Podstawy biologii molekularnej

Obszerny, a zarazem lapidarny w ujęciu poszczególnych zagadnień podręcznik biologii (genetyki) molekularnej. Wyjątkowy wśród innych tego typu pozycji, bo nie tylko prezentuje fakty, ale też stawia pytania badawcze i opisuje eksperymentalne podejścia prowadzące do uzyskania odpowiedzi. Znakomicie zilustrowany – dzięki kolorowym zdjęciom oraz doskonale skonstruowanym schematom i rycinom przebieg poszczególnych procesów staje się jasny i zrozumiały. Książka zawiera: ramki „Choroby” – zawierają opis chorób genetycznych człowieka, u których podstaw leżą zaburzenia poszczególnych procesów zachodzących w komórkach, ramki „Narzędzia” – omawiają najważniejsze metody i techniki biologii molekularnej, ramki „Warto wiedzieć” – podają dodatkowe informacje o poszczególnych zagadnieniach, dokładniej opisują strategie eksperymentalne i wskazują możliwości dalszego zgłębiania wiedzy, podsumowania kolejnych rozdziałów – pomagają uporządkować świeżo zebraną wiedzę i ułatwiają szybkie jej odtworzenie, kiedy zachodzi taka potrzeba, pytania kontrolne zamieszczone na końcu każdego rozdziału – umożliwiają sprawdzenie własnej wiedzy na określone tematy, spis literatury do każdego rozdziału – ułatwia dotarcie do dodatkowych lektur poświęconych wybranym zagadnieniom, słowniczek terminów na końcu książki – podaje definicje pojęć, których wyjaśnienie może okazać się przydatne w trakcie lektury podręcznika. Academic textbook presenting topics from the field of molecular biology. The author discusses fundamental concepts and processes from genetics, such as siRNA, genomic imprinting, structures of DNA, RNA, RNA as catalyst, etc. She presents the key methods and techniques of molecular biology. The textbook includes a description of human genetic diseases, which are caused by dysfunctions of particular processes taking place in the cells. The text is illustrated with numerous photographs, diagrams and figures.

Przedmowa XVIII Przedmowa do wydania polskiego XXIII 1 Wprowadzenie do biologii molekularnej 1 1.1 Wstęp 1 1.2 Perspektywa historyczna 1 Zasady dziedziczenia na podstawie analiz okrągłych i pomarszczonych ziaren grochu: genetyka mendlowska 2 Natura materiału dziedzicznego: doświadczenie Fredericka Griffitha 5 Pomysłowość w podejściu eksperymentalnym doprowadza do sformułowania hipotezy jeden gen–jeden enzym 7 Waga postępu technologicznego: doświadczenie Hersheya–Chase 7 Model budowy DNA: dwuniciowa helisa DNA 9 Podsumowanie rozdziału 10 Pytania kontrolne 10 Literatura uzupełniająca 11 2 Budowa DNA 13 2.1 Wstęp 13 2.2 Podstawowy budulec: składniki kwasów nukleinowych 14 Pięciowęglowe cukry 14 Zasady azotowe 15 Grupy fosforanowe 15 Nukleozydy i nukleotydy 16 2.3 Znaczenie końców 5′ i 3′ 17 2.4 Nazewnictwo nukleotydów 17 2.5 Długość RNA i DNA 18 2.6 Struktura drugorzędowa DNA 18 Między zasadami powstają wiązania wodorowe 18 Oddziaływania warstwowe stabilizują dwuniciową helisę DNA 18 Model dwuniciowej helisy Watsona–Cricka 20 Cechy charakterystyczne różnych form strukturalnych dwuniciowej helisy DNA 22 Dwuniciowa cząsteczka DNA może podlegać odwracalnemu rozpleceniu do pojedynczych nici 24 2.7 Nietypowe struktury drugorzędowe DNA 26 Struktury zawierające wybrzuszenia 26 Struktury krzyżowe 27 Trójniciowa helisa DNA 28 Choroby. Ramka 2.1. Ataksja Friedreicha a trójniciowa helisa DNA 27 2.8 Trzeciorzędowa struktura DNA 29 Superhelikalne formy DNA 30 Topoizomerazy odpowiadają za relaksację struktur superhelikalnych DNA 31 Znaczenie obecności struktur superhelikalnych in vivo 33 Choroby. Ramka 2.2. Leki przeciwnowotworowe a topoizomerazy 33 Podsumowanie rozdziału 34 Pytania kontrolne 35 Literatura uzupełniająca 35 3 Organizacja genomu: od nukleotydów do chromatyny 37 3.1 Wstęp 37 3.2 Genom eukariotyczny 38 Budowa chromatyny: perspektywa historyczna 38 Histony 39 Nukleosomy 39 Paciorki nanizane na sznurek: chromatyna (włókno) 10 nm 41 Chromatyna (włókno) 30 nm 42 Wypętlenia tworzące domeny 42 Chromosomy metafazowe 43 Alternatywne struktury chromatyny 44 3.3 Genom bakteryjny 44 3.4 Plazmidy 45 3.5 Bakteriofagi i wirusy DNA ssaków 45 Bakteriofagi 46 Wirusy DNA ssaków 46 3.6 Genomy organellowe: chloroplasty i mitochondria 47 DNA chloroplastów (cpDNA) 47 DNA mitochondriów (mtDNA) 48 Choroby. Ramka 3.1. DNA mitochondrialny a choroby 48 3.7 Genomy zbudowane z RNA 48 Eukariotyczne wirusy RNA 48 Retrowirusy 50 Wiroidy 51 Inne patogeny towarzyszące wirusom 51 Choroby. Ramka 3.2. Ptasia grypa 50 Podsumowanie rozdziału 51 Pytania kontrolne 52 Literatura uzupełniająca 52 4 RNA – cząsteczka o wielu funkcjach 54 4.1 Wstęp 54 4.2 Struktura drugorzędowa RNA 55 Motywy struktury drugorzędowej RNA 55 Dwuniciowy RNA przyjmuje formę helisy typu A 56 Helisy RNA często zawierają nietypowe pary zasad 56 4.3 Struktura trzeciorzędowa RNA 57 Struktura tRNA: cząsteczka ważna w poznaniu podstawowych motywów strukturalnych RNA 58 Najczęstsze motywy struktury trzeciorzędowej RNA 60 4.4 Kinetyka zwijania RNA 65 4.5 Cząsteczki RNA biorą udział w różnorodnych procesach komórkowych 67 4.6 Perspektywa historyczna: odkrycie właściwości katalitycznych RNA 69 Intron grupy I z Tetrahymena jest rybozymem 72 RNaza P jest rybozymem 72 Warto wiedzieć. Ramka 4.1. Świat RNA 70 4.7 Rybozymy katalizują szereg reakcji chemicznych 73 Sposób działania rybozymu 73 Duże rybozymy 75 Małe rybozymy 75 Podsumowanie rozdziału 77 Pytania kontrolne 77 Literatura uzupełniająca 77 5 Od genu do białka 79 5.1 Wstęp 79 5.2 Podstawowy dogmat biologii molekularnej 80 5.3 Kod genetyczny 80 Tłumaczenie kodu genetycznego 81 21. i 22. aminokwas są kodowane genetycznie 82 Rola nukleotydów modyfikowanych w odczytywaniu mRNA 82 Implikacje dla biologów molekularnych różnego odczytywania kodonów u różnych organizmów 87 5.4 Budowa białek 85 Struktura pierwszorzędowa 85 Struktura drugorzędowa 87 Struktura trzeciorzędowa 87 Struktura czwartorzędowa 91 Wielkość i złożoność białek 92 Białka zawierają wiele domen funkcjonalnych 92 Przewidywanie struktury białek 93 5.5 Funkcje białek 93 Enzymy są katalizatorami biologicznymi 93 Regulacja aktywności przez modyfikacje potranslacyjne 94 Regulacja allosteryczna aktywności białek 95 Aktywacja kinaz zależnych od cyklin 96 Kompleksy makromolekularne 97 5.6 Prawidłowe i błędne zwijanie się białek 98 Białka opiekuńcze 99 Degradacja białek zależna od ubikwityny 100 Choroby związane z nieprawidłowym zwijaniem się białek 100 Choroby. Ramka 5.1. Priony 102 Podsumowanie rozdziału 100 Pytania kontrolne 106 Literatura uzupełniająca 107 6 Replikacja DNA i dobudowa telomerów 108 6.1 Wstęp 109 6.2 Perspektywa historyczna 109 Jak odkryto sposób replikowania się DNA: doświadczenie Meselsona–Stahla 111 Jak odkryto sposób replikowania się DNA: obraz replikującego się DNA bakteryjnego 111 6.3 Synteza DNA przebiega w kierunku 5′ do 3′ 112 6.4 Enzymy katalizujące syntezę DNA nazywają się polimerazami DNA 112 Warto wiedzieć. Ramka 6.1. Bakteryjne polimerazy DNA 115 6.5 Jedna nić DNA jest replikowana w sposób ciągły, a druga nieciągły 112 Synteza nici wiodącej przebiega w sposób ciągły 115 Synteza nici opóśnionej przebiega w sposób nieciągły 115 6.6 Replikacja jądrowego DNA w komórkach eukariotycznych 117 Fabryki replikacyjne 118 Usuwanie histonów w miejscach inicjacji replikacji 118 Tworzenie się kompleksów prereplikacyjnych w miejscach początku replikacji 118 Pozwolenie na replikację: DNA replikuje się tylko raz w każdym cyklu komórkowym 124 Rozplatanie dwuniciowej helisy DNA w widełkach replikacyjnych 127 Inicjacja syntezy nici wiodącej i opóśnionej DNA poprzez startery RNA 128 Wymiana polimeraz DNA 129 Wydłużanie nici wiodącej i opóśnionej 129 Aktywności korekcyjne 130 Dojrzewanie nowo syntetyzowanych nici DNA 130 Terminacja 134 Osadzanie histonów 134 Warto wiedzieć. Ramka 6.2. Nomenklatura genów związanych z replikacją DNA 121 Choroby. Ramka 6.1. Toczeń rumieniowaty układowy a białko PCNA 130 6.7 Replikacja organellowego DNA 134 Modele replikacji mtDNA 134 Replikacja cpDNA 135 Choroby. Ramka 6.2. RNaza MRP a hipoplazja chrząstkowo-włosowa 136 6.8 Replikacja drogą toczącego się koła 136 6.9 Dobudowa telomerów: rola telomerazy w replikacji DNA, procesach starzenia się i powstawania nowotworów 138 Telomery 138 Rozwiązanie problemu replikacji końców liniowych cząsteczek DNA 138 Dobudowa telomerów przez telomerazę 139 Inne sposoby dobudowy telomerów 142 Regulacja aktywności telomerazy 142 Telomeraza, procesy starzenia się i nowotworzenia 142 Choroby. Ramka 6.3. Dyskeratoza wrodzona: utrata aktywności telomerazy 146 Podsumowanie rozdziału 147 Pytania kontrolne 149 Literatura uzupełniająca 149 7 Naprawa DNA i rekombinacja 152 7.1 Wstęp 152 7.2 Rodzaje mutacji i ich konsekwencje fenotypowe 153 Tranzycje i transwersje prowadzą do mutacji typu synonimowego, zmiany sensu i nonsensownego 153 Insercje i delecje mogą powodować zmiany ramki odczytu 155 Wydłużanie powtórzeń trójnukleotydowych jest powodem niestabilności genetycznej 155 7.3 Zasadniczy podział uszkodzeń DNA 156 Zmiany pojedynczych nukleotydów 156 Zaburzenia strukturalne 156 Uszkodzenie szkieletu DNA 158 Odpowiedś komórkowa na uszkodzenie DNA 158 7.4 Ominięcie uszkodzeń 159 7.5 Bezpośrednia naprawa uszkodzeń DNA 159 7.6 Naprawa zmiany nukleotydu lub zaburzeń strukturalnych w drodze usunięcia uszkodzenia 159 Naprawa przez wycięcie zasady 161 Naprawa błędnych sparowań 163 Naprawa przez wycięcie nukleotydów 168 Choroby. Ramka 7.1. Dziedziczny rak jelita grubego i odbytu bez polipowatości: uszkodzenie systemu naprawy błędnych sparowań 165 7.7 Naprawa podwójnych pęknięć w DNA 168 Rekombinacja homologiczna 169 ¸ączenie niehomologicznych końców 174 Choroby. Ramka 7.2. Skóra pergaminowata barwnikowa i pokrewne schorzenia: uszkodzenia w systemie naprawy przez wycięcie nukleotydów 170 Choroby. Ramka 7.3. Zespoły dziedzicznego raka piersi: mutacje w genach BRCA1 i BRCA2 173 Podsumowanie rozdziału 177 Pytania kontrolne 178 Literatura uzupełniająca 178 8 Technologia rekombinowanego DNA i klonowanie DNA 180 8.1 Wstęp 181 8.2 Perspektywa historyczna 181 Obecność lepkich końców w DNA bakteriofaga lambda (λ) 181 Bakteryjne systemy restrykcji–modyfikacji 181 Pierwsze doświadczenia klonowania DNA 184 8.3 Rozcinanie i łączenie DNA 184 Główne klasy endonukleaz restrykcyjnych 184 Nazewnictwo endonukleaz restrykcyjnych 186 Sekwencje DNA rozpoznawane przez endonukleazy restrykcyjne klasy II 186 Ligaza DNA 189 Warto wiedzieć. Ramka 8.1. Strach przed rekombinowanymi cząsteczkami DNA 185 8.4 Klonowanie DNA 189 Wektory DNA 192 Wybór wektora zależy od długości klonowanego insertu i zastosowania 193 Wektory plazmidowe 195 Wektory oparte na DNA bakteriofaga lambda (λ) 197 Sztuczne chromosomy 199 DNA do klonowania może pochodzić z różnych metod izolacji 202 Warto wiedzieć. Ramka 8.2. EcoRI: zginanie i cięcie DNA 190 Narzędzia. Ramka 8.1. Chromatografia cieczowa 199 8.5 Konstrukcja bibliotek DNA 202 Biblioteka genomowa 202 Biblioteka cDNA 203 8.6 Sondy 203 Sondy heterologiczne 209 Sondy homologiczne 209 Narzędzia. Ramka 8.2. Synteza komplementarnego DNA (cDNA) 204 Narzędzia. Ramka 8.3. Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) 206 Narzędzia. Ramka 8.4. Metody izotopowego i nieizotopowego znakowania sondy 208 Narzędzia. Ramka 8.5. Znakowanie kwasów nukleinowych 210 8.7 Przeszukiwanie bibliotek 214 Przeniesienie kolonii na membranę wiążącą DNA 214 Hybrydyzacja kolonijna 214 Identyfikacja kolonii dających pozytywny sygnał 216 8.8 Biblioteki ekspresyjne 216 8.9 Mapowanie restrykcyjne 216 8.10 Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP) 217 RFLP może być markerem chorób genetycznych 219 Narzędzia. Ramka 8.6. Elektroforeza 218 Narzędzia. Ramka 8.7. Hybrydyzacja metodą Southerna 220 Choroby. Ramka 8.1. Test PCR-RFLP do diagnozowania choroby syropu klonowego 222 8.11 Sekwencjonowanie DNA 224 Sekwencjonowanie ręczne metodą „dideoksy” Sangera 224 Sekwencjonowanie automatyczne 226 Podsumowanie rozdziału 226 Pytania kontrolne 229 Literatura uzupełniająca 231 9 Narzędzia do analizy ekspresji genów 232 9.1 Wstęp 233 9.2 Transfekcja o charakterze przejściowym i stabilnym 234 9.3 Geny reporterowe 236 Powszechnie stosowane geny reporterowe 236 Analiza regulacji aktywności genu 238 Oczyszczanie i identyfikacja etykiet białkowych: białka fuzyjne 238 Narzędzia. Ramka 9.1. Produkcja białek rekombinowanych 242 9.4 Mutageneza in vitro 243 Narzędzia. Ramka 9.2. Mikroskopia fluorescencyjna, konfokalna i wielofotonowa 244 9.5 Analiza ekspresji genu na poziomie transkrypcyjnym: ekspresja i lokalizacja RNA 249 Hybrydyzacja metodą northern 249 Hybrydyzacja in situ 249 Analiza RNA techniką ochrony przed aktywnością RNazy (RPA) 251 Reakcja odwrotnej transkrypcji sprzężona z PCR (RT-PCR) 251 9.6 Analiza ekspresji genu na poziomie translacyjnym: ekspresja i lokalizacja białka 251 Immunodetekcja metodą western 255 Analiza in situ 257 Test immunoenzymatyczny (ELISA) 257 Narzędzia. Ramka 9.3. Elektroforeza żelowa białek 252 Narzędzia. Ramka 9.4. Produkcja przeciwciał 254 9.7 Technologie związane ze stosowaniem antysensu 258 Oligonukleotydy antysensowne 258 Interferencja RNA (RNAi) 259 9.8 Analiza oddziaływań DNA–białko 265 Retardacja żelowa (EMSA) 265 Technika odcisku stopy z użyciem DNazy I 266 Immunoprecypitacja chromatyny (CHIP) 266 Choroby. Ramka 9.1. Terapie z zastosowaniem RNAi 266 9.9 Analiza oddziaływań białko–białko 266 Technika pull-down 267 Drożdżowy system dwuhybrydowy 267 Koimmunoprecypitacja 267 Rezonansowe przeniesienie sygnału emisji fluorescencji (FRET) 267 9.10 Analiza strukturalna białek 267 Krystalografia rentgenowska 269 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) 269 Mikroskopia krioelektronowa 271 Mikroskopia sił atomowych (AFM) 271 9.11 Organizmy modelowe 271 Drożdże: Saccharomyces cerevisiae i Schizosaccharomyces pombe 272 Nicienie: Caenorhabditis elegans 272 Owady: Drosophila melanogaster 272 Ryby: Danio rerio 272 Rośliny: Arabidopsis thaliana 272 Myszy: Mus musculus 273 Płazy: Xenopus laevis i Xenopus tropicalis 273 Podsumowanie rozdziału 273 Pytania kontrolne 275 Literatura uzupełniająca 277 10 Transkrypcja u prokariotów 278 10.1 Wstęp 278 10.2 W bakteriach transkrypcja jest sprzężona z translacją 279 10.3 Mechanizm transkrypcji 279 Budowa promotora bakteryjnego 279 Budowa bakteryjnej polimerazy RNA 282 Etapy transkrypcji 284 Wierność przepisywania 292 Kierunek transkrypcji wokół chromosomu E. coli 293 Warto wiedzieć. Ramka 10.1. Co się porusza: polimeraza RNA czy DNA? 290 10.4 Perspektywa historyczna: model regulacji aktywności operonu według Jacoba–Monoda 293 Model operonu doprowadził do odkrycia mRNA 294 Charakterystyka represora Lac 295 10.5 Regulacja operonu laktozowego (lac) 296 Indukcja operonu lac 296 Podstawowa transkrypcja operonu lac 299 Regulacja operonu lac przez czynnik Rho 299 Promotor lac i gen strukturalny lacZ są szeroko wykorzystywane w technikach biologii molekularnej 299 10.6 Sposób działania regulatorów transkrypcyjnych 299 Kooperatywne wiązanie białek z DNA 300 Modyfikacje allosteryczne a wiązanie z DNA 300 Wypętlanie DNA 301 10.7 Kontrola ekspresji genów przez RNA 305 Alternatywne zwijanie się RNA: atenuacja transkrypcyjna operonu tryptofanowego 305 Ryboprzełączniki 305 Ryboprzełączniki rybozymowe 308 Podsumowanie rozdziału 308 Pytania kontrolne 310 Literatura uzupełniająca 310 11 Transkrypcja u eukariotów 312 11.1 Wstęp 313 11.2 Przegląd sposobów regulacji ekspresji na poziomie transkrypcyjnym 313 11.3 Elementy regulatorowe genów kodujących białka 314 Budowa i działanie elementów promotorowych 314 Budowa i działanie elementów regulatorowych dalekiego zasięgu 319 Warto wiedzieć. Ramka 11.1 Efekt pozycji i elementy regulatorowe dalekiego zasięgu 320 Choroby. Ramka 11.1 Latynoska talasemia i miejsca nadwrażliwe na działanie DNazy I 324 11.4 Podstawowa maszyneria transkrypcyjna 332 Składniki podstawowej maszynerii transkrypcyjnej 332 Budowa polimerazy RNA II 332 Podstawowe czynniki transkrypcyjne i tworzenie kompleksu preinicjującego 335 Mediator: most molekularny 337 Warto wiedzieć. Ramka 11.2 Czy istnieje macierz jądrowa? 328 Warto wiedzieć. Ramka 11.3 Swoiste obszary chromosomowe i fabryki transkrypcyjne 331 11.5 Czynniki transkrypcyjne 340 Czynniki transkrypcyjne odpowiadają za swoistą dla genów aktywację lub represję transkrypcji 341 Czynniki transkrypcyjne są białkami modularnymi 342 Domeny wiążące DNA 342 Domeny transaktywacyjne 351 Domeny dimeryzacyjne 352 Warto wiedzieć. Ramka 11.4 Homeobloki i homeodomeny 344 Choroby. Ramka 11.2 Cefalopolisyndaktylia Greiga i sygnalizacja typu Sonic hedgehog 348 Choroby. Ramka 11.3 Uszkodzona acetylotransferaza histonowa w zespole Rubinsteina–Taybiego 350 11.6 Koaktywatory i korepresory transkrypcyjne 352 Kompleksy modyfikujące chromatynę 353 Warianty histonów łącznikowych 357 Kompleksy przekształcające chromatynę 357 Warto wiedzieć. Ramka 11.5 Czy istnieje kod histonowy? 354 11.7 Tworzenie się kompleksu transkrypcyjnego: model stopniowy i holoenzymowy 361 Kolejność wiązania się różnych białek regulujących transkrypcję 362 Model stopniowy 362 Model holoenzymowy 362 Model łączony 365 11.8 Transkrypcja prowadzona przez polimerazę RNA II 365 Opuszczenie promotora 365 Elongacja: polimeryzacja RNA 365 Aktywność korekcyjna i cofanie się polimerazy RNA II 367 Elongacja transkrypcji a pokonywanie bariery nukleosomowej 368 Choroby. Ramka 11.4 Uszkodzenia w Elongatorze i dysautonomia rodzinna (choroba Rileya–Daya) 370 11.9 Jądrowy import i eksport białek 372 Karioferyny 372 Sygnały lokalizacji jądrowej (NLS) 375 Sygnały eksportu jądrowego (NES) 375 Szlak importu do jądra komórkowego 376 Szlak eksportu z jądra komórkowego 380 Warto wiedzieć. Ramka 11.6 Kompleks poru jądrowego 374 Warto wiedzieć. Ramka 11.7 Odkrycie pierwszej sekwencji sygnału jądrowego 378 11.10 Regulacja importu do jądra i ścieżki transdukcji sygnału 380 Regulacja importu czynnika NF-κB do jądra komórkowego 381 Regulacja importu jądrowego receptora glukokortykoidowego 383 Podsumowanie rozdziału 384 Pytania kontrolne 387 Literatura uzupełniająca 388 12 Epigenetyka i monoalleliczna ekspresja genów 392 12.1 Wstęp 393 12.2 Markery epigenetyczne 393 Metylacja cytozyn w DNA znakuje geny przeznaczone do wyciszenia 394 Trwałe utrzymywanie modyfikacji histonów 398 Choroby. Ramka 12.1 Nowotwór a epigenetyka 396 12.3 Rodzicielskie piętno genomowe 398 Ustalenie i utrzymywanie piętna 399 Mechanizmy ekspresji monoallelicznej 402 Rodzicielskie piętno genomowe jest ważne dla prawidłowego rozwoju osobniczego 409 Pochodzenie rodzicielskiego piętna genomowego 409 Choroby. Ramka 12.2 Zespół łamliwego chromosomu X a metylacja DNA 400 Choroby. Ramka 12.3 Rodzicielskie piętno genomowe a zaburzenia rozwoju układu nerwowego 404 12.4 Inaktywacja chromosomu X 410 Przypadkowa inaktywacja chromosomu X u ssaków 410 Mechanizmy molekularne trwałego utrzymania inaktywacji chromosomu X 410 Czy wszystkie geny chromosomu X ulegają ekspresji monoallelicznej? 412 12.5 Fenotypowe objawy obecności transpozonów 412 Perspektywa historyczna: odkrycie transpozonów kukurydzy przez Barbarę McClintock 415 Transpozony DNA charakteryzują się szerokim spektrum gospodarzy 416 Transpozony DNA przenoszą się w inne miejsca na zasadzie „tnij i wklej” 417 Retrotranspozony przenoszą się w inne miejsca na zasadzie „kopiuj i wklej” 418 Niektóre retrotranspozony typu LTR są aktywne w genomach ssaków 421 Do retrotranspozonów nie oskrzydlonych sekwencjami LTR należą sekwencje SINE i LINE 422 Narzędzia. Ramka 12.1 Mutageneza transpozycyjna 414 Choroby. Ramka 12.4 Geny skaczące a choroby człowieka 420 12.6 Kontrola epigenetyczna transpozonów 423 Metylacja transpozonów 423 Formowanie heterochromatyny w procesie RNAi i RNA-zależnej metylacji DNA 425 12.7 Wykluczenie alleliczne 426 Powstawanie typu płci drożdży – włączanie i wyciszanie 427 Przełączanie antygenowe u świdrowców 432 Rekombinacja V(D)J i adaptacyjna odpowiedś immunologiczna 439 Choroby. Ramka 12.5 Choroby wywoływane przez świdrowce: śpiączka afrykańska 434 Warto wiedzieć. Ramka 12.1 Czy system V(D)J powstał z transpozonu? 442 Podsumowanie rozdziału 444 Pytania kontrolne 448 Literatura uzupełniająca 449 13 Dojrzewanie RNA i regulacja ekspresji genów na poziomie potranskrypcyjnym 452 13.1 Wstęp 453 13.2 Splicing RNA: perspektywa historyczna i przegląd informacji 453 13.3 Autokatalitycznie wycinające się introny grupy I i II 455 Do splicingu intronów grupy I niezbędna jest obecność zewnętrznego kofaktora G 455 Do splicingu intronów grupy II niezbędna jest obecność wewnętrznej, wypętlonej reszty A 458 Ruchome introny grupy I i II 458 Warto wiedzieć. Ramka 13.1 Małe jąderkowe RNA kodowane w intronach i „geny odwrócone na drugą stronę” 457 13.4 Introny w jądrowych i archebakteryjnych genach tRNA 460 Endorybonukleaza wycina introny archebakteryjne 460 Niektóre jądrowe geny tRNA zawierają introny 460 13.5 Kotranskrypcyjne dojrzewanie jądrowych pre-mRNA 461 Przyłączenie 7-metyloguanozyny do końca 5′ pre-mRNA 462 Terminacja i poliadenylacja 464 Splicing 466 Choroby. Ramka 13.1 Dystrofia oczno-gardłowa: zwielokrotnienie powtórzeń trinukleotydowych w genie kodującym białko wiążące się z poli(A) 461 Choroby. Ramka 13.2 Rdzeniowy zanik mięśni: uszkodzenia w biogenezie snRNP 468 Choroby. Ramka 13.3 Mutacje w genie prp8 wywołują zwyrodnienie barwnikowe siatkówki 475 13.6 Splicing alternatywny 477 Wpływ splicingu alternatywnego na ekspresję genetyczną 478 Regulacja splicingu alternatywnego 478 Warto wiedzieć. Ramka 13.2 Gen DSCAM: skrajny przykład splicingu alternatywnego 479 13.7 Trans-splicing 481 Trans-splicing nieciągłych intronów grupy II 483 Trans-splicing sekwencji liderowej 483 Trans-splicing pre-tRNA 485 Warto wiedzieć. Ramka 13.3 Apoptoza 482 13.8 Redagowanie RNA 485 Redagowanie RNA u świdrowców 486 Redagowanie RNA u ssaków 488 Choroby. Ramka 13.4 Stwardnienie zanikowe boczne: uszkodzenie w redagowaniu RNA? 492 13.9 Modyfikacje zasad RNA mogą być zależne od małych, jąderkowych, naprowadzających cząsteczek RNA 495 13.10 MikroRNA jako potranskrypcyjne regulatory ekspresji genetycznej 496 Perspektywa historyczna: odkrycie miRNA u Caenorhabditis elegans 496 Dojrzewanie miRNA 496 miRNA rozcinają mRNA i blokują translację 498 13.11 Przemiana RNA w jądrze i cytoplazmie 500 Egzosomy jądrowe i kontrola jakości 501 Kontrola jakości i tworzenie cząsteczek RNP jądrowych, gotowych do eksportu jądrowego 502 Cytoplazmatyczna przemiana RNA 503 Podsumowanie rozdziału 505 Pytania kontrolne 508 Literatura uzupełniająca 509 14 Translacja 512 14.1 Wstęp 512 14.2 Budowa rybosomów i ich składanie 513 Budowa rybosomów 513 Jąderko 515 Biogeneza rybosomów 516 Warto wiedzieć. Ramka 14.1 Co to jest „S”? 514 14.3 Syntetazy aminoacylo-tRNA 516 Reakcja aminoacylacji 517 Aktywność korekcyjna (naprawcza) syntetaz aminoacylo-tRNA 518 14.4 Inicjacja translacji 521 Powstawanie kompleksu trójskładnikowego i związanie go z podjednostką rybosomu 40S 521 Przyłączenie mRNA do podjednostki rybosomu 40S 522 Skanowanie i rozpoznanie kodonu AUG 523 Połączenie podjednostek rybosomu 40S i 60S 525 Narzędzia. Ramka 14.1 Technika odcisku palca stopy (ang. toeprinting assay) 524 Choroby. Ramka 14.1 Eukariotyczny czynnik inicjacji translacji eIF2B a leukodystrofia 527 14.5 Elongacja 527 Dekodowanie 529 Tworzenie wiązania peptydowego i translokacja 529 Aktywność peptydylotransferazowa 529 Wydarzenia w tunelu rybosomowym 535 14.6 Terminacja 535 14.7 Kontrola translacyjna i potranslacyjna 536 Fosforylacja eIF2α blokuje powstawanie trójskładnikowego kompleksu inicjacyjnego 537 Fosforylację eIF2α przeprowadzają cztery różne kinazy białkowe 538 Podsumowanie rozdziału 541 Pytania kontrolne 543 Literatura uzupełniająca 543 15 Organizmy modyfikowane genetycznie: w badaniach podstawowych i zastosowania praktyczne 545 15.1 Wstęp 546 15.2 Myszy transgeniczne 547 Jak „zrobić” mysz transgeniczną? 547 Indukowane myszy transgeniczne 550 Warto wiedzieć. Ramka 15.1 Patent „onkomysz” 547 15.3 Modele myszy ze zmienionym określonym genem 550 Myszy typu knock-out 552 Myszy typu knock-in 555 Myszy typu knock-down 556 Myszy z ekspresją warunkową typu knock-out i knock-in 556 Warto wiedzieć. Ramka 15.2 Mysz na zamówienie 553 15.4 Inne zastosowania technologii uzyskiwania zwierząt transgenicznych 557 Transgeniczne naczelne 557 Transgeniczne zwierzęta gospodarcze 560 Zwierzęta – bioreaktory farmaceutyczne 561 Warto wiedzieć. Ramka 15.3 Sztuka a transgeneza: króliczek GFP 560 15.5 Klonowanie w drodze transferu jądra komórkowego 561 Genetyczna równoważność jąder komórek somatycznych: doświadczenia nad klonowaniem żab 561 Klonowanie ssaków przez transfer jądra komórkowego 564 „Przebój roku”: sklonowanie Dolly 564 Metoda klonowania przez transfer jądra komórkowego 565 èródło mtDNA w klonach 567 Dlaczego klonowanie przez transfer jądra komórkowego jest niewydajne? 567 Zastosowania klonowania przez transfer jądra komórkowego 572 Warto wiedzieć. Ramka 15.4 Genetycznie modyfikowane zwierzęta domowe 570 15.6 Rośliny transgeniczne 575 Wprowadzanie genów z wykorzystaniem T-DNA 576 Elektroporacja i mikrowstrzeliwanie 578 Warto wiedzieć. Ramka 15.5 Rośliny GM: czy jadasz modyfikowane pomidory? 576 Podsumowanie rozdziału 578 Pytania kontrolne 579 Literatura uzupełniająca 579 16 Analiza genomu: genotypowanie DNA, genomika i dalej 581 16.1 Wstęp 581 16.2 Genotypowanie DNA 582 Polimorfizmy DNA: podstawa genotypowania DNA 584 Analiza minisatelitów 587 Analiza z wykorzystaniem łańcuchowej reakcji polimerazy 589 Analiza krótkich powtórzeń tandemowych (STR) 590 Analiza DNA mitochondrialnego 590 Analiza chromosomu Y 593 Analiza losowo powielonego polimorficznego DNA (RAPD) 594 Warto wiedzieć. Ramka 16.1 Profile DNA konopi indyjskich 583 Warto wiedzieć. Ramka 16.2 Genotypowanie DNA organizmów różnych gatunków 584 16.3 Genomika i początki postgenomiki 594 Co to jest bioinformatyka? 595 Genomika 595 Proteomika 598 Wiek „omik” 598 16.4 Projekt Poznania Genomu Człowieka 598 Metoda sekwencjonowania i składania genomu „klon po klonie” 598 Metoda sekwencjonowania fragmentów uzyskanych z wykorzystaniem strategii „shotgun” 599 Sekwencja genomu: wersja robocza versus pełna sekwencja genomu 600 16.5 Inne zsekwencjonowane genomy 600 Co to jest gen i ile ich jest w genomie człowieka? 604 Warto wiedzieć. Ramka 16.3 Analiza porównawcza genomów: od rozdymki do kura 602 16.6 Wysokoprzepustowa analiza funkcji genów 604 Mikromacierze DNA 604 Mikromacierze białkowe 605 Spektrometria mas 607 16.7 Polimorfizm pojedynczych nukleotydów (SNP) 609 Warto wiedzieć. Ramka 16.4 Proteom jąderka 610 Podsumowanie rozdziału 611 Choroby. Ramka 16.1 Mapowanie SNP związanych z chorobami: choroba Alzheimera 612 Pytania kontrolne 615 Literatura uzupełniająca 616 17 Biologia molekularna w medycynie 618 17.1 Wstęp 618 17.2 Biologia molekularna nowotworu 619 Aktywacja onkogenów 619 Inaktywacja genów kodujących supresory nowotworowe 625 Nieprawidłowa ekspresja mikroRNA w schorzeniach nowotworowych 634 Rearanżacje chromosomowe a nowotwory 636 Wirusy a nowotwory 638 Karcynogeneza o podłożu chemicznym 643 Warto wiedzieć. Ramka 17.1 Jak komórki rakowe dają przerzuty: rola Src 626 Choroby. Ramka 17.1 Teoria dwóch zdarzeń Knudsona a siatkówczak (retinoblastoma) 628 Choroby. Ramka 17.2 Terapia genowa nowotworów 632 Warto wiedzieć. Ramka 17.2 Odkrycie p53 633 Choroby. Ramka 17.3 Wirus brodawczaka ludzkiego (HPV) a nowotwór szyjki macicy 640 17.3 Terapia genowa 645 Wektory w terapii genowej komórek somatycznych 646 Terapia genowa w ulepszaniu cech na drodze inżynierii genetycznej 649 Terapia genowa w zespołach dziedzicznego niedoboru odporności 652 Terapia genowa w leczeniu mukowiscydozy 654 Terapia genowa zakażenia HIV-1 655 Warto wiedzieć. Ramka 17.3 Transfer genów przy użyciu retrowirusów: jak skonstruować „bezpieczny” wektor? 650 Warto wiedzieć. Ramka 17.4 Pierwsza ofiara śmiertelna terapii genowej 652 Warto wiedzieć. Ramka 17.5 Cykl życiowy wirusa HIV-1 657 17.4 Geny a ludzkie zachowania 657 Zachowania agresywne, impulsywne i z użyciem przemocy 661 Loci odpowiadające za podatność na schizofrenię 662 Podsumowanie rozdziału 663 Pytania kontrolne 665 Literatura uzupełniająca 666 Słowniczek 668 Indeks 716