Курс «Старение и клеточная смерть: эволюционный и механистический аспекты» позволит слушателям получить базовые представления об основах регулируемой клеточной гибели, клеточного старения и старения организмов. Будут детально рассмотрены на молекулярном уровне механизмы таких типов клеточной гибели как апоптоз, некроптоз, пироптоз, нетоз, аутофагия, и другие, Будут обсуждаться гипотезы о механизмах старения многоклеточных, как на уровне организма в целом, так и на уровне отдельных типов клеток. Целью курса является составление у студентов целостного представления о разновидностях регулируемуемой гибели клеток у животных и растений, о старении на клеточном и организменном уровне, а также обучение студентов методам анализа состояния и жизнеспособности клеток.
Задачей курса является получение базовых теоретических знаний о физиологии старения организма, а также о биологии клетки, в особенности в контексте клеточного старения и регулируемой клеточной смерти. Кроме того, в задачи курса входит развитие умения использовать полученные базовые знания для самостоятельной научной работы. В рамках курса рассматриваются роль клеточной гибели в онтогенезе и физиологии организмов, классификация типов клеточной гибели, механизмы основных вариантов программируемой клеточной смерти: апоптоз, некроз, некроптоз, пироптоз, нетоз, аутофагия и другие. Обсуждаются болезни, физиологически связанные с нарушением регуляции клеточной смерти. Отдельно рассматривается связь клеточного старения с окислительным метаболизмом и целостностью генетического аппарата клетки. Подробно рассматриваются сенсорные и эффекторные механизмы: сборка активационнных платформ на основе «рецепторов смерти», пермеабилизация митохондрий, активация специфических протеаз, убиквитинилирование и деубиквитилирование регуляторных белков, роль транскрипционного фактора р53, митохондриально-ядерный cross-talk. Обсуждаются генетические модели для изучения процесса клеточной гибели, фенотипы мышей с нокаутами по ключевым компонентам механизмов клеточной гибели и «спасение» фенотипа у двойных и множественных нокаутов, в том числе, с учетом возможности проекции на патологии человека при межвидовых различиях и высокой гетерогенности фенотипических проявлений у людей. Анализируется характер регулируемой клеточной смерти у одноклеточных эукариот, эволюционные предпосылки возникновения механизмов альтруистической гибели отдельных клеток или особей в популяции, рассматриваются эволюционные примеры генетически детерминированного феноптоза и «отложенного старения».
Цель курса
Целью курса является составление у студентов целостного представления о разновидностях регулируемуемой смерти клеток у животных и растений, о старении на клеточном и организменном уровне, а также обучение студентов методам анализа физиологического состояния клеток, детекции и индукции клеточной гибели. Акцент будет сделан на применении этих фундаментальных знаний в современной биотехнологии и медицине.
Предполагаемый объем - 108 ак.ч. (3 з.е.)
Тематическое содержание модуля
Раздел 1. Теоретические основы регулируемой смерти клеток
1. Разнообразие видов ПКС
2. Значение ПКС для живых организмов
3. Эволюция путей ПКГ у животных
4. Клеточная гибель у растений
5. Митохондриальный путь апоптоза.
6. Инструктивный апоптоз, рецептор FAS
7. Инструктивный апоптоз, рецепторы семейства TNFR
8. Некроптоз
9. Аутофагия и ее регуляция
10. Нетоз
11. Системная биология в изучении гибели клеток
12. Структурно-функциональные основы взаимодействия митохондриома с остальными клеточными системами – с ЭПР, ядром, цитоскелетом, везикулярной системой транспорта и выделения
Раздел 2. Старение на клеточном и организменном уровнях
1. Концепция генетической программы старения
2. Феноптоз в природных популяциях, предпосылки его возникновения
3. Физиология животных с отложенной программой старения
4. Концепция старения как катастрофы ошибок на клеточном уровне
5. Особенности клеточного старения
6. Повреждения ДНК и мутации
7. Транскрипционный фактор P53
8. Клеточное старение, митохондрии и активные формы кислорода
9. Старение и иммунитет
Раздел 3. Практическое изучение клеточной смерти
1. Принципы флуоресцентной и конфокальной микроскопии
2. Принципы проточной цитометрии
3. Методы определения физиологического состояния клеток
4. Способы детекции клеточной гибели
5. Проточная цитометрия и флуоресцентная микроскопия в анализе клеточной гибели
6. Анализ TNF-опосредованной цитотоксичности
7. Анализ клеточного ответа на повреждение ДНК
8. Аналитический подходы в исследовании состояния митохондрий in situ, in vivo, in vitro. Базовые принципы диссекционного и интегрального анализа выделенных митохондрий