G-protein- och jonkanalkopplade receptorer

v140116
Biomedicinprogrammet, termin 2
UPPSALA UNIVERSITET
Medicinska fakulteten
Målbeskrivning för Cell- och
molekylärbiologi
15 hp
Institutionen för Neurovetenskap

VT2014
1
v140116
Innehåll:
Anvisningar till målbeskrivningen:
Undervisning
Examination
Kursvärdering
Kursledning
Litteratur samt läskursens omfattning
Målbeskrivning och sidhänvisningar
Cellens genetiska informationsflöde
RekDNA tekniker
Cellens biologi och signalering
2
2
3
3
3
3
4
8
11
Anvisningar till målbeskrivningen:
Målbeskrivningen definierar övergripande mål för kursen och beskriver vilka områden som
ingår i kursen. Den ska ge en övergripande bild av kursstoffet och skall användas tex. vid
inläsningen för att kontrollera att ni inte missat någon väsentlig del av kursen. Använd
målbeskrivningen på så sätt att ni förvissar er om att ni har förstått innebörden av de begrepp
som angivits. Vid avslutad kurs ska ni ha fått kunskap som motsvarar målbeskrivningen.
Läroboken (se hänvisningarna vid ”Litteratur samt läskursens omfattning” nedan) utgör
”läskursen” och kompletteras med laborationer, seminarier och andra moment samt utdelat
material. Målbeskrivningen innehåller anvisningar till relevanta avsnitt i boken.
Föreläsningarna, gruppövningar och seminarier hjälper er att sålla i materialet och att finna en
relevant nivå på detaljkunskaperna. Föreläsningar och seminarier erbjuder också tillfällen för
frågor och diskussion. Det sammanlagda materialet utgör kursens innehåll.
Undervisning:
Undervisningen är organiserad utifrån riktlinjer för studenternas arbetsvillkor vid Uppsala
Universitet (Dnr UFV 2009/902) och sker genom föreläsningar, demonstrationer, seminarier,
gruppredovisning samt laborationer.
Seminarier är lärarledda gruppdiskussioner som baseras på förberedda presentationer av
studenterna om ämnen eller specifika frågeställningar.
Fall är en variant av problembaserad undervisning där en falltext inspirerar till inlärningsmål
runt ett specifikt ämne. Det är studenterna som skall formulera inlärningsmålen och
självständigt inhämta kunskap utifrån ett givet fall. Vid fallstarten skall studenterna analysera
sina förkunskaper och föra en diskussion om de begrepp som fallet tar upp samt formulera
inlärningsmål. Vid fallredovisningen diskuteras de inhämtade kunskaperna baserade på målen
och oklarheter reds ut.
Gruppredovisningarna går till så att delar ur läroboken fördelas till medlemmarna i en grupp
(10-16 personer). Muntliga korta individuella eller parvisa presentationer förbereds av
gruppmedlemmarna och ges vid ett tillfälle för gruppen under handledning. Således kommer
flera korta presentationer att ges i gruppen över olika teman. En kort skriftlig redovisning ska
delas ut till gruppmedlemmarna. Förutom faktakunskaper skall gruppredovisningarna ge
träning i att sålla i läroboksmaterialet samt att muntligt presentera de viktigaste delarna.
2
v140116
Laborationerna utgör en viktig del av kursen med vidhängande teori. Skriftlig
resultatredovisning i form av laborationsrapporter skall inlämnas 5 arbetsdagar efter
laboration och ger träning i att skriva och formulera vetenskaplig text.
Presentationsteknik är integrerat med kursmoment som innehåller skriftlig/muntlig
presentation.
Examination:
För att få godkänd kurs krävs: i) att den studerande på ett tillfredsställande sätt deltagit i och
redovisat de obligatoriska momenten: laborationer, demonstrationer, seminarier och
gruppredovisningar, ii) godkända skriftliga laborationsrapporter, iii) godkända duggor samt
iv) skriftlig tentamen efter avslutad kurs. Ersättning eller alternativ tidpunkt för obligatoriskt
moment kan erbjudas student som av särskilda skäl, t ex olycksfall, plötslig sjukdom eller
liknande händelser inte kunnat genomföra det obligatoriska momentet. I den skriftliga
sluttentamen ingår hela kursens material. Särskild vikt läggs på laborationer och seminarier
med vidhängande teori. Bedömning/betygssättning av den skriftliga examinationen sker
anonymt. Synpunkter på bedömning och rättning skall framföras skriftligen till
kursadministrationen med hänvisning till de specifika delar som ifrågasätts.
Kursvärdering:
Till kursen hör en hemsidebaserad kursvärdering där du efter hand kan ge dina synpunkter på
kursen (Medfarm DoIT / kursvärderingsinstrumentet KURT). Du når utvärderingen genom en
länk som finns på CMB-portalsidan. Det går att mata in uppgifter efterhand och påminnelser
skickas per e-mail så den studerande inte skall glömma kursvärderingen. Kursvärderingar är
ett viktigt instrument för planering av undervisningen och det är därför värdefullt att alla
studenter gör värderingen.
