Modern Trends in Molecular Biology 1400-MTiMB-en
Część I Eukariota
1.1. Struktura chromatyny i regulacja transkrypcji: Mechanizmy epigenetyczne kontrolujące ekspresję i wyciszanie genów: modyfikacje DNA, modyfikacje histonów, kompleksy remodelujące chromatynę, kompleksy represyjne Polycomb, niekodujące RNA. Funkcja czynników epigenetycznych w rozwoju i chorobach człowieka (onkohistony). Wybrane metody badania chromatyny, m.in. ChIP-seq, CUT&RUN, ATAC-seq. Epigenetyczne terapie przeciwnowotworowe. (M. Koblowska)
1.2. Cykl transkrypcji: kod histonowy versus kod CTD RNAPII. Właściwości i skład kondensatów transkrypcyjnych: polimeraza RNA II (RNAPII), Mediator, czynniki transkrypcyjne, wzmacniacze. Metoda Śledzenia Pojedynczych Cząsteczek (SMT) do badania lokalizacji i pomiarów ruchów regulatorów jądrowych. Regulacja transkrypcji: zatrzymanie Pol II RNA blisko promotora, cofanie się polimerazy RNA, pętle R, pętle genowe, struktury RNA G4. (M. Koblowska)
1.3. Rodzaje ncRNA. Metody badania asocjacji niekodujących RNA z chromatyną, np. sekwencjonowanie RNA związanego z chromatyną (ang. chromatin-associated RNA sequencing ChAR-seq). Wyciszanie genów przez ncRNA. Wzmocnienie sygnału siRNA - polimerazy RNA zależne od RNA. Metylacja DNA kierowana przez RNA u roślin. Warianty RNA w dziedziczeniu transgeneracyjnym. (M. Koblowska)
1.4 Koordynacja i sprzężenie zwrotne między transkrypcją, dojrzewaniem RNA, translacją i degradacją. Rola kondensatów i agregatów subkomórkowych jako węzłów aktywności związanych z RNA. Wkład alternatywnych i rezerwowych procesów w homeostazę i różnorodność RNA. (J.Kufel)
1.5 Procesy niekanoniczne: alternatywne struktury kapu RNA, adenylacja, urydylacja i ponowna przyłączenie kapu mRNA w cytoplazmie. Modyfikacje mRNA: mechanizmy, maszyneria (writers, readers, erasers) i specyficzne funkcje komórkowe. (J.Kufel)
1.6 Niekanoniczna transkrypcja i translacja: krótkie ramki odczytu położone powyżej genu, wewnętrzne ramki odczytu, inicjacja z kodonów innych niż AUG, pominięcie kodonu STOP, programowana zmiana ramki odczytu, małe peptydy (sPEP) kodowane w „niekodujących RNA”. (J.Kufel)
1.7 Mechanizmy kontroli jakości RNA i białek a regulacja ekspresji genów: wyspecjalizowane ścieżki rozkładu RNA, kontrola jakości rybosomów. Wyspecjalizowane rybosomy i lokalna translacja. (J.Kufel)
1.8 Aminokwasy standardowe i niestandardowe, selenocysteina, pirolizyna, recoding. Translacja ortogonalna. Modyfikacje potranslacyjne białek. Stabilność białek, kontrola jakości białek i szlaki ich degradacji; proteasomy i lizosomy. (M. Gapińska)
1.9 Struktura białka. Metody badania oddziaływań białko-białko i białko- kwas nukleinowy: in silico, in vivo, in vitro. MALS, DLS, DSF, MST, fotometria mas, chromatografie powinowactwa, CoIP, BiFC, BioID, TurboID, split-luciferase system, drożdżowy system dwuhybrydowy, AlphaFold. Współczesne techniki proteomiczne. (M. Gapińska)
Część II Bakterie i wirusy
2.1. Kompartmentalizacja u bakterii. Transkrypcja i translacja: sprzężone czy niesprzężone? Poliadenylacja RNA i rozpad mRNA zależny od poliadenylacji. Kontrola jakości translacji u bakterii. Regulacja transkrypcji i translacji przez niekodujące RNA i alarmony. (J.Kufel)
2.2. Adaptacyjna odporność bakteryjna. Systemy restrykcji i modyfikacji DNA. Systemy CRISPR-Cas i anty-CRISPR. Niekodujące RNA. Interferencja DNA i prokariotyczne białka AGO. Zastosowanie bakteryjnych systemów obronnych w biotechnologii. (T. Ishikawa)
2.3. Transkrypcja i translacja ludzkich wirusów oddechowych (np. SARS-CoV2, IAV, hRSV). Regulacja ekspresji genów wirusowych oraz komórek zainfekowanych wirusami oddechowymi. Wzajemne oddziaływanie pomiędzy wirusem a zainfekowaną komórką. Strategie unikania odpowiedzi przeciwwirusowej gospodarza (A. Kwiatek)
Część III. Badania aplikacyjne
3.1 Metody molekularne w badaniach ewolucyjnych. Genomika ewolucyjna. Filogenomika. Genomika i badanie populacji – archeogenetyka i archeogenomika. Kopalny DNA (P. Golik)
3.2 Terapeutyki oparte na RNA. Mechanizmy działania, wyzwania, rozwiązania i zastosowanie kliniczne cząsteczek opartych na RNA. Proces produkcji mRNA - reakcja transkrypcji in vitro, oczyszczanie i formulacja transkryptów.
