Okruhy problémov z genetiky a molekulárnej biológie pre štátnice v magisterskom  stupni štúdia 

Študijný program Genotoxikológia

      Princípy a metódy genetickej analýzy u prokaryotov a eukaryotov. Stavba bunky a štruktúra chromozómov u prokaryotických a eukaryotických organizmov. Štruktúra a organizácia génov  prokaryotov a eukaryotov. Techniky mapovania génov na chromozómoch v jadre bunky.   

     Všeobecné princípy genetickej analýzy eukaryotov; určovanie alelických a nealelických génov mutantných kmeňov v jednom znaku; komplementačná a rekombinačná analýza; intergénová a intragénová rekombinácia.

     Postupy pre stanovenie jadrovej a mimojadrovej dedičnosti znakov u eukaryotov.     Extrachromozomálne genetické elementy a  dedičnosť znakov determinovaných mimojadrovými génmi. Štruktúra a funkcia mitochondriálneho a chloroplastového genómu. Štruktúra génov a genetický kód v mitochondriách a chloroplastoch. Techniky mapovania génov mitochondrií a chloroplastov. Vzájomné vzťahy medzi jadrovým a organelovými genómami.     

     Genetická analýza na úrovni populácií. Génové a genotypové frekvencie. Hardy-Weinbergov zákon populačnej rovnováhy. Genetická variabilita prírodných populácií. Stanovenie variability na úrovni proteínov a  DNA. Zmeny v génových frekvenciách populácie. Inbríding a asortatívne kríženie. Mutácie, rekombinácie, migrácia. Selekcia; efekt selekcie na génové frekvencie; selekcia proti dominantnému a proti recesivnému fenotypu; selekcia proti heterozygotom. Génový posun (drift).

     Dedičná a  nededičná premenlivosť. Charakteristika nededičnej premenlivosti (modifikácie, morfózy, fenokópie). Molekulárny mechanizmus vzniku mutácií (mutácie zámenou báz a posunom čítania genetického kódu). Génové mutácie. Charakteristika spätných mutácií (pravé spätné mutácie a supresorové). Chromozómové aberácie. Rôzne typy zmien v štruktúre jednotlivých chromozómov. Zmeny celej sady chromozómov (polyploidia a aneuploidia). Spontánna mutagenéza a jej príčiny (intracelulárne procesy – chyby pri  replikácii, rekombinácii, reparácii; primárne poškodenia DNA a kyslíkové radikály; pohyblivé elementy a ich úloha v spontánnej mutagenéze). Fyzikálne, chemické a biologické mutagénne faktory a charakteristika mechanizmu ich účinku. Úloha metabolizmu v indukovanej mutagéze. Metódy detekcie poškodení molekuly DNA. Postupy pri detekcii mutácií u mikroorganimzov, rastlín a živočíchov. Reparačné systémy a  priebeh opravy rôznych typov poškodení molekuly DNA (oprava DNA v „jednom kroku“ – fotoreparácia, oprava alkylačných poškodení DNA; oprava DNA vo „viacerých krokoch“ – excízne typy opravy, rekombinačné systémy opravy, mechanizmy tolerancie poškodenia v DNA). Metódy kvantitatívnej analýzy mutačného procesu. Postupy pre stanovenie mutačnej rýchlosti. Usmernená mutagenéza a využitie techník génových manipulácii v mutačnom procese. Analýza mutácií v géne a jej využitie v stanovení „jemnej štruktúry“ génu.

     Regulácia expresie génov u eukaryotov a genetická regulácia ontogenézy. Vývin ako regulovaný proces. Genetické, biochemické a  všeobecnobiologické metódy dôkazov genetickej rovnocennosti buniek mnohobunkového organizmu. Genetická determinácia diferenciácie buniek v ontogenéze. Dôkazy diferenciálnej aktivity rôznych génov v rôznych typoch špecializovaných tkanív. Genetické procesy pri zrení samičej pohlavnej bunky. Úloha cytoplazmy oplodneného vajíčka a jej komponentov v kontrole vývinu. Úloha materského genotypu a buniek materského organizmu v regulácii skorých štádií vývinu. Dlhopretrvávajúce RNA a ich úloha v regulácií skorých vývinových štádií. Regulácia expresie génov eukaryotov na jednotlivých stupňoch realizácie genetickej infomárcie v eukaryotickej bunke.  