Ansvariga:
Institutionen för Neurovetenskap, enheten för medicinsk utvecklingsbiologi.
Kursledare: Finn Hallböök, [email protected], Tel 018-471 4944, BMC A2:2.
Bitr. kursledare: Henrik Ring, [email protected], Tel 018-471 4942, BMC A2:2.
Kurssekreterare: Karin Nygren [email protected], Tel 018-471 4421, BMC A2:1.
Rekommenderad litteratur samt läskursens omfattning:
Molecular cell biology. Lodish et al. 7:e upplagan, 2013, WH Freeman and Company
Kapitel:1-19
Animeringar mm finns på Lodish websidan http://www.whfreeman.com/lodish7e
Andra lämpliga och kompletterande böcker är:
”The CELL a molecular approach” Cooper and Hausman, Sinauer Press
”Cell Biology” Pollard and Earnshaw, Saunders (Elsevier)
”Molecular Biology of the cell” Alberts et al. Garland science
OBS Böcker är också tillgängliga som e-böcker över nätet via Uppsala Univ Bibliotek (ofta
dock ej i senaste upplaga). Se http://www.ub.uu.se/databas/eresurs/refbas/start.cfm
3
v140116
Övergripande mål
Kursen skall ge kunskap om de basala strukturerna och cellbiologiska mekanismerna i en
levande eukaryot cell.
Efter genomgången kurs ska den studerade kunna:
KUNSKAP OCH FÖRSTÅELSE
 redogöra för den eukaryota cellens uppbyggnad och struktur samt utseenden och
funktioner hos dess organeller.
 redogöra för det genetiska informationsflödet i den eukaryota cellen; inkluderande
nukleinsyrastrukturer, definitionen av en gen, genomets organisation, replikationen,
bildningen av RNA (transkription), processningen av pre-mRNA samt proteinsyntesen
(translation).
 redogöra för hur gener regleras.
 redogöra för hur celler kan kommunicera och de centrala intracellulära signalvägarna.
 redogöra för intracellulär proteintransport.
 redogöra för cellmotilitet och reglering av cellform och rörelse; inkluderande cytoskelettets
organisation samt generandet av kraft och cellrörelser.
 beskriva cellcykeln och celldelningen och redogöra för hur dessa regleras.
FÄRDIGHET OCH FÖRMÅGA
 beskriva och utföra grundläggande molekylärgenetiska metoder; inkluderande arbete med
bakterier, PCR amplifiering och analys samt elektrofores av nukleinsyra.
 beskriva och utföra enklare cellodling och mikroskopering.
 förklara teorin bakom genomgångna praktiska moment och kunna sammanställa och tolka
experimentella resultat i såväl skriftlig som muntlig form.
 visa förmåga på att kunna planera och fullfölja uppgifter inom given tidsram.
VÄRDERINGSFÖRMÅGA OCH FÖRHÅLLNINGSSÄTT
 söka, sammanställa, presentera och till del även kritiskt granska cell- och
molekylärbiologisk information.
Målbeskrivning och innehåll i relation till kursens undervisningsmoment
 Cellens genetiska informationsflöde (centrala dogmen)
Beträffande det genetiska informationsflödet skall studenten kunna redogöra för:
Gener och genom:
 definitionen av en gen
 genstruktur: exoner/introner
o C-värdes-paradoxen
 enkla och komplexa transkriptionsenheter
 genomets organisation
o gener
 proteinkodande "enkel-kopiegener"
 genfamiljer
4
v140116
 icke-proteinkodande funktionella RNA-gener
 tandemrepeterade gener (rRNA-gener, histongener m fl)
o repetitiva och mobila element (vilka typer)
 högrepetitivt DNA
 satellit-DNA
 intermediär-repetitivt DNA (mobila element, retrovirus)
o oklassificerat DNA
 kärnans och kromatinets utseende under interfas
o nukleolen: ”struktur” och ”funktion”
 kromatin: uppbyggnad och utseende
o kromatinstruktur; luckert och kondenserat
o eukromatin – heterokromatin
 histoner, egenskaper
 nukleosomen och dess uppbyggnad/struktur
 modifiering av histoner (histonsvansar)
o acetylering och metylering
o reglering av histonmodifiering
o transkriptionsfaktorers betydelse vid denna reglering (se nedan
genregleringsavsnitt)
 kromosomer
o kromosomernas struktur och utseende under interfas respektive under
celldelning
o metafaskromosomer
o organisationen av DNAt på metafaskromosomerna
 organell-DNA
Lodish: kap. 4, 6
Beträffande genuttryck skall studenten kunna redogöra för:
RNA och transkriptionen:
 bildningen av RNA (transkriptionen)
o genetiska informationsflödet i cellen
o omvänd transkription (RT)