Kierunek podstawowy MISMaP
biologia
Rodzaj przedmiotu
fakultatywne
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
WIEDZA
P8S_WG: Po zakończeniu zajęć student zna i rozumie główne tendencje naukowe oraz metodologię prowadzenia badań w dziedzinie biologii molekularnej w stopniu pozwalającym na formułowanie i rozwiązywanie problemów badawczych.
UMIEJĘTNOŚCI
P8S_UW: Po zakończeniu zajęć student potrafi dokonywać krytycznej analizy i oceny wtników badań naukowych oraz ich wkład w rozwój nauki.
Potrafi sam definiować cel i przedmiot badań naukowych, formułować hipotezy badawcze oraz zaprojektować eksperyment prowadzący do rozwiązania problemu badawczego.
Potrafi posługiwać się językiem angielskim na poziomie B2 w stopniu umożliwiającym uczestnictwo w dyskusji naukowej w środowisku międzynarodowym.
KOMPETENCJE SPOŁECZNE
P8S_KK: Po zakończeniu zajęć student jest gotów do krytycznej oceny dorobku w ramach biologii molekularnej.
Jest gotów do uznawania znaczenia wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych.
P8S_KR: Po zakończeniu zajęć student jest gotów do prowadzenia działalności naukowej w sposób niezależny.
Kryteria oceniania
Zaliczenie na ocenę na podstawie pisemnego egzaminu testowego (pytania jednokrotnego wyboru).
Próg zaliczenia egzaminu: 55%
Literatura
Demmerle J, Hao S, Cai D. Transcriptional condensates and phase separation: condensing information across scales and mechanisms. Nucleus. 2023, 14:2213551. doi: 10.1080/19491034.2023.2213551.
Klemm SL, Shipony Z, Greenleaf WJ. Chromatin accessibility and the regulatory epigenome. Nat Rev Gene. 2019, 20:207–220. doi: /10.1038/s41576-018-0089-8
Wong LH, Tremethick DJ. Multifunctional histone variants in genome function. Nat Rev Genet. 2024, doi: 10.1038/s41576-024-00759-1
Buccitelli C, Selbach M. mRNAs, proteins and the emerging principles of gene expression control. Nat Rev Genet. 2020, 21:630–644. doi: 10.1038/s41576-020-0258-4
Piunti A, Shilatifard A. The roles of Polycomb repressive complexes in mammalian development and cancer. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021, 22:326–345. doi: 10.1038/s41580-021-00341-1
Centore RC, Sandoval GJ, Soares LMM, Kadoch C, Chan HM. Mammalian SWI/SNF chromatin remodeling complexes: emerging mechanisms and therapeutic strategies. Trends Genet. 2020, 3612:936-950. doi: 10.1016/j.tig.2020.07.011.
Chen X, Rechavi O. Plant and animal small RNA communications between cells and organisms. Nat Rev Mol Cell Biol. 23:185–203 (2022). doi: 10.1038/s41580-021-00425-y
Dahan N, Choder M. The eukaryotic transcriptional machinery regulates mRNA translation and decay in the cytoplasm. Biochim Biophys Acta. 2013, 1829:169-73. doi: 10.1016/j.bbagrm.2012.08.004
Bhat P, Honson D, Guttman M. Nuclear compartmentalization as a mechanism of quantitative control of gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021, 2210:653-670. doi: 10.1038/s41580-021-00387-1
Hirose T, Ninomiya K, Nakagawa S, Yamazaki T. A guide to membraneless organelles and their various roles in gene regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2023, 244:288-304. doi: 10.1038/s41580-022-00558-8
Borden K, Culjkovic-Kraljacic B, Cowling VH. To cap it all off, again: dynamic capping and recapping of coding and non-coding RNAs to control transcript fate and biological activity. Cell Cycle. 2021, 2014:1347-1360. doi: 10.1080/15384101.2021.1930929
Yu S, Kim VN. A tale of non-canonical tails: gene regulation by post-transcriptional RNA tailing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020, 21:542-556. doi: 10.1038/s41580-020-0246-8
Boulias K, Greer EL. Biological roles of adenine methylation in RNA. Nat Rev Genet. 2023, 243:143-160. doi: 10.1038/s41576-022-00534-0
Julius C, Yuzenkova Y. Noncanonical RNA-capping: Discovery, mechanism, and physiological role debate. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2019, 10:e1512. doi: 10.1002/wrna.1512
Sriram A, Bohlen J, Teleman AA. Translation acrobatics: how cancer cells exploit alternate modes of translational initiation. EMBO Rep. 2018, 19:e45947. doi: 10.15252/embr.201845947
Dever TE, Ivanov IP, Hinnebusch AG. Translational regulation by uORFs and start codon selection stringency. Genes Dev. 2023, 37:474-489. doi: 10.1101/gad.350752.123
Inada T, Beckmann R. Mechanisms of Translation-coupled Quality Control. J Mol Biol. 2024, 436(6):168496. doi: 10.1016/j.jmb.2024.168496
Joazeiro CAP. Mechanisms and functions of ribosome-associated protein quality control. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019, 206:368-383. doi: 10.1038/s41580-019-0118-2
Genuth NR, Barna M. The discovery of ribosome heterogeneity and its implications for gene regulation and organismal life. Mol Cell. 2018, 71(3):364-374. doi: 10.1016/j.molcel.2018.07.018.