Rozdiely medzi prokaryotickou a eukaryotickou transkripciu. Transkripčný aparát prokarytotickej bunky. Transkripčné jednotky, terminácia prokaryotickej transkripcie. Transkripčný aparát eukarytotickej bunky. Transkripčné faktory. Regulačné elementy eukaryotickej DNA: promótory a enhancery.  Eukaryotické RNA polymerázy. Transkripčné jednotky pre RNA polymerázu I. Štruktúra promótorov  pre RNA polymerázu I, II a III. „Downstream„ a „upstream„ regulačné sekvencie pre RNA polymerázu III. RNA polymerázu II a jej transkripčné faktory. Tvorba iniciačného komplexu. Prepojenie transkripcie a opravy DNA. Vplyv štruktúry chromatínu na iniciáciu transkripcie

Rozdiely medzi prokaryotickou a eukaryotickou transláciou. Prokaryotické a eukaryotické ribozómy, väzba prokaryotickej a eukaryotickej RNA na ribozómy, prokaryotické a eukaryotické iniciačné faktory, rozdiely v iniciácii, elongácii a terminácii u prokaryotov a eukaryotov.

 Rozdiely medzi prokaryotickým a eukaryotickým génom, chromozómom, Molekulárna anatómia génu a chromozómu. Štruktúra chromatínu. Históny a histónom podobné proteíny. Funkčné elementy prokaryotických a eukaryotických chromozómov (počiatky replikácie, centroméry, teloméry, kódujúce a nekódujúce sekvencie)

 Sorting proteínov, signálne sekvencie; transport proteínov posttranslačný, kotranslačný, transport proteínov do jadra, mitochondrií, chloroplastov.

 Regulácia expresie prokaryotických génov, transkripčné jednotky, sila promótorov, interakcia RNA-polymerázy a promótora, alternatívne sigma faktory, antisense RNAoperón Bakteriálny operón. Iniciácia transkripcie - podobnosti a odlišnosti medzi baktériami a eukaryotami. Indukcia a represia enzýmov lac operónu. Mutanty a genetická analýza lac operónu. lac represor a štruktúra bakteriálnych represorov. Jacob-Monodov model. s faktory. Pozitívna kontrola lac operónu. Základné princípy regulácie bakteriálnych operónov

Regulácia expresie eukaryotických génov; regulácia na úrovni štruktúry DNA, regulácia na úrovni transkripcie, regulácia na postranskripčnej úrovni, regulácia na úrovni transportu mRNA z jadra do cytoplazmy, regulácia na úrovni translácie, regulácia na postranslačnej úrovni. G proteíny a ich úloha v prenose unkových. signálov G-proteíny (heterotrimerické, malé), koncepcia signálnych poslov, signálne kaskády, ligand-receptorové interakcie, receptory pre steroidné hormóny, povrchové receptory, receptory spriahnuté s iónovými kanálmi. Signálne dráhy využívajúce heterotrimerické G-proteíny, efektory heterotrimerických G-proteínov, receptory s enzymatickou aktivitou, receptorové proteín tyrozín kinázy, ras-závislá signálna dráha ako prototyp signálnej kaskády, efektory malej GTPázy ras, MAP kinázová kaskáda, jej komponenty a evolučný pôvod.

Eukaryotický genómom. Repetitívne a unikátne sekvencie DNA. Eukaryotické mobilné elementy. Vírusové a nevírusové retrotranspozóny. Gény a pseudogény. Génové rodiny, VNTR, RFLP. Informačný obsah eukaryotických genómov.

 Bunkový cyklus (fázy) a jeho regulácia. Kontrolné body b. cyklu, cyklín-dependentné kinázy, ORC (origin recognition complex), APC (anaphase promoting complex), p53 a regulácia b. cyklu.

 Signálne dráhy. Ligandy. Receptorové tyrozín-kinázy pru prenose bunkových signálov. Základná štruktúra a aktivácia, funkcie, zapínanie signálnej dráhy ras proteínu

Map-kinázy. MAP kinázová kaskáda, jej komponenty a evolučný pôvod. Prechod signálu z aktivovaného Ras až ku kaskáde proteín kináz. Typy 5 Mapkinázových dráh u kvasiniek. Signálna dráha pre párovanie kvasiniek.

Hybridizácia nukleových kyselín; metódy analýzy DNA-proteínových interakcií, identifikácia, izolácia a štruktúra DNA-viažúcich proteínov.

 Apoptóza. Charakteristické znaky a odlišnosti od nekrózy. Fázy (indukčná, efektorová, degradačná), CED a ďalšie gény, kaspázy, mitochondrie a apoptóza.

 Prióny; Molekulárna podstata, scrapie, kuru, CJD, prióny v kvasinkách.

 Karcinogenéza ako viacstupňový proces; tumor-supresorové gény, onkogény, genotoxické a negenotoxické karcinogény.

 Génová terapia  (somatická, germinálna), vnášanie  (spôsoby) cudzorodých génov. Kombinovaná imunodeficiencia podmienená nefunkčnosťou ADA génu, stratégie génovej terapie pri liečbe rakoviny.