 templat för transkription; sense och antisensesträng på DNAsträngen
 olika typer av RNA och deras funktioner
o mRNA, tRNA, rRNA, snRNA, snoRNA, div mikroRNA
 transkriptionen
o RNA polymeraser, RNApolII, mRNA
 mRNA struktur: 5’ respektive 3’
o prokaryoter – eukaryoter (skillnader och likheter)
 bildningen av de olika RNA, cellulära organisationen
o RNA processningen, pre-RNA
Lodish: kap. 4, 7
Genreglering och reglering av transkriptionsinitiering:
 vad som menas med genaktivitet (genuttryck)
 bakteriell transkription
o prokaryot genreglering: operonet
o polycistroniskt mRNA
5
v140116
o lacoperonet
 X-gal
 IPTG
 eukaryot genreglering (proteinkodande gener)
o RNA polymeras II, mRNA
 transkriptionsreglering
 enkla och komplexa transkriptionsenheter
 regulatoriska element
o promotorn
 TATA box, CpG öar
o proximala och distala regulatoriska element
 ”enhancers” och ”silencers”
 multipla transkriptionskontrollerande element
 vad transkriptionsfaktorer är
o generella transkriptionsfaktorer
 transkriptionspreinitieringskomplex
o betydelsen av karboxyterminala domänen på RNA pol II; fosforylering av
denna
 hur RNA polymeraset regleras till att starta transkription
 mediatorkomplexets funktion
 aktivatorer och repressorer
 DNA-bindande domäner och motiv hos transkriptionsfaktorer, exemplifiera
 betydelsen av kromatinstrukturen för transkription och geners aktivitet
o kromatinmodulerande faktorer
o histonacetylering och metylering
 transkriptom-begreppet (jämförelse med genom-genbegreppet)
 hur vävnadsspecifikt genuttryck kan etableras: vad bestämmer det specifika uttrycket?
 hur genuttryck kan induceras/slås på och betydelsen av att transkriptionsfaktorer
binder till regleringselement
o betydelsen av förflyttning av transkriptionsfaktorer mellan kärnan och
cytoplasman
 reglering av geners aktivitet: betydelsen av transkriptionsfaktorer
o de viktigaste teknikerna som har med att studera promotorer och genreglering
Lodish: kap. 7; seminarium genreglering
Posttranskriptionell kontroll:
 preRNA, hnRNA, hnRNP
 processning av pre-mRNA: olika stegen
o 5’CAP, struktur och funktion
 splitsning (splicing)
o exon- och intronsekvenser
o spliceosomen: uppbyggnad och funktion
o snRNA, snRNP funktion vid splitsning; URNA
o konsensussekvenser i intron
 specificiteten vid splitsningen: hur uppkommer den?
 alternativ splitsning
o
enkla och komplexa transkriptionsenheter
 3’ klyvning och polyadenylering av pre-mRNA
 mRNA editing
6
v140116
 transport av mRNA ut ur kärnan
 mRNA-bindande proteiner
 cytoplasmatisk kontroll av mRNAt
o mRNA nedbrytning/livslängd
o micro RNA RNAi
 de viktigaste stegen i reglering av geners aktivitet på olika nivåer sett från hela
genregleringsprocessen: transkriptionsinitiering till att det färdiga proteinet finns på
plats i cellen
 processning av pre-rRNA och pre-tRNA
o nukleolen
o Pre-rRNA och ribosomsammansättning
o snoRNA
o ribosomernas subenheter och deras rRNA
Lodish: kap. 8
Beträffande proteinsyntesen skall studenten kunna redogöra för:
 vad skillnaden är mellan den genetiska koden och genetisk information
o start och stop
o att genetiska koden är degenererad
 mRNA: informationsbäraren
 tRNA och deras 3D struktur/funktion
o processning av pre-tRNA till tRNA
o kodon - antikodon, basparning mellan dessa
o aminoacyl-tRNA syntetaser och laddningen av aminosyror på tRNA
o antalet tRNA och aminosyror
 ribosomer och rRNA
o ribosomernas uppbyggnad
 prokaryota ribosomer jämfört med eukaryota ribosomer
 lilla och stora subenheternas uppbyggnad i de eukaryota ribosomerna
 ribosomala RNA och ribosomala proteiner
o hur processning av eukaryot pre rRNA går till
 hur translationen sker med avseende på:
o initiering
 startkodon (Methionyl-tRNAMet) och initiering av proteinsyntesen
 initieringsfaktorer och initieringskomplex
 prokaryot initiering
Shine-Delgarno sekvenser (ribosome entry sites)
 eukaryot initiering
o elongering
 elongeringsfaktorer
o termineringen av translationen
 terminerings/ ”release” faktorer
 hur och var i translationsprocessen specificiteten bestäms.