Bourke AM, Schwarz A, Schuman EM. De-centralizing the Central Dogma: mRNA translation in space and time. Mol Cell. 2023, 833:452-468. doi: 10.1016/j.molcel.2022.12.030
Ramazi S, Zahiri J. Post-translational modifications in proteins: resources, tools and prediction methods. Database. 2021, baab012 doi: 10.1093/database/baab012
Lorber B, Fischer F, Bailly M, Roy H, Kern D. Protein analysis by dynamic light scattering: Methods and techniques for students. Biochem Mol Biol Educ. 2012, 40:372-82 doi: 10.1002/bmb.20644
Abramson J, Adler J, Dunger J, Evans R, Green T, et al. Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3. Nature. 2024, 630:493-500 doi: 10.1038/s41586-024-07487-w
Rother M, Krzycki JA. Selenocysteine, Pyrrolysine, and the unique energy metabolism of methanogenic archaea. Archaea. 2010, 2010:453642 doi: 10.1155/2010/453642
Chen N, Jin J, Zhang B, Meng Q, Lu Y, Liang B, Deng L, Qiao B, Zheng L. Viral strategies to antagonize the host antiviral innate immunity: an indispensable research direction for emerging virus-host interactions. Emerg Microbes Infect. 2024, 13:2341144. doi: 10.1080/22221751.2024.2341144.
Rampersad S, Tennant P. Replication and expression strategies of viruses. Viruses. 2018:55–82. doi: 10.1016/B978-0-12-811257-1.00003-6.
Martinez-Espinoza I, Banos-Lara MDR, Guerrero-Plata A. The importance of miRNA identification during respiratory viral infections. J Cell Immunol. 2021, 3:207-214. doi: 10.33696/immunology.3.101.
Schneider RJ Mohr, I. Translation initiation and viral tricks. Trends Biochem Sci. 2003, 28:130 -136. 10.1016/S0968-0004(03)00029-X
Eriani G, Martin F. Viral and cellular translation during SARS-CoV-2 infection. FEBS Open Bio. 2022, 12:1584-1601. https://doi.org/10.1002/2211-5463.13413
Blaha GM, Wade JT. Transcription-Translation Coupling in Bacteria. Annu Rev Genet. 2022, 56:187-205. doi: 10.1146/annurev-genet-072220-033342
Liu JM, Camilli A. A broadening world of bacterial small RNAs. Curr Opin Microbiol. 2010, 13:18-23. doi: 10.1016/j.mib.2009.11.004
Zeberg H, Jakobsson M, Pääbo S. The genetic changes that shaped Neandertals, Denisovans, and modern humans. Cell. 2024, 187:1047-1058. doi: 10.1016/j.cell.2023.12.029
Helsen J, Sherlock G, Dey G. Experimental evolution for cell biology. Trends Cell Biol. 2023, 33(11):903-912. doi: 10.1016/j.tcb.2023.04.006.
Shen XX, Opulente DA, Kominek J, Zhou X, Steenwyk JL, Buh KV, Haase MAB, Wisecaver JH, Wang M, Doering DT, Boudouris JT, Schneider RM, Langdon QK, Ohkuma M, Endoh R, Takashima M, Manabe RI, Čadež N, Libkind D, Rosa CA, DeVirgilio J, Hulfachor AB, Groenewald M, Kurtzman CP, Hittinger CT, Rokas A. Tempo and mode of genome evolution in the budding yeast subphylum. Cell. 2018, 175:1533-1545.e20. doi: 10.1016/j.cell.2018.10.023.
Yiran Z, Liyuan Z, Xian W, Hongchuan J. RNA-based therapeutics: an overview and prospectus. Cell Death Dis. 2022, 13:644, doi: 10.1038/s41419-022-05075-2
Shugang Q, Xiaoshan T, Yuting C, Kepan C, Na F, Wen X, Qian Z, Guohong L, Yuqing T, Min W, Xiangrong S. mRNA-based therapeutics: powerful and versatile tools to combat diseases. Signal Transduct Target Ther. 2022, 7:166, doi: 10.1038/s41392-022-01007-w
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: