточных линий микроорганизмами.
Криоконсервация клеточных линий.
Клеточные технологии восстановления поврежденных
тканей и органов. Клеточные технологии в терапии
различных патологий:
терапия кожного покрова;
сердечнососудистой системы;
дефекты костной и хрящевой тканей;
желез внутренней секреции
Эмбриональные стволовые клетки человека.
Стволовые клетки взрослого организма
Онтогенез, молекулярные и клеточные основы.
Закономерности развития многоклеточных животных.
Принципы организации про- и эукариот.
Общая характеристика дробления. Гаструляция:
зародышевые листки и внезародышевые оболочки
Раннее развитие позвоночных: производные
эктодермы, производные энтодермы и мезодермы.
Раннее развитие позвоночных: детерминация судьбы
клеток и их дифференцировка Формирование
пространственной организации
Регуляция экспрессии генов в процессе развития.
Клеточные взаимодействия в развитии.
Детерминация пола и ее молекулярно-генетические
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
6
6
6
6
4
6
2
4
6
6
6
4
6
8
4
6
4
6
4
8
4
8
Разделы дисциплины
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
основы. Программы развития.
8.5.
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10.
8.11
8.12
8.13
8.14
9.
Доимплантационное развитие млекопитающих
Общая характеристика развития млекопитающих.
Строение репродуктивной системы.
Мейоз. Стадии развития мужских и женских
половых клеток. Циклические изменения состояния
женской репродуктивной системы. Межклеточные
взаимодействия в ходе развития половых клеток.
Организация и функциональное состояние зрелых
гамет. Оплодотворение: события происходящие на
клеточном
и
молекулярном
уровне.
Общая
характеристика
дробления
зародышей
млекопитающих. Формирование зиготы, активация
эмбрионального
генома,
первичная
цитодифференцировка.
Формирование
бластоцисты,
характеристика
клеточных
линий,
находящихся
в
составе
бластоцисты. Имплантация и формирование плаценты.
Использование эмбриональных клеток для
коррекции репродуктивной функции человека ив
заместительной клеточной терапии.
Периодизация и основные события эмбрионального
развития человека.
Нормальный кариотип и нарушения кариотипа у
человека. Пренатальная и доимплантационная
диагностика наследственных заболеваний. Методы
вспомагательной репродукции. Эпигенетический
контроль раннего эмбрионального развития
млекопитающих.
Уровни клеточной пластичности, характеристика
плюрипотентного состояния клетки, плюрипотентные
клетки в тканях и органах.
Репрограммирование ядер эмбриональных и
соматических клеток: методические подходы и
механизмы реализации.
Репродуктивное и терапевтическое клонирование.
Возможности использованиятерапевтического
клонирования человека в заместительной клеточной
терапии. Перспективы использования клонирования
для получения трансгенных животных суперпродуцентов лечебных белков.
Прямое репрограммирование ядра соматической
клетки. Использование индуцированных
плюрипотентных клеток - новое направление развития
заместительн6ой клеточной терапии.
Методы люминесцентной, конфокальной и
электронной микроскопии.
2
2
2
2
2
4
2
6
2
4
2
4
2
2
2
2
2
4
2
2
Разделы дисциплины
9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
10.
Световая микроскопия.
Видеомикроскопия
Конфокальная микроскопия.
Электронная микроскопия.
Цикл семинаров «Фундаментальные и прикладные
аспекты регенеративной биологии»
Итого по видам учебной работы:
Общая трудоѐмкость освоения: ач / ЗЕ
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
2
4
4
2
4
4
2
2
6
6
16
4
4
8
180
36
396/11
ЗЕ
180
4. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ИХ СОДЕРЖАНИЕ
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
1. Введение в клеточную
биологию Основные
этапы развития
клеточной теории
Клетка – элементарная единица живого.
Гомологичность клеток
Клетка от клетки
Клетки и организм
Основные этапы развития клеточной теории
2. Структура и функции
клеточных органоидов
2.1. Структура и функции
клеточного ядра.
Ядерные компоненты
прокариотов.
Ядро эукариотов
Общая
морфология
клеточного ядра.
Ядерные органеллы
транскрипции, процессинга
и сплайсинга
Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки
Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов
Полиплоидия. Эухроматин и гетерохроматин
Хромосомный цикл. Общая морфология клеточного ядра.
Клеточный цикл. Полиплоидия. Пространственное
расположение хромосом в интерфазном ядре. Эухроматин и
гетерохроматин. ДНК хроматина.
Репликация ДНК эукариотов
Белки хроматина – гистоны
Функциональные свойства гистонов. Первый уровень
компактизации ДНК. Структурная роль хромосом
Нуклеосомы при репликации и транскрипции. Второй
уровень компактизации – 30 нм фибрилла
Негистоновые белки
Петлевые домены ДНК – третий уровень структурной
организации хроматина Ядерные транскрипты и их
транспорт.
2.2. Структура ядрышка.
Фибриллярный центр и
ядрышковый организатор
Структурные типы ядрышек
Ядрышко во время митоза
Ядрышко – источник рибосом Нерибосомные продукты
ядра. Строение рибосом. Чем определяется число ядрышек в
клетке. Множественность рибосомных генов
Амплифицированные ядрышки
Строение и функционирование генов р РНК
Белки ядрышка
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
Структура ядрышка
Фибриллярны центр и ядрышковый организатор
Структурные типы ядрышек
Ядрышко во время митоза
Транскрипция нерибосомных генов. Морфология РНПкомпонентов ядра. Синтез ДНК в пуфах политенных
хромосом. Транскрипция на мейотических хромосомах
Морфология транскрипции индивидуальных генов
2.3.Ядерная оболочка.
Ядерная оболочка Компоненты ядерной оболочки. Роль
ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене
Динамика ядерной оболочки в митозе
2.4. Морфология
митотических хромосом.
Общая морфология митотических хромосом
Пространственное расположение хромосом
в интерфазном ядре.
2.5. Цитоплазма,
вакуолярная система
Цитоплазма, вакуолярная система Плазматическая
мембрана. Органеллы. Система энергообеспечения клетки
Гиалоплазма. Гранулярный эндоплазматический ретикулум.
Аппарат Гольджи. Лизосомы.
Гладкий ретикулум и друие мембранные вакуоли .
Гранулярный ретикулум, аппарат Гольджи,
эндоплазматиский ретикулум, лизосомы, сферосомы,
пероксисомы. Пластиды, хлоропласты, митохондрии.
Канцерогенез. Апоптоз и анабиоз
Понятие о стволовых клетках
Канцерогенез. Апоптоз и анабиоз
Старение и смерть клеток. Теория Хейфлика
Теломеры, открытие, теломеразы
Биологические часы
2.6. Митохондрии.
Ультраструктура
митохондрий.
Система энергообеспечения
клетки.
2.7.Плазматическая
мембрана. Клеточная
Общая морфология. Ультраструктура митохондрий
Функции митохондрий
Окислительное фосфорилирование у бактерий
Увеличение числа митохондрий
Авторепродукция митохондрий. Хондриом.
Хлоропласт. Функции хлоропластов
Онтогенез и функциональные перестройки пластид
Фотосинтезирующие структуры низших
эукариотических и прокариотических клеток.
Геном пластид. Биологические основы клеточной
дифференцировки Ультраструктура митохондрий
Клеточные оболочки
Клеточная стенка (оболочка) растений
Клеточная оболочка бактерий
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
мембранология
Барьерно-транспортная роль плазмалеммы
Трансмембранный перенос
Эндоцитоз и экзоцитоз. Рецепторная роль плазмалеммы
Межклеточные соединения (контакты)
Специализированные структуры плазматической мембраны
Эндоплазматическая сеть
Строение гранулярного ретикулума
Синтез растворимых белков
Синтез клеточных мембран
Секреция белков и образование мембран у бактерий
Тонкое строение аппарата Гольджи
Секреторная функция аппарата Гольджи
Модификация белков в аппарате Гольджи
Сортировка белков в аппарате Гольджи
Общие характеристики лизосом
Морфологическая гетерогенность лизосом
Лизосомные патологии
Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум
Вакуоли растительных клеток
Сферосомы
Пероксисомы (микротельца)
3. Механизмы клеточного
деления
3.1. Общая организация
митоза.
Общая организация митоза
Морфология митотической фигуры
Кинетохор. Динамика митоза
Митоз растительной клетки
Различные типы митоза эукариотов.
3.2.Мейоз.
Мейоз
Фазы мейоза. Синамптонемный комплекс
Рекомбинационный узелок
Хиазмы. Биологическое значение мейоза
Синамптонемный комплекс
Рекомбинационный узелок
Хиазмы.
4. Опорно-двигательная
система
клетки:
цитоскелет.
4.1. Сократительный
аппарат мышечных клеток
Его структура и
молекулярная организация.
Структура и функции
актина. Полимеризация
актина и ее регуляция.
Миозин. Строение и
Скелетная мускулатура, мышечная клетка, сократительный
аппарат. Миофибриллы, строение структурной единицы
сократительного аппарата -саркомера, тонкие и толстые
нити, Z-линия или Z-диск. Состав белков, образующих
структуры саркомера. Актин, миозин, тропомиозин,
-актинин, зугматин. Элластическая основа
саркомера: титин и коннектин. Этапы формирования
сократительного аппарата в процессе дифференцировки
мышечной клетки. Различия в организации сократительного
Разделы дисциплины
физико-химические
свойства.
4.2. Строение цитоскелета и
о его роль в
жизнедеятельности клетки.
Содержание разделов дисциплины
аппарата скелетных, сердечных и гладких мышц.
Механизмы мышечного сокращения
Структура и функции актина.
Первичная и третичная структуры мономерного актина.
Различия в структуре актина в комплексах с ДНКазой I,
сегментом 1 гельзолина и профилином. Структура актина,
закристаллизованного без взаимодействия с актинсвязывающими белками. Модели актиновой нити.