Lodish: kap. 4
Besträffande replikationen skall studenten kunna redogöra för:
 centrala dogmen
 genetiska informationsflödet i cellen
7
v140116
 hur replikationen går till
 hur kromosomerna replikeras
o bidirektionalitet vid replikering
 ORI roll i DNAreplikation
 replikationsmaskineriet och dess beståndsdelar (bakterier/eukaryoter)
o DNA polymeras: olika typer och funktioner
o replikationsgaffeln
o helicaser
o primas
o okazakifragment
 topoisomeraser: funktioner och aktiviteter
 telomerreplikation
o telomerasets funktion
 mutationer och DNA-skador
 reparation av DNA-skador
o ”Proof reading”
o enkelsträngsbrottsreparation ”Excision repair"
o dubbelsträngsbrottsreparation
o non-homologous end-joining double strand break repair NHEJ
o homolog rekombination vid reparation av dubbelsträngsbrott
 rekombination
o homolog rekombination
Lodish: kap. 4
 RekDNA tekniker
Beträffande RekDNA tekniker skall studenten kunna redogöra för och utföra:
Polymerase Chain Reaction (PCR) :
 "PCR" -amplifieringens steg/cykler:
o denaturering
o basparning (annealing)
o DNA polymerisering (elongering)
o förklara betydelsen av respektive steg i PCRcykeln
 vad primers är och hur de används vid PCR (uppströms- respektive nedströmsprimers)
o vad oligonukleotider är och hur man får tag i dem
o grundläggande principer hur man designar PCR primers
o förklara betydelsen av termostabiliteten hos Taq DNA polymeras
o hur exponentiell amplifiering uppkommer
o förklara hur specificiteten uppkommer vid PCR
o förklara betydelsen av temperaturen under de olika stegen av PCR
 och exemplifiera dessa temperaturer
o förklara hur den stora känsligheten i PCR hör samman med den exponentiella
amplifieringen
o förklara hur "PCR" -maskinen (Thermal cycler) fungerar
o olika användningar av PCR
 betydelsen av olika kontroller vid PCR men även kunna motivera användandet av
positiva och negativa kontroller
8
v140116
Vid laborationstillfälle skall studenten kunna utföra amplifiering av specifikt DNA fragment
med PCR genom att tillämpa de kunskaper som studenten inhämtat teoretiskt. I laborationen
ingår att preparera genomiskt DNA, kvantifiera (mäta spektroskopiskt) utvunnet DNA, sätta
upp en PCR amplifiering med specifika primers och verifiera PCR produktens storlek på
agarosgel.
Lodish: kap. 5; laboration 2-3
DNAkloning:
 vad rekombinant DNA är
 vad en ”klon” är
 de viktigaste verktygen inom molekylärbiologiska metoder:
o bakterier
o vektorer
o enzymer samt förklara deras olika användningar:
o bakterier som redskap inom molekylärgenetiken
 odling av bakterier på agarplatta och i lösning
 Escherichia coli
 bakteriestammar
 resistensgener och antibiotika-användning
o vektorer
 plasmider
 virus
 bakteriofager (lambda-fagen)
 YACs, BACs
o olika typer av plasmidvektorer
o de viktigaste egenskaperna hos olika typer av vektorer
o enzymer som verktyg inom molekylärgenetiken
 nukleaser, endo- och exonukleaser
 restriktionsenzymer (RE)
typer av restriktionsenzymer
igenkänningssekvens, palindrom, överhäng, ”stickyrespektive blunt ends”
 polymeraser
DNA polymeraser, Kleenow, Taq
RNA polymeraser, T3, T7
 ligaser, T4 DNA ligas
 modifierande enzym
nukleotidkinas, PNK
fosfatas
 terminalt transferas (Tdt)
Vid laborationstillfälle skall studenten genomföra kloning av ett DNA-fragment samt
storleksbestämma DNA-fragment via agarosgelektofores genom att tillämpa sina teoretiska
kunskaper. I laborationen ingår:
 kloning av DNA-fragment
o transformation av bakterier och att förklara betydelsen av selektion
o preparation av plasmidDNA
 storleksbestämning av DNA-fragment med agarosgelelektrofores
o visualisering av DNA i agarosgeler
9
v140116
 interkalerande och fluorescerande ämne
o storleksmarkörer (kbp, bp)
 bestämning av DNA-koncentration
o gel elektrofores: jämföra med kända standards
Lodish: kap. 5; laboration 1-3
Beträffande DNA-sekvensering och bibliotek skall studenten kunna redogöra för:
 Sanger sekvenseringsmetoden
o Dideoxymetoden, "chain termination method" eller Sanger-metoden
 dideoxynukleotider
 principen för Sangermetoden
 kunna bedöma och rätta ett sekvenskromatogram från
Sangersekvensering
 fluorescensbaserad sekvensering
o kapillärelektrofores
o polymeras vid sekvensreaktioner
 ”Pyrosequencing” som alternativ metod att sekvensera DNA
 genomiskt DNA - cDNA, skillnader
o preparation och framställning
 storskalig sekvensering
o principen för metoderna – 454 Roche, Solid Illumina
 bibliotek (Vad är ett bibliotek?)
o genomiskt bibliotek
o cDNA bibliotek
 skillnader och likheter mellan dessa bibliotekstyper
 genomsekvensering – täckning ”coverage” ex. 8x
 syntetiskt DNA
o oligonukleotider ("primers", "linkers", adaptorer)
o användningsområden
 Southern blot analys av DNA
Lodish: kap. 5; laboration 2-4
Beträffande bioinformatik och genomdatabaser skall studenten kunna redogöra för:
 definitionen av en gen
 skillnader mellan proteinkodande och icke-proteinkodande gener
 vad DNA/protein databaser är och vad de kan användas för (enklare uppgifter)
o GenBank och dess principiella innehåll
o SWISS Prot - och dess principiella innehåll
 DNA-databassökningar samt kunna utföra enklare sökningar
o BLAST sökning
 databassökningar med biomedicinsk/genetisk information
o PubMed och dess principiella innehåll
 de viktigaste funktionerna för genom-portaler som ENSEMBL / NCBIs resurser.
 vad NCBI är för något
 genom-”browsers”: hur hittar man en gen i ett genom med hjälp av bioinformatisk
teknik
 viktiga modellorganismer
 skillnaden mellan homologi respektive sekvenslikhet
 några arters genomstorlekar i jämförelse med Homo sapiens
10
v140116
 vad en ”genkarta” är: examplifiera hur vårt genom ser ut? Hur ligger generna?
o antal mänskliga gener och antal gener hos andra organismer
Lodish: kap. 5; laboration 2-4
Beträffande genexpressionsanalys skall studenten kunna redogöra för:
 vad mRNA nivåer/uttryck innebär
 mRNA stabilitet kontra transkriptionsinitieringen och betydelsen för mRNA-nivå
 metoder att mäta RNA-uttryck
o Northernblotanalys
o qRT-PCR (quantitative Reverse Transcriptase PCR)
o in-situ-hybridisering
o arrayanalyser
 mRNA sequencing
o Affymetrix
 ”mRNA” sekvensering och transkriptombegreppet
o storskalig sekvensering av cDNA (mRNA)
 de vanligaste typerna av radioaktiv strålning
o radioaktiva nuklider på biokemiskt lab.:
 3H, 14C, 35S, 33P, 32P, 125I
o detektionsmetod:
 autoradiografi
Lodish: kap. 5; laboration 4
 Cellens biologi och signalering
Beträffande cellens uppbyggnad och utseende skall studenten kunna redogöra för:
Utseende, funktion och struktur för organeller och specifika delar i den eukaryota cellen:
o cellmembranet
o cellkärnan (eu/heterokromatin, kärnhölje, membranet, kärnporer, nukleolen,
nukleosom, kromosomer),
o endoplasmatiskt retikulum (rER och sER),
o Golgiapparaten,
o sekretionsgranulae
o lysosomer, endosomer
o exocytos och endocytos,
o peroxisomer,
o cellkontakter,
o mitokondrier,
o cellskelettet
 MTOC, centriol
 cilier, mikrovilli, stereocilier
 redogöra för storlek på den eukaryota cellen och dess olika komponenter
Lodish: kap. 1, 9
Mikroskoperingstekniker:
 de enklare principerna för:
o ljusfältsmikroskopi
o mikroskopets uppbyggnad
o faskontrastmikroskopi
11
v140116
o fluorescensmikroskopi
o konfokalmikroskopi
Vid laboration skall studenten kunna
 använda ett mikroskop för att studera celler i kultur
 göra de enklaste inställningarna på ett mikroskop
Lodish: kap. 1, 9
Elektronmikroskopi:
 identifiera de vanligaste cellstrukturerna (se ovan) på elektron mikroskop (EM)-bilder
 redogöra för teorin bakom transmissionselektronmikroskopet och
svepelektronmikroskopet
o förklara vad som begränsar upplösningen
 beskriva preparering av vävnad för transmissions- och svepelektronmikroskopi
o fixering, snittning och kontrastering för TEM, torkning för SEM
Lodish: kap. 1, 9; EM-demonstration
Beträffande cellodling skall studenten kunna redogöra för:
 vad ett tillväxtmedium för eukaryota celler är och dess innehåll
 vilka cellodlingsbetingelser som behövs för att celler skall växa i kultur
 hur man gör när man odlar celler; sterilteknik
o ”subkultivering”/splittning av celler
Vid laboration skall studenten kunna utföra enklare cellodlingsmoment som:
o grundläggande sterilteknik vid cellodling
o tina upp frysta celler och odla dessa i petriskålar
o trypsinera och subkultivera cellkulturer
o räkna celler i Bürkerkammare
o uppskatta omfattningen av cellers växt med mikroskop samt bedöma om
cellerna är friska och växer normalt
 primärceller
 transformerade celler
 cellinjer
o hybridom
 stamceller
o ”feederceller”
 stabil och transient expression
o selektion
o transfektion av DNA in i eukaryota celler
o olika transfektionsmetoder; särskilt elektroporation
Studenterna skall vid laborationstillfälle kunna utföra elektroporation av celler samt analysera
hur elektroporationen har fungerat.
o Studenten skall kunna förklara teori och hur genöverföringen vid
celltransfektion med elektroporation sker i praktiken.
o Studenten ska kunna förklara vad ”green fluorescent protein” (GFP) är och hur
GFP kan användas för att studera celler t.ex. efter elektroporation
o Studenten skall kunna redogöra för vad en reportergen, exempelvis GFP, är
12
v140116
Lodish: kap. 9; laboration 5-6; laborationskompendium
Beträffande cellsignalering skall studenten kunna redogöra för:
 vad som menas med cellkommunikation; intra- och extracellulär kommunikation
 extracellulära signaler
o typer och exempel
 utsöndrade signaler (tex tillväxtfaktorer)
 hormoner (lipofila signaler)
 cellkontakt
 endokrin-, parakrin- och autokrin signalering
 anterograd- respektive retrograd signalering
 olika cellulära svar: 1) ändrat genuttryck, 2) direkt påverkan på cellens maskineri utan
att gå via ändrat genuttryck; celldelningen, cellrörelse, cellmetabolism med mera
 ligand – receptorinteraktion
o Vad innebär ligandbegreppet? Vad är en ligand?
 affinitet och specificitet när det gäller ligand – receptorinteraktion
o bindningsställen och receptordensitet
 signaltransduktionsbegreppet
o olika signalvägar i cellen (olika signaltransduktionsvägar)
 olika sätt hur intracellulär signalering kan ske:
o GTP-bindande proteiner som on/off switchar
o betydelsen av reglerad proteininteraktion vid signaltransduktion
o proteinfosforylering
 reglering av proteininteraktion via fosforylering
 betydelsen av konformationsförändring efter fosforyleringar vid
aktivering/inhibering av proteinaktivitet
 proteinkinas och proteinfosfatas
o specificitet vid proteinkinasering:
 aminosyrarest som fosforyleras: tyrosin, serin/threonin
 specifikt protein som kinaseras
 olika klasser av receptorer tex
o G-protein kopplade receptorer (GPCR)
o jonkanalreceptorer
o receptorer med kinasaktivitet
o Receptortyrosinkinaser (RTK)
o serin/threonin kinas receptorer
o nukleära receptorer
 ”second messenger” begreppet
o cAMP, cGMP, NO, DAG, IP3, Ca2+
 cellsignalleringens effekter:
o effekter på geners transkription (signaler som leder till ändrad genreglering)
o cellulära svar utan att påverka geners transkription
Lodish: kap. 15 och 16
Signaltransduktion: G-protein- och jonkanalkopplade receptorer:
 G protein kopplade receptorer och deras signalvägar in i cellen
o genfamilj/struktur
o 7TM receptorer
 ligander/G-protein kopplade receptorer
13
v140116
 aktivering och inhibering av adenylylcyklas
o G proteinet (trimeric G-protein)
 GTPas aktivitet
o adenylylcyklas
 syntes och degradation av cAMP
 ”second messengers”: cAMP
o cAMP dependent protein kinases
o cAMP reglerad transkription, CREB
 GPCR och aktiverade jonkanaler
o
neurotransmittorer/receptorer
o
genomsläppta joner Ca2+, Na+, K+, Cl jämfört med spänningsstyrda jonkanaler
 GPCR och kopplingen till Phospholipas C (PLC; se sid 15)
Lodish: kap. 15 och 16
Proteinkinasering vid cellsignalering – tyrosinkinasering:
 hur tyrosinkinaser bidrar till cellkommunikation
o vilka signaltransduktionsvägar som använder tyrosinkinaser
 receptorer som utnyttjar tyrosinkinas aktivitet:
o receptorer kopplade till cytoplasmatiska tyrosinkinas (cytokinreceptorer)
o Receptor Tyrosin Kinaser (RTKs)
 exempel och indelning i klasser av RTKs
 ligandbindning
 dimerisering
o tyrosin kinas aktivitet/domän
o autofosforylering och dess betydelse vid receptoraktivering
 ligandaktiverad autofosforylering
o fosfo-tyrosin-rester
 receptorer kopplade till cytoplasmatiska tyrosinkinas
o exempel cytoplasmatiska tyrosinkinas
 JAK/STAT
 feedback reglering av tyrosin kinaser med fosfataser
 Receptor Tyrosin Kinaser (RTKs)
o hur aktivering sker av signalvägarna
o vad autofosforylering är
 vilka signaltransduktionsvägar som aktiveras av RTKs
o MAPK kaskaden
o PI3kinas,
o PLCsignalering
 Ras proteinet (GTPase)
o reglering av Ras aktivitet
o Guanine Exchange Factor (GEF)/GTPase activating protein (GAP)
o Sos/GAP funktion vid inaktivering/aktivering av Ras.