Конформационные изменения и аллостерические эффекты в
молекуле актина при его функционировании. Роль
дивалентных ионов и АТФ в поддержании структуры актина
и конформационных перестройках. Ограниченный
протеолиз как метод изучения функциональной роли
конформационных изменений в молекуле актина. Ключевая
роль ДНКазной петли в образовании контактов между
мономерами в полимере актина. Суперсемейство белков
подобных актину. Полимеризация актина и ее регуляция.
Превращение мономерного (глобулярного) актина в
полимерный (фибриллярный) актин. Методы исследования
процесса полимеризации: вискозиметрия, седиментация,
светорассеяние, флуоресцентный анализ. Преимущества и
недостатки разных методов. Стадии полимеризации,
активация мономера, роль прочно связанного катиона.
Нуклеация полимеризации как стадия, определяющая
скорость формирования нитей актина. Удлиннение,
фрагментация и реассоциация нитей актина. Различия в
структуре Са- и Мg-актинов. Гидролиз связанной АТФ в
ходе полимеризации актина, различия в скорости
полимеризации АТФ- и АДФ-актинов. Актиновые
микрофиламенты Полярность нитей актина, быстрый и
медленный концы нити. Тредмиллинг. Изменение структуры
нитей актина в ходе полимеризации.
Строение молекулы миозина, размер, молекулярный вес,
тяжелые и легкие цепи. Получение протеолитических
фрагментов молекулы обладающих разными
функциональными свойствами, легкий меромиозин-ЛММ,
тяжелый меромиозин-ТММ, субфрагмент-1 (S-1). Гидролиз
связанной АТФ, интермедиарный обмен, конформационные
превращения молекулы в процессе гидролиза АТФ.
Образование надмолекулярных структур, различные типы
укладки мономеров. Изоформы миозина, различия в их
строении, определяемые разнообразными функциями.
Миозин как молекулярный мотор. Взаимодействие миозина
с актином, цикл структурных преобразований молекулы
миозина в процессе сократительного акта.
Основные структуры цитоскелета: микрофиламенты,
микротрубочки,
промежуточные
филаменты.
Их
локализация в немышечных клетках, взаимодействие и
функциональное
назначение.
Структуры
актинового
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
Актин-связывающие белки.
Их номенклатура и роль в
формировании структур
актинового цитоскелета.
Динамика цитоскелета.
Реорганизация под
влиянием факторов
внешней среды.
Взаимодействие структур
цитоскелета с сигнальными
молекулами.
цитоскелета:
стресс-фибриллы,
полигональная
сеть,
радиальные и циркулярные тяжи, арки, микроворсинки и
микрошипы,
раффлы.
Подмембранная
сеть
микрофиламентов.
Спектрин,
анкирин,
дистрофин.
Изоформы актина, Связь между первичной структурой
актина и его свойствами. Распределение изоформ актина в
клетке. Корреляция между стабильностьюактиновых
полимеров и локализацией в сократительных структурах
разного типа. Актиноподобные белки и их участие в
формировании актиновых структур. Участие цитокелета в
поддержании формы клетки, в процессах эндо - и
экзоцитоза, в осуществлении деления клетки, в передаче
внутриклеточных сигналов и в двигательной активности
клеток Формирование пространственной организации
актинового цитоскелета в процессе прикрепления и
распластывания культивируемых клеток на субстрате.
Зависимость характера организации микрофиламентной
системы от типа иммобилизованных лигандов. Перестройка
актиновых структур под действием ростовых факторов и
других биологически- активных молекул. Последовательные
стадии реорганизации цитоскелета, зависящие от его
исходного состояния. Роль протеинкиназ, фосфатаз и малых
ГТФаз (Rho, Rac и Cdc 42) в формировании и в перестройках
актиновых структур. Взаимодействие лиганд-рецепторных
комплексов со структурами цитоскелета.
Связь транскрипционного фактора NFkappaB c фокальными
контактами и стресс-фибриллами. Зависимость локализации
субъединиц фактора от типа белков внеклеточного матрикса.
Непосредственное взаимодействие и солокализация ряда
протеинкиназ с актин-связывающими белками, -актинином
и филамином. Киназа фокальных контактов – р125 FAK –
основной регулятор взаимодействий между белками
цитоскелета и сигнальными молекулами в процессе
созревания фокальных контактов. Непосредственая связь
актина с рецептором эпидермального фактора роста.
Взаимодействие с актином необходимое
4.3. Внеклеточный матрикс
– главный модулятор
пространственной
организации актинового
цитоскелета. Межбелковые
взаимодействия.
Универсальные доменные
структуры.
Основные белки внеклеточного матрикса: коллаген,
ламинин, фибронектин, протеогликаны. Строение молекул,
изоформы, Сайты взаимодействия с поверхностными
рецепторами клеток. Базальная ламина, белковый состав,
образование белковых комплексов и полимерных сетей.
Рецепторы белков внеклеточного матрикса. Интегрины, и
субъединицы, комбинации субъединиц, обеспечивающие
специфику взаимодействия с актиновыми структурами.
Димеризация рецепторов и образование фокальных
контактов. Взаимодействие интегринов с актин
связывающими белками. Различные типы связи между
винкулином, талином и -актинином при образовании
фокальных контактов. Созревание фокальных контактов в
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
процессе распластывания клеток, взаимодействие с актином
и формирование стресс-фибрилл. Особенности
пространственной структуры цитоскелета при
взаимодействии с разными белками внеклеточного матрикса
Взаимодействие цитоскелетных и сигнальных белков
обеспечивается наличием в них идентичных регуляторных
доменов. Анкирин и анкириновые последовательности в
белках, регулирующих транскрипцию. FERM- домены,
типичные для цитоскелетных белков эзрина,моезина и
радиксина обнаружены в некоторы тирозиновых киназах и
фосфатазах. Скрытые домены. SH2-домены, узнающие
фосфорилированный тирозин. SH3-домены,
взаимодействующие с полипролиновыми
последовательностями. Гомологичные сайты у виментина и
онкобелков Jun, fos и CREB. Белки матрицы – основа для
сборки сигнальных комплексов (сигналосом). Спектриновые
повторы - кандидаты на выполнение матричных функций.
4.4.Медицинские аспекты
нарушений структуры и
функции цитоскелета.
Инвазия
патогенных
микроорганизмов в клетки.
Использование актинового
цитоскелета хозяина для
этой цели.
Нарушения пространственной структуры актинового
цитоскелета в трансформированных и малигнизированных
клетках. Снижение уровня синтеза актин-связывающих
белков тимозина, -актинина, тензина, винкулина в раковых
клетках с высоким метастатическим потенциалом. Смена
синтеза изоформ тропомиозина при инфекции клеток
разными вирусами. Нарушения взаимодействия актиновых
филаментов с клеточной мебраной при нейрофиброматозе
связано с дефектами ERM- белков (эзрина, радиксина и
моезина). Развитие миопатий связано с мутациями в гене
дистрофина, который осуществляет связь актиновых
структур с ламинином. Некоторые виды аллергий вызывает
образованием антител на профилин пыльцы растений.
Болезни эпидермиса связанные с дефектами в генах
кератинов. Протеолитическая модуляция молекул
внеклеточного матрикса при заживлении ран.
Два пути проникновения бактерий в клетку. «Зипперный»
механизм, основанный на взаимодействии бактериальных
белков с поверхностными рецепторами клетки (на примере
Listeria monocytogenes). «Триггерный» механизм, состоящий
во впрыскивании в клетку бактериальных белков с помощью
системы секреции III типа ( на примере Shigella flexneri).
Индукция фагоцитоза. Роль малых ГТФаз и цитоскелетных
белков в этом процессе. Выход бактерии из вакуоли,
образование на ее поверхности кометообразного «хвоста» –
пучка актиновых филаментов, обеспечивающего
передвижение бактерии внутри клетки. Бактериальные
белки, участвующие в инициации сборки актиновых
структур на поверхности бактерии. Клеточные факторы,
необходимые для формирования этих структур. Роль
цитоскелетных белков клетки хозяина в осуществлении
направленной полимеризации актина. Молекулярные
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
механизмы внутриклеточного движения бактерий.
5. Ионные механизмы
клеточной сигнализации.
5.1. Ионные каналы
клеточных мембран.
Классическое описание
каналов. Принципы и
механизмы
функционирования ионных
каналов. Ионные каналы в
мембране клетки.
Ионные каналы – поры. Каналы и ионы необходимы для
возбуждения
Номенклатура каналов. Равновесный потенциал и уравнение
Нернста
Вольтамперные характеристики каналов. Ионная
селективность
Сигнализация и ионные потоки.
Потенциал действия – регенеративная волна возрастания
натриевой проницаемости
Прямое измерение токов с помощью фиксации напряжения
Выделение основных компонент токов. Ионные
проводимости отражают изменение проницаемостей.
Описания изменений проводимости в модели ХоджкинаХаксли.
Электровозбудимые натриевые и калиевые каналы в
аксонах. Кальциевые каналы.
Калиевые и хлорные каналы. Лиганд-управляемые каналы в
синаптических передачах.
Модуляция, медленные процессы в синапсах и вторичные
посредники.
Передача сигналов, транспорт ионов, кальциевый выброс,
внутриклеточное связывание.
Структура канальных белков. Элементарные свойства ионов
в растворе. Элементарные свойства пор
Прямое исследование элементарных канальных событий
Селективная проницаемость: принцип независимости
Селективная проницаемость: насыщение и связывание
Механизмы блока. Структура и функция. Модификаторы
воротных процессов.
Воротные механизмы. Клеточная биология и каналы.
Эволюция и разнообразие.
Каналы и болезни. Потенциал покоя клеток.Ионные каналы
это поры в мембране.
Публикации по ионным каналам. Проведение нервного
импульса
Токи и специфические блокаторы каналов.Токсины
животного и
растительного происхождения. Биофизическое тестирование
селективных фильтров и ворот. Первые “картинки” ионных
каналов
Бактериальный калиевый канал. Ионный канал имеет много
разных частей.
Три нервных сигнала. Химический синапс. Движение ионов
создает электрические сигналы в нервных клетках. Что
происходит если при распространении потенциала действия
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
натриевых каналов откроется слишком много, или калиевых
каналов очень мало. Мутации каналов ведут к болезням.
Закон Ома и вольт-амперная характеристика. Емкость
мембраны определяет сколько зарядов нужно переместить
для того, чтобы изменить мембранный потенциал.
Эквивалентная электрическая схема мембраны клетки.
Источники ошибок Особенности культивирования клеток
для электрофизиологических экспериментов. Регистрация
одиночных каналов, встроенных в искусственные липидные
бислои.
5.2. Экспериментальные
процедуры. Электроника в
патч-кламп измерениях.
Обработка результатов
измерений
Специальные методы
работы с патч-кламп.
Применение метода патчкламп для исследования
ионных каналов в клетках.
Подготовка эксперимента. Формирование сверхплотного
контакта.
Регистрация одиночных каналов. Регистрация от целой
клетки.
1. Операционные усилители.
2. Обратимые электроды.
3. Ввод информации в компьютер.
4. Кондиционирование сигналов.Усиление.Фильтрация.
Аналого-цифровое преобразование. Цифро-аналоговое
преобразование
Перфорированный патч. Сканирующая микроскопия.
Атомно-силовая микроскопия. Сканирующая ионная
микроскопия. Измерения концентрации ионов внутри
клетки. Микроскопы.
Флуоресцентная микроскопия. Микроскопы проходящего
света. Микроскопы падающего света. Конфокальная
микроскопия.
Приемники света:
1. Фотоумножители
2. CCD камеры
Электронно-оптические преобразователи: Источники света:
1.
Лампы: ксеноновая, ртутная
2.
Лазеры: аргоновый ионный (Ar), криптоновый (Kr),
фиолетовый 405,
гелий-неоновый (He-Ne), гелий-кадмиевый (He-Cd),
криптон-Аргоновый (Kr-Ar).
Спектральные характеристики ламп: возбуждение и эмиссия,
флуоресценция.
Фильтры:
обычный полосовой (Band Pass) фильтр, стандартный
фильтр (Long Pass), цветоделительные пластинки (dichroic
mirror) под углом 45 градусов.
Свойства фильтров: пропускание света.
Флуоресцентный микроскоп: рrobes for Proteins, DNA Probes,
рrobes for Ions.
Введение в патч-кламп технологию. Варианты патч-кламп.
Применение, преимущества, проблемы. Специальные
приемы.
Установки для патч-кламп метода. Механика. Оптика.
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
Микроманипуляции.
Усилители. Стимуляторы. Обработка данных, анализ.
Геометрические параметры пипеток и мембранные
фрагменты. Научные и технологические аспекты
изготовления пипеток для регистрации токов.
Устройства для вытягивания пипеток. Микрокузницы для
пипеток.
Стеклянные капилляры. Вытягивание микропипеток.
Нанесение защитного покрытия. Полировка кончиков.
Использование пипеток. Держатели для пипеток.
Электроды сравнения.
Тема 28.Техника для измерения емкости клеточной
мембраны.
Отведение сигналов от сомы, дендритов и аксонов нейронах
на срезах мозга.
Совмещение патч-кламп технологии и флуоресцентных
измерений концентрации ионов в цитоплазме клеток.
Простые детекторные системы на базе фотоумножителей.
Системы для регистрации внутриклеточного кальция с
обработкой изображения. Патч-кламп и конфокальная
микроскопия.
Процедуры для работы с внутриклеточными
флуоресцентными индикаторами ионов.
Быстрое приложение агонистов к изолированным
мембранным фрагментам.
Электрохимическое детектирование секреции в отдельных
клетках.
Принципы. Установки. Экспериментальные процедуры и
анализ.
5.3.Электрофизиологически
е процедуры для работы с
ооцитами.
Система для экспрессии на ооцитах. Процедуры и
технологии. Приложения.
Перспективы применения ионного сканирующего
микроскопа в исследовании ионных каналов.
5.4. Введение в
статистический анализ
записей тока через
одиночные каналы.
Сбор данных. Фрагменты записей и постоянная запись.
Фильтрация сигналов. Оцифровка сигналов.
Детектирование событий, связанных с работой канала.
Выбор характеристик фильтра. Установка порога
детектирования. Практический дизайн для анализа.
Характеристики открывания одиночных каналов. Анализ по
уровню половины амплитуды. Непосредственное
определение развития тока во времени.
Характеристика событий с помощью компьютера.
Представление характеристик канала. Гистограммы и
функции распределения вероятностей. Предсказании
незарегистрированных событий. Распределения амплитуд.
Распределение времен открытого и закрытого состояний.
Распределение пачечных событий.
Аппроксимация распределений
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
6. Внутриклеточная
сигнализация.
Внутриклеточный
транспорт.
6.1. Введение. Основные
методические подходы.
Пути поступления
высокомолекулярных
веществ в клетку.
Функции, обеспечиваемые везикулярным транспортом на
уровне организма (секреция, синаптическая передача,
фагоцитоз, репарация мембранных повреждений,
подвижность клеток, морфогенез) и на уровне клетки
(биогенез и гомеостаз органелл). Квазистабильность
внутриклеточных компартментов. Общие представления о
везикулярном транспорте: основные стадии транспортного
процесса (формирование транспортной везикулы на
мембране-доноре, транспортировка к мембране-акцептору;
узнавание, нацеливание, заякоривание; слияние мембран;
рециклирование регуляторных белков к мембране-донору).
Основные группы белков, участвующих в регуляции этих
стадий. Роль молекул-грузов. Малые ГТФазы семейств Rab и
Arf.
Структура GPCR, принцип передачи сигнала через
плазматическую мембрану. Гетеротримерные G-белки регуляция, типы α-субъединиц. Основные пути
сигнализации от GPCR - регуляция аденилатциклазы (αs, αi),
фосфолипазы С (αq), Rho-GTPазы (α12/13). Лиганды GPCR.
Значение GPCR в физиологии.
Пиноцитоз, макропиноцитоз, клатрин-зависимый эндоцитоз
и клатрин-независимый рецептор-опосредованный
эндоцитоз. Характеристики, пространственная организация
и размер инвагинаций. Частные случаи: фагоцитоз, путь
через кавеолы.
Компартменты эндоцитозного пути: ранние эндосомы,
6.2. Эндоцитозный путь.
рециклирующие эндосомы, поздние эндосомы и лизосомы.
Формирование
Ранние эндосомы – основная сортирующая станция
транспортных везикул. Роль
эндоцитозного пути. Морфология эндосом, их локализация.
окаймлений.
Внутривезикулярный рН эндосом и лизосом. Основные
гипотезы регуляции транспорта из ранних в поздние
эндосомы: гипотеза везикул-переносчиков и гипотеза
созревания; гипотеза эндоцитозной сети.
Мультивезикулярные эндосомы, их роль в доставке грузов в
лизосомы и в презентации антигенов в
иммунокомпетентных клетках. Взаимодействие поздних
эндосом и лизосом.Судьба вторичных лизосом.
Формообразование в ходе транспортных процессов
(поддержание или изменение формы везикул и их доменов:
везикулярные и тубулярные органеллы и\или их домены,
образование инвагинаций и т.д.). Физико-химические
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
основы изменения формы мембраны. Механизмы
формирования транспортных пузырьков. Регуляторная роль
окаймлений. Известные типы окаймлений (COP I, COPII,
клатрин-зависимые окаймления и др.) Их структура,
локализация, принципы формирования. Отделение
сформированных транспортных пузырьков от мембраны.
Роль атипичной ГТФазы динамина в отрывании пузырьков и
тубуляции мембран.Роль молекул-грузов в формировании
окаймлений. Как грузы попадают в транспортные пузырьки.
Рецепторы для грузов. Участие клатрина и элементов COPIIокаймления в функционировании плоских сортирующих
платформ на эндосомах. Участие грузов в определении
судьбы везикулы.
6.3. Регуляция слияния
мембран. SNAREрецепторы. Малые ГТФазы
Rab-семейства, их роль в
везикулярном транспорте
организации сортирующих
платформ. Две стадии
слияния мембран (Rabзависимая и SNAREзависимая). Транспортные
функции Rab-белков,
отличные от регуляции
слияния мембран.
6.4. Rab-белки как «топменеджеры» клетки. Роль
убиквитинирования в
регуляции везикулярного
транспорта белков.
Полифункциональность
убиквитин-лигазы с-Cbl.
NSF-SNAP-SNARE – комплекс. Структура NSF и SNAP. Vи t-SNARE. Структура SNARE-комплекса. “Q+R”
номенклатура. Стадии слияния, опосредуемые SNAREкомплексом. Активация t-SNARE. Протекторный белок
семейства n-Sec1. Роль NSF. Как SNARE –комплекс
обеспечивает специфичность слияний на каждой стадии
транспортного пути. Как состав SNARE-комплексов
оркеструет различные стадии одного и того же пути.
Структура Rab-белков. Компартментспецифичность.
Эффекторы, регулирующие цикл обмена нуклеотидов на
Rab-белках (GAPs and GEFs). Механизмы, используемые
клеткой для координации прохождения грузов по
определенным транспортным путям.Цикл Rab-белка после
синтеза. REP-белок. Рабочий цикл Rab-белка. GDI, GDF
белки. Белковые эффекторы, обеспечивающие
функционирование Rab-белков как регуляторов слияния
мембран - факторы дистанционного сближения (tethers).
Примеры (ЕЕА1, рабаптин 5, Exocyst).
Их координация (как Rab-белки регулируют образование
SNARE-комплексов). Роль ионов Са2+ в регуляции слияния.
Кальциевые каналы как грузы и как регуляторы слияний.
Ремоделирование липидных бислоев, приводящее к слиянию
мембран. Пора слияния. Фликеринг. Роль субъединицы Vo
протонной вакулоярной помпы в опосредовании слияния
мембран.
Представление о мозаичности мембран (доменной
структуре) и сортирующих платформах. Роль Rab-белков в
формировании сортирующих платформ (на примере Rab5,
Rab4 и рабаптина4). Rab-белки и координация сигнальных и
транспортных процессов.
Ферменты убиквитинирующей системы. Классификация
убиквитин-лигаз. Примеры убиквитин-лигаз. Типы
убиквитинирования: моно-, мульти- и
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
Убиквитин-подобные белки
АДФ-рибозилирование.
Липиды и везикулярный
транспорт.
полиубиквитинирование. Убиквитинирование белков-грузов
и регуляторных белков. Убиквитин-узнающие домены.
Моноубиквитинирование – сигнал интернализации и
механизм негативной регуляции, мультиубиквитинирование
– сигнал доставки грузов во внутренние пузырьки
мультивезикулярных тел. Полиубиквитинирование – сигнал
протеасомной деградации. Примеры. Доменная структура.
Ассоциация c-Cbl с адаптерами и ферментами, участие в
процессах сигнализации. Регуляция активности через
фосфорилирование по тирозину. Негативная регуляция.
Убиквитинирование тирозинкиназных рецепторов. Связь
убиквитин-зависимых механизмов сортировки белков с
направлением инвагинации мембраны.
(Sumo, Nedd8, Apg), их роль в транспортных процессах
(эндоцитоз, аутофагия). Ферменты убиквитин-подобных
систем.Стадии развития аутофагоцитозного процесса.
Проблема биогенеза мембран аутофагосом. Действие
Брефельдина А на мембраны аппарата Гольжди, эндосом и
лизосом. БрефельдинА препятствует сборке COPIокаймления. Роль истощения клеток по АДФ-рибозе в
развитии эффекта Брефельдина А. BARS50 и
глицерофосфатдегидрогеназа GADPH, их участие в
регуляции тубуляции мембран.
Классификация мембранных липидов. Представление о
гелевой и жидкой фазах. Гипотеза «инертной платформы».
Ассиметричная локализация липидов в мембранах.
Липидные «территории». Взаимодействия с белками.
Понятие о рафтах. Свойства, примеры. Роль липидов в
сортировке белков. Избирательный транспорт липидов в
зависимости от их свойств. Участие липидов в
формообразовании и изменении кривизны мембран.
6.5. Роль цитоскелета в
позиционировании
органелл. Цитоскелет и
везикулярный транспорт
Как функционирует
транспортная машинерия
(на примере эндоцитоза
рецептора ЭФР).
Везикулярный транспорт в
митозных клетках.
Микрофиламенты, промежуточные филаменты,
микротрубочки. Динамическая нестабильность.
Тредмиллинг. Моторные белки. Позиционирование
органелл. Роль микротрубочек и актина в определении
положения аппарата Гольджи, лизосом и эндосом.
Поляризация клеток
«Груз» регулирует свой собственный эндоцитоз:
активированный рецептор ЭФР стимулирует RIN1- GEF для
Rab5. Роль Rab5 в регуляции слияний на ранних эпапах
эндоцитоза. Роль Rab5 как организатора сортирующей
платформы для доставки рецепторов ЭФР в поздние
эндосомы. Рекрутирование фосфоинозитол-3-киназы Vps34.
Убиквитинирование рецептора убиквитин-лигазой c-Cbl.
Роль Vps34 и Cbl в координации последовательного
взаимодействия рецептора ЭФР с сортирующими
комплексами HRS\SNX1, ESCRTI, II и III.
Что происходит с везикулярным транспортом в митозе.
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
6.6. Эндоцитоз и передача
сигнала
Патологии, связанные с
нарушениями
функционирования
транспортных систем.
Поведение мембран аппарата Гольджи и
эндоплазматического ретикулума в митозе. Роль экзоцитоза
в образовании мембран при разделении дочерних клеток.
История вопроса. Участие эндоцитоза в процессах
внутриклеточной сигнализации. Даун-регуляция сигнальных
рецепторов. Методические подходы к разделению сигналов
с поверхностных и эндоцитированных рецепторов, их
недостатки. Доказательства стимуляции сигналов с
интернализованных рецепторов (примеры). «Нестабильность
динамики» эндоцитоза. Синаптическая передача. Транспорт
в системе меланоцит-кератиноциты.
Синдромы, связанные с нарушениями механизмов
сортировки (липидозы, или болезни накопления; синдром
Хермански-Пудлака). Заболевания, вызываемые
нарушениями в функционировании компонентов Rabсистемы (синдромы Грисцелли, Х-связанной ментальной
ретардации, хороидермия). Нейродегенеративные
заболевания. Эндоцитоз – путь попадания в клетку многих
вирусов и бактерий. Сайты выхода интернализованных
вирусов в цитоплазму. Фагоцитоз и бактериальные
инфекции. Стратегии, используемые бактериями для
подавления их доставки в лизосомы. Судьба холерного
токсина после попадания в эндосомы. Токсин ботулизма и
синаптические SNARE.
7. Методы клеточной
биологии.
Культивирование клеток
вне организма. Стволовые
клетки.
7.1. Культивируемые клетки
как основа клеточных
технологий. Технология
получения и поддержания
клеточных культур
История развития методологии поддержания
жизнеспособности клеток и тканей вне организма.
Становление методов получения клеточных линий,
необходимых для решения задач вирусологии, цитологии,
молекулярной биологии. Представления о производстве
вакцин, биологически активных молекул, тест систем.
Знания о роли культур клеток в исследовании процессов
дифференцировки, межклеточных взаимодействий,
механизмов трансформации нормальных клеток в
злокачественные. Знания о методах выделение и
культивирование клеток человека и животных вне
организма, видах клеточных культур: первичные культуры,
диплоидные линии клеток с ограниченным сроком жизни,
постоянные линии клеток; изменчивости клеток в процессе
культивирования, спонтанном и направленном
формировании постоянных линий клеток, способах
культивирования клеток.
Знания и представления об основных морфологических
типах клеток в культуре, гетерогенности клеточных
популяций. Знания о механизмах, лежащих в основе
возможности культивирования первичных и постоянных
клеточных линий.
Знания о методах выделения клеток из тканей, создания
необходимых условий для роста клеток в культуре,
питательных средах и их составе, роли сыворотка крови,
Разделы дисциплины
Типы
клеточных
культур,
различия
и
изменчивость
свойства
клеточных
линий.
Коллекция
клеточных
культур
Контаминация клеточных
линий микроорганизмами.
Криоконсервация
клеточных линий.
7.2.
7.3. Клеточные технологии
восстановления
поврежденных тканей и
органов.
Клеточные
технологии
в
терапии
различных патологий:
терапия кожного покрова;
сердечнососудистой
системы;
дефекты
костной
и
хрящевой тканей;
желез внутренней секреции
Содержание разделов дисциплины
бессывороточных средах. Буферные системы,
культивировании на поверхностях или в суспензии,
поддержании стабильных условий окружающей среды
Первичная культура, иммортализованная линия, кариотип,
диплоидные или неиммортализованные линии, постоянные
или иммортализованные линии. Понятие о кариотипе.
Комплектация коллекции клеточных культур:
1.Коллекция культур клеток позвоночных.
2. Коллекция культур клеток человека и животных для
исследований в области вирусологии.
3.Коллекция перевиваемых соматических клеток
позвоночных.
4. Коллекция перевиваемых соматических клеток
позвоночных медицинского назначения.
5.Коллекция перевиваемых соматических клеточных
культур сельско-хозяйственных и промысловых животных.
6.Коллекция соматических клеток человека от больных
наследственными заболеваниями.
7.Всероссийская коллекция постоянных линий клеток
беспозвоночных.
8. Всероссийская коллекция клеток высших растений.
9.Коллекция генетически трансформированных pRi корней
высших растений.
Основные задачи Российской коллекции клеточных культур.
Характеристики клеточных линий по определенным
параметрам. Представления о становлении методологии
криоконсервации клеточных линий, роли клеточного и
внеклеточного льда в консервации клеток, методы борьбы с
этими явлениями, двухфакторная гипотеза
криоповреждений.
Представления об успехах криобиологии в развитии методов
длительного сохранения клеточных культур, устройстве
криобанка, типах фризеров, применяемых для
криоконсервации, методах сверхбыстрого охлаждения
биологических объектов для криоконсервации.
Методология культивирования эпителиальных клеток,
исходном материале и методы выделения кератиноцитов.
Питательные среды, применяемые при культивировании
клеток кожи. Представления о влиянии мультипотентных
мезенхимальных стромальных клеток и
нефракционированных ядросодержащих клеток костного
мозга на регенерацию ишемизированного миокарда, методах
выделения первичной культуры мезенхимальных
стромальных клеток костного мозга.
Строение костной ткани. Очаги стволовых клеток в костной
ткани. Использование мезенхимальных стволовых клеток
костного мозга для направленной диффернцировки в
остеогенном направлении.
Использование мезенхимальных стволовых клеток костного
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
мозга для направленной диффернцировки в хондрогенном
направлении.
Субстраты как матрицы для формирования 3-мерных
клеточных культивируемых структур для устранения
дефектов костной ткани.
Гипотериоз, диабет, болезнь Альцгеймера, синдром
Паркинсона.
Использование первичных культур клеток поджелудочной
железы для компенсации функций поджелудочной железы
при диабете.
Использование первичной культуры клеток нервной ткани
для восстановления проводимости нервной ткани при
болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Использование первичной культуры клеток коры
надпочечников для восстановления функции надпочечников.
7.4. Эмбриональные
стволовые клетки человека.
Стволовые клетки
взрослого организма
Знания о стволовых клетках кроветворной системы,
стволовых клетках различных тканей, их свойствах,
особенностях ассиметричного митоза, способности к
самоподдержанию, тканеспецифичных стволовых клетках,
плюрипотентности, мультипотентности стволовых клеток,
типах стволовых клеток костного мозга.
Представления о методах выделения и поддержания
стволовых клеток в культуре, методах контроля за
недифференцированного состояния стволовых клеток.
Плюрипотентность, тотипотентность, прогениторные клетки
Новый тип клеточных линий-эмбриональные стволовые
клети (ЭСК), источники получения ЭСК, основные
характеристики линий ЭСК, методы и среды
культивирования ЭСК, использование ЭСК в
регенеративной медицине: возможности и перспективы,
стабильность генома ЭСК, гетерогенность популяционного
состава колоний ЭСК, факторы, влияющие на возможности
использования ЭСК в регенеративной.
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
8.Онтогенез,
молекулярные и
клеточные основы.
8.1. Закономерности
развития многоклеточных
животных. Принципы
организации про- и
эукариот.
Принципы организации и функционирования генома у прои эукариот. Развитие одноклеточных эукариот. Генетические
механизмы кодирования биологической сложности у про- и
эукариот. Направления эволюции. Основные типы развития
животных
8.2. Общая характеристика
дробления. Гаструляция:
зародышевые листки и
внезародышевые оболочки.
Классификация и особенности типов дробления у разных
групп организмов (асцидии, иглокожие, амфибии,
моллюски, птицы, насекомые, млекопитающие).
Голобластические типы дробления (радиальное, спиральное,
билатеральное, чередующееся). Меробластические типы
дробления (дискоидальное, поверхностное).
Гаструляция у иглокожих, амфибий, птиц и млекопитающих.
Типы морфогенетических движений, роль белков клеточной
поверхности, перестройка цитоскелета. Генетический
контроль клеточных миграций.
Первичноротые и вторичноротые животные. Формирование,
строение, функция внезародышевых оболочек. Критические
периоды развития.
8.3. Раннее развитие
позвоночных: производные
эктодермы, производные
энтодермы и мезодермы.
Раннее развитие
позвоночных: детерминация
судьбы клеток и их
дифференцировка
Формирование
пространственной
организации.
Органо- и гистогенез производных эктодермального
зародышевого листка. Образование нервной трубки,
формирование отделов головного мозга. Дифференцировка
клеток нервной системы. Развитие глаза и органов чувств.
Миграция клеток нервного гребня, его производные.
Образование многослйного эпидермиса, взаимодействие с
мезодермой, формирование их производных.
Производные энтодермы. Пищеварительная трубка и ее
производные (органы пищеварения, печень, поджелудочная
железа, желчный пузырь, ротовая полость, глоточные
карманы). Образование органов дыхания.
Производные мезодермы. Хордомезодерма, ее значение.
Дорсальная мезодерма (дифференцировка сомитов,
миогенез, остеогенез). Мезодерма боковых пластинок
(соматическая и спланхическая мезодерма, целом, сердце,
формирование кровеносных
сосудов, локализация гемопоэза). Промежуточная мезодерма
(органы выделения и протоки половых желез). Гипотезы
преформации и эпигенеза. Автономная детерминация и
мозаичный тип развития. Зависимая детерминация и
регуляционный тип развития. Первичная эмбриональная
индукция, компетенция и вторичная индукция.
Молекулярная природа индукторов. Соотношение процессов
детерминации и дифференцировки. Эпителиальномезенхимные взаимодействия. Градиентные модели
позиционной информации. Генетика формирования
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
пространственной организации дрозофилы. Формирование
анимально-вегетативного, дорсо-вентрального градиента и
терминальных структур. Сегрегационные и гомеозисные
гены. Гены материнского эффекта. Открытие гомеозисных
генов, их роль в развитии.
Роль гомеобокссодержащих генов в развитии
млекопитающих. Характеристика экспрессии гомеозисных
генов. Гены, контролирующие гомеозисные гены.
8.4. Регуляция экспрессии
генов в процессе развития.
Клеточные взаимодействия
в развитии.
Детерминация пола и ее
молекулярно-генетические
основы. Программы
развития.
Дифференциальная экспрессия генов. Регуляция экспрессии
генов на уровне транскрипции. Механизмы
дифференциальной транскрипции генов. Гетерохроматин.
Селективная транскрипция генов транскрипция глобиновых
генов. Функциональные различия отцовских и материнских
геномов. Регуляция экспрессии генов на уровне процессинга
РНК (образованию различных иммуноглобулинов в ходе
дифференцировки В-лимфоцитов). Регуляция экспрессии
генов на уровне трансляции (продукция гемоглобина).
Посттрансляционная активация и инактивация белков (на
примере коллагена I).
Роль клеточной поверхности в пространственной
упорядоченности клеток и процессах морфогенеза. Способы
клеточной миграции. Изменение клеточной мембраны в
процессе развития. Молекулы клеточной адгезии. Молекулы
адгезии клеток к субстрату. Клеточные контакты.
Внеклеточный матрикс. Контактные модификации и
морфогенез. Сигналинг при межклеточных взаимодействиях
и при взаимодействии клеток с внеклеточным матриксом
Различные типы определения пола в животном мире.
Детерминация пола с помощью половых хромосом. Роль
факторов внешней среды в формировании пола. Развитие
гонад у млекопитающих. Участие гормонов в формировании
внутренних органов и становлении полового фенотипа.
Контроль детерминации пола у млекопитающих: гены Yхромосомы, аутосомные гены. Генетические мутации,
связанные с инверсией пола. Формирование и изменение
вторичных половых признаков
Формирование конечности у высших позвоночных.
Морфогенетическое поле конечности. Формирование осей
развивающейся конечности. Активность гомеозисных генов
и генов, участвующих в трансдукции сигналов. Индукция
апикального эктодермального гребня, формирование зоны
«прогресса». Зона поляризующей активности. Роль факторов
роста в определении судьбы клеток. Поздние этапы развития
конечностей млекопитающих: замена хряща костной тканью
конечности, образование скелетных мышц, их иннервация.
8.5. Доимплантационное
Периодизация онтогенеза млекопитающих. Особенности
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
развитие млекопитающих
Общая характеристика
развития млекопитающих.
Строение репродуктивной
системы.
строения репродуктивной системы и эмбрионального
развития млекопитающих. Происхождение и значение
клеток зародышевой линии (ППК). Основные события
предзародышевого периода развития.
Динамика развития эмбриона в течение
доимплантационного периода. Органы мужской половой
системы и их роль в сперматогенезе и оплодотворении.
Клеточное строение семенника. Строение и функциональное
состояние зрелого, обладающего оплодотворяющей
способностью спермия
Органы женской половой системы. Строение яичника,
фолликулярный цикл и его регуляция
8.6. Мейоз. Стадии
развития мужских и
женских половых клеток.
Циклические изменения
состояния женской
репродуктивной системы.
Межклеточные
взаимодействия в ходе
развития половых клеток.
Гаметогенез, место мейоза в гаметогенезе. Структура
мейотического цикла, сходство и различие с митотическим
клеточным циклом. События профазы первого деления
и их значение. Дальнейший ход мейоза, значение первого и
второго делений мейоза. Регуляция делений мейоза, роль
MPF и CSF. Основные этапы сперматогенеза, его
гормональная регуляция. Особенности сперматогенного
мейоза.
Основные этапы оогенеза, его гормональная регуляция.
Овуляция, строение и функциональное состояние
овулировавшей яйцеклетки.
Понятие о половых циклах самок млекопитающих, их
биологической роли. Структура и регуляция овариальноменструального цикла человека.
8.7.
Организация
и
функциональное состояние
зрелых
гамет.
Оплодотворение: события
происходящие
на
клеточном и молекулярном
уровне.
Общая
характеристика дробления
зародышей
млекопитающих.
Формирование
зиготы,
активация эмбрионального
генома,
первичная
цитодифференцировка.
Оплодотворение: последовательность событий.
Функциональное состояние готовых к оплодотворению
гамет. Дистантные взаимодействия гамет. Контактные
взаимодействия гамет. Активация метаболизма яйца. Стадия
зиготы как период интеграции родительского генетического
материала и формирования эмбрионального генома.
Структура клеточного цикла делений дробления.
Особенности дробления млекопитающих. Основные события
периода дробления у млекопитающих и их связь с
внутриутробным развитием эмбриона.
8.8.
Формирование
бластоцисты,
характеристика клеточных
линий,
находящихся
в
составе
бластоцисты.
Имплантация
и
формирование плаценты.
Зародыш 2-8-клеточной стадии. Зародыш 8-16 –клеточной
стадии. Поляризация бластомеров и компактизация
зародыша. Стадия морулы и начало процесса первичной
цитодифференцировки.
Формирование бластоцисты, особенности строения ТЭ и
ВКМ. Биологическое значение раннего выделения
первичных клеточных линий. Завершение
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
доимплантационного периода развития эмбриона и
подготовка к имплантации.
Имплантация, ее биологическое значение. Взаимодействие
матери и плода в ходе имплантации. Изменения зародыша в
ходе имплантации. Изменения слизистой оболочки матки в
ходе имплантации. Типы имплантации. Регуляция
имплантации. Нарушения имплантации. Хронология
имплантации у человека. Плацента, ее биологическая роль.
Типы плаценты. Формирование плодной части плаценты.
Функции плаценты. Близнецы.
8.9. Использование
эмбриональных клеток
для коррекции
репродуктивной функции
человека ив
заместительной
клеточной терапии.
Периодизация и
развития человека.
основные
события
эмбрионального
8.10 Нормальный кариотип Пренатальная и доимплантационная диагностика
и нарушения кариотипа у наследственных заболеваний. Методы вспомагательной
человека.
репродукции. Эпигенетический контроль раннего
эмбрионального развития млекопитающих.
8.11. Уровни клеточной
пластичности,
характеристика
плюрипотентного состояния
клетки,
плюрипотентные
клетки в тканях и органах.
8.12. Репрограммирование
ядер
эмбриональных
и
соматических
клеток:
методические подходы и
механизмы реализации.
8.13. Репродуктивное
терапевтическое
клонирование.
и Возможности
использования
терапевтического
клонирования человека в заместительной клеточной
терапии. Перспективы использования клонирования для
получения трансгенных животных - суперпродуцентов
лечебных белков.
8.14.
Прямое Использование индуцированных плюрипотентных клеток репрограммирование ядра новое направление развития заместительн6ой клеточной
соматической клетки.
терапии.
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
9. Методы
люминесцентной,
конфокальной и
электронной
микроскопии.
9.1. Световая микроскопия.
Цели и задачи световой микроскопии. Области применения.
Ограничения метода. Теоретические основы световой
микроскопии: оптическая схема, увеличение, разрешающая
способность, контраст. Устройство современного светового
микроскопа. Прямой и инвертированный микроскоп.
Освещение в проходящем и отраженном свете.
Люминесценция. Подготовка препаратов для биологических
исследований. Цитохимические методы контрастирования.
Оптические методы контрастирования: темное поле,
фазовый и интерференционный контраст.
9.2. Видеомикроскопия.
Применение. Принципы и ограничения. Цифровое
разрешение. Типы видеосистем. Сопряжение с микроскопом.
Методы обработки изображений. Количественные
измерения. Документирование и хранение информации.
9.3. Конфокальная
микроскопия.
Принципы. Схема конфокального микроскопа.
Разрешающая способность. Методы исследования.
Применения. 4-пи конфокальная микроскопия.
Мультифотонная микроскопия. Новейшие методы: FRAP,
FRET, TIRFM, FLIM.
Сверхразрешающая микроскопия: SIM,STED,PALM,STORM
Физические основы электронно-микроскопической техники.
Электронные микроскопы. Основные методы
препарирования биологических объектов. Фиксация,
замораживание, заливка, низкотемпературная заливка.
Ультратомия, криоультрасрезы. Электронномикроскопическая гистохимия. Электронномикроскопическая авторадиография. Специальные методы
исследования. Сканирующая электронная микроскопия.
9.4. Электронная
микроскопия.
10. Цикл семинаров
«Использование клеток
эмбрионального
происхождения в
заместительной
клеточной терапии и
коррекции
репродуктивной функции
человека»
1. Эмбриональные стволовые клетки и возможности их
использования.
2. Определение стволовой клетки (СК), источники
стволовых клеток в организме, основные характеристики
СК, клеточная пластичность, маркеры плюрипотентного
состояния клетки.
3. Классификация СК, различия между СК взрослого
организма и СК эмбрионального происхождения. Получение
эмбриональных стволовых клеток и возможности их
использования.
4. Клеточные технологии и тканевая инженерия, генноинженерные технологии.
Разделы дисциплины
Содержание разделов дисциплины
11.
Цикл
семинаров
«Фундаментальные
и
прикладные
аспекты
регенеративной
биологии»
1. Регенерация у животных и человека: распространение
регенеративных способностей в животном мире.
2. Классификация тканей человека и животных по характеру
обновления.
3. Варианты обновления клеточного состава различных
тканей. Стволовые клетки и клетки-предшественники.
4. Репаративная регенерация: виды восстановительных
процессов у животных и человека.
5. Прикладные исследования регенеративных процессов.
6. Регенеративные возможности человека и животных при
патологических процессах, регуляция
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В преподавании дисциплины «Клеточная биология, цитология, гистология»
используются преимущественно традиционные образовательные технологии:
– лекции;
- практические занятия посвящены подготовке докладов на заданные темы;
- самостоятельная работа аспирантов направлена на подготовку к практическим
занятиям и включает различные интернет-технологии.
- в преподавании курса следует применять современные технологии, такие как
проблемное обучение, междисциплинарное обучение.
По методике проблемного обучения можно предложить слушателям теоретически
осветить одну из проблем, разрабатываемых в области клеточной биологии в ИНЦ РАН.
Сообщение, сделанное аспирантом, можно рассматривать и как решение теоретической
проблемы и как самостоятельную работу.
6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Темы практических занятий:
1. Световая микроскопия.
2. Видеомикроскопия
3. Конфокальная микроскопия.
4. Электронная микроскопия.
5. Цикл семинаров «Фундаментальные и прикладные аспекты регенеративной
биологии»
7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
7.1.Критерии оценивания
Оценкой успешной работы аспиранта при освоении дисциплины «Клеточная
биология, цитология, гистология» и еѐ вклад в формирование результатов обучения
(компетенций) выпускника следует считать приобретение им:
знания о строении и функционировании живых клеток различных
организмов, клеточных органелл, внутриклеточной компартментализации;
знания о клеточном цикле и его фазах;
знания о структуре хромосом, хромосомных повреждениях, ДНК как
носителе наследственной информации;
знания о фундаментальных концепциях регуляции внутриклеточных
процессов;
знания о ионных механизмах клеточной сигнализации;
знания о механизмах клеточной дифференцировки, малигнизации,
канцерогенеза, программированной смерти клеток;
знания о стволовых клетках различной природы и направленности в
организме;
умения ориентироваться в научной литературе, критически оценивать
методы для решения экспериментальных задач.
7.2. Оценочные средства
Оценка успешности освоения аспирантом дисциплины «Клеточная биология,
цитология, гистология» включает посещение лекций, самостоятельное подготовка
отдельных разделов курса, активное участие в семинарах, успешная сдача зачета и
госэкзамена. Успешная сдача кандидатского экзамена по специальности 03.03.04
Клеточная биология, цитология, гистология.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
8.1. Адрес сайта курса: http://www.cytspb.rssi.ru
8.2. Рекомендуемая литература
Основная литература
1.Комаров С.А. Клеточная биология. Учебное пособие. Из-во СПбГПУ. 2011 г.
2. Ченцов Ю.С. "Цитология с элементами целлюлярной патологии. Учебное
пособие для университетов, М. Мединформагентство. 2010 г.
3. Попов Б.В. "Введение в клеточную биологию стволовых клеток" Уч. пособие
СПб. СпецЛит. 2010 г.
4. Е.С. Корнилова. Везикулярный транспорт и передача внутриклеточного сигнала..
2011. Учебное пособие. Изд-во СПбГПУ.
5. Е.С. Корнилова. Регуляция внутриклеточных процессов. 2010. Уч. пособие. Из-во
СПбГПУ
6. "Животная клетка в культуре (методы и применение в биотехнологии)" под. ред.
Л.П. Дьяконова. 2009 г. М. Спутник,
7. Пинаев Г.П., Полянская Г.Г., Блинова М.И. и др. «Клеточная биотехнология».
2011. Учебное пособие. УМО техническая физика. Изд-во СПбГПУ.
8. "Методы культивирования клеток" под. ред. Г.П. Пинаева., М.С. Богдановой.
СПб. Из-во СПбГПУ 2008 г.
9. Реунов А.В. "Литическая функция клеток". 2008г. М."Наука"
10. Верещагин В.А. "Основы общей цитологии" Уч. пособие для ВУЗ'ов. М. Из-во
Центр Академия. 2007 г.
11. Александрова С А., Боголюбова Н.А. «Молекулярные и клеточные основы
онтогенеза». 2011. Учебное пособие. УМО Техническая физика. Изд-во СПбГПУ
12. Штейн Г.И. "Руководство по конфокальной микроскопии". Из-во СПбГПУ,
2007г.
Дополнительная литература
1. Дондуа А. К. Биология развития. 2005 г. Учебник в 2 т. Т. I: Начала
сравнительной эмбриологии. Т. 2: Клеточные и молекулярные аспекты индивидуального
развития. СПб. Изд-во СПбГУ.
2. Казаков В.И. Усманова Н.М. Генная инженерия. Микроорганизмы. 2010. Учебное
пособие. УМО Техническая физика. Изд-во СПбГПУ
3. Епифанова О.И. "Лекции о клеточном цикле". 2003 г. М. ООО КМК.
4. Essentials of stem cell biology. 2009.Eds.R. Lansa et al. Amsterdam: Elsevier
5. Encyclopedia of molecular cell biology and molecular medicine. 2004-2005. Ed. R.A.
Meyers. Second ed. V.118.N.Y., Wiley-VCH.
Электронные и Internet-ресурсы:
http://www. nature.com/biotechnology
http://www.publ.asc.org
http://www.annualrevierws.org
http://www.oxfordjournals.org
http://www.tandf.co.uk/journals/
http://www.springerlink.com
http://www.sciencedirect.com/science
9. МАТЕРИАЛЬНО - ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
1. Чтение курса лекций осуществляется в учебной аудитории или малом конференц - зале
Института цитологии РАН.
2. Преподаватель может использовать компьютер ACER Model ZL1 с приставкой In
FOCUS Model LP70 и любое иллюстративное оборудование, которым располагает
Институт цитологии.
3. Чтение лекций осуществляется с использованием интерактивной презентации авторской
разработки.
4. Лаборатории Института цитологии РАН, оснащенные современным оборудованием.
5. Фонды Библиотеки РАН.
Федеральное агентство научных организаций
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ
ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
(ИНЦ РАН)
Заместитель директора по науке
ИНЦ РАН
д.б.н.
___________________ Скарлато С.О.
"____" __________________2014 г.
Фонд оценочных средств
ООП Клеточная биология, цитология, гистология
направление подготовки 06.06.01. Биологические науки
специальность 03.03.04. Клеточная биология, цитология, гистология
Санкт-Петербург
2014 г.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения дисциплины Клеточная биология, цитология, гистология является
подготовка специалистов высшей квалификации для фундаментальной и прикладной
науки в области клеточной биологии, цитологии и гистологии, обладающих
современными теоретическими знаниями и экспериментальной подготовкой, способных
формулировать научные и прикладные задачи и предлагать подходы для их решения,
имеющих профессиональную подготовку преподавания в высшей школе, нацеленных на
совершенствование и развитие своего научного потенциала и своей личности.
Задачей освоения курса Клеточная биология, цитология, гистология является:
- формирование у слушателей навыков научно-исследовательской работы;
-
- формирование комплексного подхода в теоретическом и методическом освоении
исследуемой тематики;
- критического подхода в оценке собственных результатов и их места
общемировых достижениях по данной проблеме.
в
Результаты обучения (компетенции) аспиранта, на формирование которых
ориентировано изучение дисциплины «Клеточная биология, цитология, гистология»
Код
Результат обучения (компетенция) аспиранта
ОПК-1
способностью самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую
деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием
современных методов исследования и информационно-коммуникационных
технологий
ОПК-2
готовностью к преподавательской деятельности по основным образовательным
программам высшего образования
УК-1
способностью к критическому анализу и оценке современных научных
достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и
практических задач, в том числе в междисциплинарных областях
УК-2
способностью проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том
числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного
мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки
УК-3
готовностью участвовать в работе российских и международных
исследовательских коллективов по решению научных и научнообразовательных задач
УК-4
готовностью использовать современные методы и технологии научной
коммуникации на государственном и иностранном языках
УК-5
способностью планировать и решать задачи собственного профессионального и
личностного развития
ПК-1
способность самостоятельно выполнять научные исследования для изучения
параметров объектов и процессов с использованием общепринятых и
специально разработанных методических подходов
ПК-2
способность вскрыть физическую, естественнонаучную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их
структурный и функциональный анализ
ПК-3
способность демонстрировать и использовать углубленные теоретические и
практические знания фундаментальных и прикладных наук в, в том числе и тех,
которые находятся на передовом рубеже современной науки
ПК-4
способность получать, обрабатывать и систематизировать научную
информацию по теме исследования, выбирать и обосновывать методики и
средства решения поставленных задач
Планируемые результаты изучения дисциплины, обеспечивающие достижение
цели изучения дисциплины «Клеточная биология, цитология, гистология» и еѐ вклад в
формирование результатов обучения (компетенций) :
знания о строении и функционировании живых клеток различных
организмов, клеточных органелл, внутриклеточной компартментализации;
знания о клеточном цикле и его фазах;
знания о структуре хромосом, хромосомных повреждениях, ДНК как
носителе наследственной информации;
умение ориентироваться в научной литературе, отечественной и
зарубежной, критически оценивать методы для решения экспериментальных
задач;
умение представить полученные результаты, подтвердить их достоверность
с помощью статистических методов, представить полученные результаты
устно;
способность на основе целостного, системного научного мировоззрения
формулировать научные идеи, предлагать пути и методы реализации этих
идей с привлечение философских и мировоззренческих знаний.
По окончании изучения дисциплины аспиранты должны
владеть:
знаниями о современном состоянии науки в области строения клеток
различных организмов и тканей, о закономерностях контроля клеточного
цикла, о фундаментальных концепциях регуляции внутриклеточных
процессов;
иметь навыки участия в научной дискуссии, принятия независимых
суждений и самостоятельных решений, свободно ориентироваться в
теоретической и методической базе, отстаивать свою точку зрения;
навыками изложения и обсуждения собственных экспериментальных
данных в виде научной статьи.
Результаты изучения дисциплины используются в ходе изучения таких дисциплин
как «Регуляторные механизмы экспрессии генома», «Везикулярный транспорт и
передача внутриклеточного сигнала», «Генная инженерия», педагогической
практики и научно-исследовательской работы и при подготовке выпускной
квалификационной работы аспиранта.
2. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
2.1.Критерии оценивания
Оценкой успешной работы аспиранта при освоении дисциплины «Клеточная
биология, цитология, гистология» и еѐ вклад в формирование результатов обучения компетенций выпускника следует считать приобретение им:
знания о строении и функционировании живых клеток различных
организмов, клеточных органелл, внутриклеточной компартментализации;
знания о клеточном цикле и его фазах;
знания о структуре хромосом, хромосомных повреждениях, ДНК как
носителе наследственной информации;
знания о фундаментальных концепциях регуляции внутриклеточных
процессов;
знания о ионных механизмах клеточной сигнализации;
знания о механизмах клеточной дифференцировки, малигнизации,
канцерогенеза, программированной смерти клеток;
знания о стволовых клетках различной природы и направленности в
организме;
умения ориентироваться в научной литературе, критически оценивать
методы для решения экспериментальных задач.
2.2. Оценочные средства
2.2. Оценочные средства
Промежуточная аттестация проводится на семинаре.
Вопросы семинара:
1. Клеточные теории. Современные интерпретации клеточной теории
Шлейдена и Швана.
2. Эволюционные представления о возникновении клеток.
3. Клеточные мембраны; транспорт через клеточные мембраны;
компартменты клеточных мембран.
4. Репродукция клеток. Интерфазхные периоды клеточного цикла.
5. Клеточные циклы. Митоз. Мейоз.
6. Митохондрии. Ультраструктура митохондрий. Энергообеспечение
клетки.
7. Строение сократительного аппарата мышечной клетки.
Формирование миофибрилл в процессе дифференцировки мышечной
клетки.
8.Миозин, его строение. Легкие и тяжелые цепи, формирование толстых
нитей, стадии гидролиза АТФ. Актин, его структура. Изоформы актина и их
различия. Распределение изоформ в мышечной клетке. Полимеризация
актина, стадии процесса, роль дивалентных катионов
9. Быстрый и медленный концы полимера, тредмилинг. Взаимодействие мономеров
в полимере.
10. Сокращение мышц. Молекулярный механизм.
11. Циклическое взаимодействие миозина с актином. Роль тропомиозина и
тропонинов.
12. Актиновый цитоскелет немышечных клеток.
13. Методы клеточной биологии. Культивирование клеток вне организма
14. Ионные каналы клеточных мембран. Принципы и механизмы
функционирования ионных каналов.
15. Использование эмбриональных клеток для коррекции репродуктивной
функции человека ив заместительной клеточной терапии.
16. Закономерности развития многоклеточных животных. Принципы
организации про- и эукариот. Последовательность событий при гаструляции у
морского ежа. Типы морфогенетических движений, роль белков клеточной
поверхности, перестройка цитоскелета.
17. Основные внутриклеточные транспортные пути.
Биосинтетический путь, основные компартменты, их функция.
Эндоцитозный
путь, основные компартменты. Их функция.
Альтернативные модели транспорта (на примере аппарата Гольджи и
эндоцитозного пути).
18. Определение понятия «регенерация». Физиологическая регенерация: место в
обеспечении жизнедеятельности организма, варианты обновления клеточного
состава различных тканей (примеры). Репаративная регенерация: виды
восстановительных процессов (типичные, атипичные; примеры).
19. Основные направления клеточной биотехнологии. Достоинства и недостатки
культур клеток и бактерий при использовании их
в биотехнологическом
производстве.
20. Активные формы кислорода и пути их образования. Перекись водорода как
биоактивная молекула в животных и растительных клетках (защитная и сигнальная
функции, S-глутатионилирование).
Тесты:
Раздел Опорно-двигательный аппарат клетки - цитоскелет
1) Сократительный аппарат мышц состоит из:
а) мембран
б) толстых нитей
в) тонких нитей
г) вакуолей
д) ответы б и в вместе
2) Цитоскелет состоит из:
а) ДНК
б) РНК
в) белков
г) полисахаридов
3) Основными белками цитоскелета являются:
а) альбумин
б) миозин
в) тубулин
г) фосфокиназа
д) ответы б и в вместе
4) В состав фокальных контактов входят:
а) винкулин
б) тропомиозин
в) миозин
г) фибронектин
д) -актинин
5) Полярность актиновых нитей является результатом:
а) специфического контакта с мембраной
б) преимущественной полимеризации на быстром конце
в) специфического связывания миозина
г) гидролиза АТФ
6) Изоформы актина различаются по:
а) молекулярному весу
б) изоэлектрической точке
в) оптической плотности
г) аминокислотной последовательности
д) ответы б и г вместе
7) Фибронектин – это белок
а) миофибрилл
б) мембран
в) внеклеточного матрикса
г) тонких нитей
д) саркоплазматического ретикулума
8) Белки в клетке можно локализовать с помощью:
а) масс-спектрометрии
б) электрофореза
в) иммунофлуоресценции
г) ДНКазного теста
9) Миозин – это:
а) АТФаза
б) протеаза
в) протеинкиназа
г) фосфокиназа
д) ГТФаза
10) Для полимеризации актина необходимо:
а) образование комплексов с другими белками
б) гидролиз АТФ
в) изменение конформации мономеров
г) взаимодействие с мембраной
11) Сокращение мышц основано на:
а) протеолизе компонентов
б) АТФазной реакции
в) фосфорилировании компонентов
г) конформационных перестройках белков
д) ответы б и г вместе
12) Методы определения полимеризации актина:
а) электрофорез
б) рН-метрия
в) ПЦР
г) светорассеяние
13) Основные структуры цитоскелета:
а) мембраны
б) микротрубочки
в) тонкие нити
г) толстые нити
д) ответы б и в вместе
14) Регуляторный комплекс тонких нитей состоит из:
а) тропомиозина
б) титина
в) тропонина
г) винкулина
д) ответы а и в вместе
15) С глобулярным актином не взаимодействуют:
а) миозин
б) тропомиозин
в) гельзолин
г) тимозин
д) профилин
16) С фибриллярным актином не взаимодействуют:
а) миозин
б) тропомиозин
в) гельзолин
г) тимозин
д) альбумин
17) При взаимодействии актина с ДНКазой:
а) полимеризация актина ускоряется
б) полимеризация актина ингибируется
в) ДНКаза активируется
д) ДНКаза ингибируется
18) Дивалентный катион в глобулярном актине, если это Mg2+
а) ускоряет полимеризацию
б) стабилизирует закрытую конформацию
в) ускоряет гидролиз АТФ
г) влияет на трехмерную структуру
д) ответы а, б и в вместе
19) При полимеризации актина связи между мономерами:
а) гидрофобные
б) ковалентные
в) эфирные
г) пептидные
20) -актинин – это белок
а) миофибрилл
б) фокальных контактов
в) толстых нитей
г) Z-линии
д) ответы а, б и г вместе
Раздел Морфология клеточных органоидов:
21) В ядро с помощью свободной диффузии поступают белки размером:
а– менее 40-45 кДа
б– не более 100 кДа
в– меньше 5 кДа
22) ламина является компонентом ядерного компартмента :
а– ядрышка
б– ядерной оболочки
в– хромосомной территории
23) Перихроматиновые фибриллы - это:
а– вновь синтезированная РНК
б– хроматин
в– часть ядерного матрикса
24) Положение хромосом в интерфазном ядре определяется:
а– плотностью хроматина
б– размером хромосом
в– синтетической активностью
25) Кластеры интерхроматиновых гранул располагаются в домене ядра:
а– хромосомном
б– интерхроматиновом
в– ядрышковом
26) В ядрышке осуществляется процессинг РНК типа:
а- рибосомной
б – матричной
в – транспортной
27) Синтез РНК осуществляется в компоненте ядрышка:
а– в плотном фибриллярном
б– в фибриллярном центре
в– в гранулярном
28) Мажорный белок плотного фибриллярного компонента ядрышка- это:
а– нуклеофозмин
б– фибрилларин
в– коилин
29) Маркером тельца Кахала является белок:
а– нуклеолин
б– коилин
в– фибрилларин
30) Структурная единица тельца Кахала – это:
а– сплайсосома
б– снерпосома
в- транскриптосома
Раздел Ионные механизмы клеточной сигнализации:
1
Что такое ионные каналы?
Дефекты в липидном бислое.
Поры, образованные канальными белками.
Обобщенное наименование комплекса
интегральных белков, вовлеченных в транспорт
ионов.
Транслоказы.
2
Где находятся ионные каналы?
В плазматической мембране клетки;
В митохондриях;
В клеточных органеллах;
Во всех перечисленных отделах клетки
3
В каких случаях использование
модельных липидных
мембран для изучения ионных
каналов является
предпочтительным?
Если исследуемые каналы находятся в клеточных
органеллах или митохондриях.
Если исследуемые каналы находятся в
плазматической мембране.
При изучении апоптоза клеток.
При изучении роли вторичных посредников в
передаче сигнала.
4
Метод патч кламп
используется …
для исследования липидных бислоев
для исследования ионных каналов в плазматической
мембране клеток.
для исследования митохондриальных белков.
изучения пролиферативной активности клетки
5
Как осуществляется движение
ионов по каналам?
По электрохимическому градиенту.
За счет использования энергии АТФ.
За счет энергии, высвобождаемой при отделении
иона от гидратной оболочки перед вхождением в
канал.
За счет броуновского движения.
6
Метод отношений в
флуоресцентых измерениях
концентрации ионов
используется..
Для того чтобы избежать влияния нестабильности
источника света.
Для того чтобы избавиться от нестабильности
сигнала, обусловленной выгоранием флуорофора.
Для увеличения отношения сигнал-шум.
Для того чтобы (а) избежать влияния нестабильности
источника света и (б) избавиться от нестабильности
сигнала, обусловленной выгоранием флуорофора.
7
Метод отведения cell-attached
в патч-кламп измерениях
используется для…
Измерения интегральных токов через
плазматическую мембрану клетки.
Для регистрации унитарных токов через фрагмент
плазматической мембраны нативной клетки.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда
цитоплазматическая сторона мембраны
экспонируется в раствор перфузионной камеры.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда наружная
сторона мембраны экспонируется в раствор
перфузионной камеры.
8
Метод отведения outside-out в
патч-кламп измерениях
используется для…
Измерения интегральных токов через
плазматическую мембрану клетки.
Для регистрации унитарных токов через фрагмент
плазматической мембраны нативной клетки.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда
цитоплазматическая сторона мембраны
экспонируется в раствор перфузионной камеры.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда наружная
сторона мембраны экспонируется в раствор
перфузионной камеры.
9
Метод отведения whole cell в
патч-кламп измерениях
используется для…
Измерения интегральных токов через
плазматическую мембрану клетки.
Для регистрации унитарных токов через фрагмент
плазматической мембраны нативной клетки.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда
цитоплазматическая сторона мембраны
экспонируется в раствор перфузионной камеры.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда наружная
сторона мембраны экспонируется в раствор
перфузионной камеры.
10
Метод отведения inside out в
патч-кламп измерениях
используется для…
Измерения интегральных токов через
плазматическую мембрану клетки.
Для регистрации унитарных токов через фрагмент
плазматической мембраны нативной клетки.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда
цитоплазматическая сторона мембраны
экспонируется в раствор перфузионной камеры.
Для регистрации унитарных токов через
изолированный фрагмент мембраны когда наружная
сторона мембраны экспонируется в раствор
перфузионной камеры.
11
Для проведения измерений
Инвертированный микроскоп.
токов в клетках на срезах мозга
Неинвертированный микроскоп.
используется …
Бинокулярная лупа.
Атомно-силовой микроскоп.
12
Изучение ионных механизмов
клеточной сигнализации
базируется на исследованиях…
Ионных каналов.
Транспортеров и обменников.
Систем активного транспорта.
Всех перечисленных систем.
13
Кальциевый выброс из
Происходит под воздействием вторичного
эндоплазматического
ретикулюма в невозбудимых
клетках…
посредника инозитол-3-фосфата.
Является следствием поступления кальция через
кальциевые электровозбудимые каналы в
плазматической мембране клетки.
Происходит за счет активации кальциевого
обменника плазматической мембраны.
Происходит при активации активного транспорта
натрия.
14
Кальциевый выброс из
внутриклеточных депо в
кардиомиоцитов…
Происходит под воздействием вторичного
посредника инозитол-3-фосфата.
Является следствием поступления кальция через
кальциевые электровозбудимые каналы в
плазматической мембране клетки.
Происходит за счет активации кальциевого
обменника плазматической мембраны.
Происходит при активации активного транспорта
натрия.
15
Основные компоненты
установки для измерения
токов через мембраны клеток.
Виброизолирующий стол с установленным на нем
микроскопом, микроманипуляторы,
преобразователь ток-напряжение, усилители и
фильтры для кондиционирования сигналов, аналогоцифровой и цифро-аналоговый преобразователи и
компьютер с установленным программным
обеспечением.
Виброизолирующий стол с установленным на нем
микроскопом, ультрацентрифуга и компьютер с
установленным программным обеспечением.
Достаточно флуоресцентного микроскопа.
Преобразователь ток-напряжение.
16
При измерении токов с
помощью фиксации
напряжения, выделение
основных компонент токов
производится …
С использованием природных токсинов.
Путем замены ионов - основных носителей тока.
С использованием фармакологических препаратов.
Путем замены ионов основных носителей тока, с
использованием селективных фармакологических
препаратов или токсинов природного
происхождения.
17
Наиболее существенным
моментов при измерении
унитарных токов через
фрагменты клеточных
мембран является …
Использование препаратов для очистки
плазматической мембраны.
Наличие виброизолирущего стола.
Наличие чувствительного преобразователя токнапряжение.
Образование сверхплотного контакта между
измерительной пипеткой и клеточной мембраной.
18
Описания изменений
проводимости в модели
Ходжкина-Хаксли основано ..
на допущении о существовании
специализированных канальных структур.
на открытии структуры кальциевого канала.
на предположении о наличии диффузии воды через
плазматическую мембрану при изменении
мембранного потенциала.
на допущении о существовании потенциала покоя
клетки.
19
Обратимые электроды,
используемые в патч-кламп
измерениях.
Каломельный электрод
Хлорсеребрянный
Кислородный
Платиновый
20
Электрофизиологическая
оценка канала включает в
себя…
Амплитудные гистограммы и функции
распределения вероятностей.
Распределение времен нахождения канала в
открытом и закрытом состоянии.
Вольт-амперные характеристики.
Амплитудные гистограммы, Распределение времен
нахождения канала в открытом и закрытом
состоянии, вольт-амперные характеристики.
21
Работа ионного сканирующего
микроскопа основана на …
взаимодействии измерительной пипетки с
плазматической мембраной клетки
регистрации разности электрических потенциалов
между внутренней и наружной стороной клеточной
мембраны
измерении электрического сопротивления
измерительной пипетки, находящейся вблизи
поверхности клетки
взаимодействии фотонов с молекулами липидного
бислоя плазматической мембраны клетки.
22
Электрическая емкость
клеточной мембраны
определяет…
сколько зарядов нужно переместить для
того, чтобы изменить мембранный
потенциал.
потенциал покоя клетки.
скорость распространения потенциала действия
Распределение ионов между наружной и внутренней
стороной плазматической мембраны.
23
Что происходит, если при
распространении
потенциала действия
откроется слишком много
натриевых каналов, или
очень мало калиевых
каналов?
Произойдет увеличение амплитуды потенциала
действия.
Произойдет уменьшение амплитуды потенциала
действия
Нарушиться скважность импульсов, возникнет
аритмия.
Ничего существенного с точки зрения проведения
нервного импульса не произойдет.
24
Основные механизмы
рецептор-зависимой
трансмембранной передачи
сигнала.
Лиганд-управляемые олигомерные ионные каналы.
Лиганд-управляемые трансмембранные ферменты,
обладающие собственной тирозинкиназной
активностью.
Рецепторы, связанные с G-белками.
Все вышеперечисленные механизмы.
25
На постсинаптической
мембране клеток находятся
Электровозбудимые каналы.
Лиганд-управляемые каналы.
Механочувствительные каналы.
Кальциевый обменник.
Оценка тестирования происходит по 100 - бальной системе и соответствует следующей
шкале:
Оценка
Проценты от всего числа выполненных заданий
Удовлетворительно 35 - 50
Хорошо
51- 74
Отлично
75 -
Шкала
оценивания
результатов
Оценка успешности освоения аспирантом дисциплины «Клеточная биология, цитология,
гистология» включает посещение лекций и практических занятий, самостоятельное
подготовка отдельных разделов курса, успешная сдача зачетов, экзаменов и госэкзамена.
Успешная сдача кандидатского экзамена по специальности 03.03.04. Клеточная биология,
цитология, гистология.