 adaptorprotein-begreppet
 proteininteraktion
o betydelsen av olika domäner vid proteininteraktion
 SH2 domäner (Src-Homologi-2 domän); GRB2
 PTB phosphotyrosine binding domain
 SH3 domäner; SOS, GRB2
14
v140116
 MAPkinase signalering
o reglering via Ras
o MAPkinas kaskad
 flera MAPkinaser
 parallella kinaskaskader
 betydelsen av aktiverade kaskader för transkriptionsreglering: aktivering av
transkriptionsfaktorer
o MAPK substrat: transkriptionsfaktorer
 translokering av MAPK till kärnan efter aktivering
 betydelsen av aktiverade kaskader för påverkan på cellens cytoskelettala och
celldelningsmaskineri
Lodish: kap. 15 och 16
Signaltransduktion: inositol-lipid och Ca2+ signalering; reglering av signaltransduktionsvägar:
 ”second messengers”: DAG, IP3: inositol-lipid signalering
o Phosphatidylinositol PI
o Diacylglycerol DAG
o syntesvägar
 PI kinas (PI3Kinas) signalvägen
 Phospholipas C (PLC) signalvägen
 DAG aktivering av PKC
 ”second messengers”: Ca2+
o ligandreglerad frisättning av intracellulärt Ca2+
o reglering av intracellulärt Ca2+
 intracellulära och extracellulära källor av Ca2+
 Ca2+ bindande protein
 ”second messengers”: Kväveoxid (NO)
o NO syntas
 serin/threoninkinasreceptorer
o TGFß-receptorer och SMADs
 interaktioner mellan de olika signalvägarna
Lodish: kap. 15 och 16
Beträffande cellrörelser skall studenten kunna redogöra för:
Aktin och mikrofilament:
 hur aktincytoskelettet är organiserat i cellen
o aktin och mikrofilamentens uppbyggnad och struktur
 aktinpolymerisering och dess dynamik och reglering
o G-, F-actin
o ”treadmilling”
o aktin-polymerisering
 proteiner som binder aktin/mikrofilament
o ”profilin” och polymerisering
o mekanismer för reglering och hopsättning av mikrofilament
o raka och förgrenade mikrofilament; Arp
o exemplifiera proteiner som organiserar aktinet i fibrer (”actin cross-linking”)
respektive i cell cortex
 hur aktin fäster till cellmembranet: adaptorer och andra aktinbindande proteiner
15
v140116
 myosiner: aktin-motorproteiner
o myosin-aktin-interaktion; myosinets roll vid cellrörelser
 myosin: struktur, typer och funktion
 muskelaktin och rörelsemaskineriet i en muskelcell

Ca2+ och muskelcellskontraktion
 aktin i icke-muskel vävnad
Lodish: kap. 17
Cellmotilitet och reglering av form och rörelse
 hur cellen rör sig:
o fokala adhesioner
 integriner
o filopodier
o lamellopodier
 cellmotilitet och aktinsystemet: genererandet av kraft och cellrörelser
 reglering av aktin-organisationen: små GTP-bindande proteiner Rho, Rac, Cdc42 (Ras
superfamiljen)
o betydelsen av Guanine Exchange Factors (GEFs)
 ”chemotaxis” och cellmigrering
 signaltransduktionsvägar som påverkar aktinfilament
Lodish: kap. 17.7
Beträffande celldelning skall studenten kunna redogöra för:
Mikrotubuli och intermediära filament:
 mikrotubuli (MT): struktur och uppbyggnad
 tubulin
o struktur och funktion
o tubulinpolymerisering (+/-)
 mikrotubulibindande protein
 mikrotubulidynamik i cellen
 MTOC och cellpolaritet
o colchicin
 MT: roll vid organellers transport och cellulära organisation
 motorproteiner som interagerar med MT
o kinesin- och dynein-systemen
 transport av organeller och vesiklar
o axonal transport
 cilia och flageller
o hur rörelsen genereras
 MT systemet under mitosen
o mitosmaskineriets funktion för att separera kromosomerna
o kinetochor
o mitotiska maskineriet
 mikrotubulis funktion, interaktion och dynamik under mitosen
 MTOC
o centrosome (centriol)
 kärnspolens (spindelns) funktion
o ”kinetochore MT”
16
v140116
o ”interpolära MT”/spolfibrer
o ”aster MT”
 hur rörelsen av kromatiderna genereras: betydelsen av motorproteiner och
polymerisering
 kontraktila ringen och cytokines
o aktinets betydelse vid cytokines
 intermediära filament (IP)
o proteiner, typer av filament och klassificering
o struktur och funktion av IP
o proteiner som interagerar med IP
Lodish: kap. 18, 19; laboration 12
Celldelning, mitos och cellcykeln:
 cellcykeln
o interfas och mitosfas (M-fas)
 relation till replikationen
o replikerat genom
 interfasens delar
o G1, (G0), S, G2,
 M-fasens delar
o mitos
o cytokines
 utseendet av kärnan och kromatinet under M-fasen
o färgning av kärnor: Hoechst färgning
 Studenten skall kunna identifiera de olika mitosfaserna i mikroskop hos celler i
kultur med hjälp av kärnfärgning.
 mitosens faser: vad som karakteriserar dem mm
o kärnhöljets dynamik under mitosen
 laminer och deras funktion för kärnhöljet
o metafaskromosom
 homologa kromosomer och kromosompar
 karyotyp
o haplotyp
o Hs: 22 somatiska kromosomer + XY
 systerkromatider
 centromer
Lodish: kap 18, 19; laboration 6
Reglering av cellcykeln:
 molekylär reglering av cellcykeln
 molekylär reglering av mitotiska faserna
 jäst och reglering av cellcykeln
o cykliner-Cdk
 cellcykelkontroll i däggdjursceller
o tillväxtfaktorers roll
o Rb och E2F
 anafaspromoterande komplexet, APC
o anafasinhibitorn
 "check-points" i cellcykelreglering
17
v140116
Lodish: kap. 19
Celldöd kunna beskriva och redogöra för samt identifiera likheter och skillnader i cellulära
mekanismer som ligger bakom:
 naturligt förekommande celldöd: programmerad celldöd (PCD)
o apoptos
o autofagi
 patologisk celldöd; skada eller sjukdom
o nekros
PCD förekommer bland alla celltyper, studenten skall kunna exemplifiera normala processer
under embryoutvecklingen och i den vuxna organismen där PCD förkommer.
 redogöra för karakteristika för apoptosförloppet, studerade i odlade celler.
 redogöra för hur fragmenterat genomiskt DNA uppstår vid apoptos och vad som
händer i cellen under apoptosförloppet.
 redogöra för och beskriva metoder för att identifiera och studera apoptos
 redogöra för och beskriva intracellulära celldödssignalering: pro- och anti-celldöds
signaler
o Caspaser: pro-caspaser, kaskaden och caspas aktivering
o Apaf1
o Bcl-2 genfamiljen, pro- och anti apoptotiska medlemmar
o mitokodriernas roll (yttre membranet) och rollen för cyt-C vid regleringen av
apoptosen
o ”intrinsic” och ”extrinsic” regleringsvägar av caspas-kaskaden
o signaltransduktionsväg från överlevnads-receptorerna (RTK)
Lodish: kap. 21.4; laboration 6; laborationskompendium
Beträffande transporter i cellen skall studenten kunna redogöra för:
Transport av joner och små molekyler över cellmembranet:
 överblick av transmembrantransporter
o diffusion
o 3 klasser membranproteiner transporterar molekyler och joner över
biomembran
 ATP-drivna pumpar (aktiv transport, mot
koncentrationsgradienten/elektrisk potential)
 kanaler (främjad/underlättad transport)
 transportörer (”carriers”)
 uniporter (transporterar med molekylens
koncentrationsgradient, främjad transport)
 symporter och antiporter (transporterar mot molekylens
koncentrationsgradient genom att utnyttja rörelsen av
en eller flera joner som går med dess/deras
koncentrationsgradient; i samma riktning (symporter)
eller annan riktning (antiporter)
 transport av glukos och vatten
o främjande/underlättande (faciliterande) transportörer (ofta kanal-liknande)
o auqaporiner
o uniportörer
 ATP drivna pumpar och den intracellulära jonmiljön
18
v140116
o 4 klasser ATP-drivna pumpar
 P-klasspumpar
 Na+/K+ pump
 H+/K+ pump (magsäck)
 Ca2+ pump (SR i muskler)
 V-klassprotonpumpar
 endosomala och lysosomala membran
 F-klassprotonpumpar
 inre mitokondriemembran
 ABC superfamiljen
 transport av fosfolipider, små lipofila läkemedel, kolesterol
 icke-gatade jonkanaler och vilopotentialen
o ATP-drivna pumpar (Na+/K+) bildar skillnader i jonkoncentrationer över
plasmamembranet, icke-gatade (behöver inga särskilda signaler för att öppnas,
är öppna hela tiden) jonkanaler (vilande K+ kanaler) utnyttjar dessa gradienter
för att bilda kontrollerad elektrisk potential över membranet
 över membranet hos alla celler finns en på insidan negativ
elektrisk potential på ca -70 mV
 genom Nernst ekvationen kan man beräkna den elektriska
potentialen som bildas genom selektiva flödet av joner över ett
membran
 co-transport genom symporter och antiporters
o utnyttjar energin som frigörs när en jon (H+ eller Na+) rör sig över membran
med sin elektrokemiska gradient för att importera eller exportera små
molekyler/joner mot dess koncentrationsgradient
 i hjärtmuskelceller är exporten av Ca2+ kopplad till och driven av
importen av Na+ genom en katjon antiporter (transporterar in 3 Na+
joner för varje Ca2+ som exporteras)
 transcellulär transport: genom polariserade (asymmetriska) celler, tarmepitelceller
o flera olika transportproteiner behövs för att föra glukos och aminosyror över
epitel
 2-Na+/1-glukos symporter i apikala membranet importerar glukos (mot
dess koncentrationsgradient) från tarmlumen genom apikala ytan av
epitelcellerna
 glukos och aminosyror exporteras med deras koncentrationsgradienter
till blodet via uniport proteiner i det basolaterala membranet
 mekanismen för transport till och från kärnan
o beskriva strukturen på kärnhöljet, dess membraner och kärnporernas struktur
o betydelsen av transport över kärnmembranet för mRNA exporten
o NLS
Lodish: kap. 11, 13.6, laboration 6
Intracellulär proteintransport:
 mekanismen för upptag av proteiner i mitokondrier, peroxisomer och ER
 bildande av membranproteiner i ER
 veckning av polypeptider i ER
 tillbakahållande av proteiner i ER
 modifiering av N-bundet socker under sekretionen
 proteolytisk klyvning av sekretoriska proteiner
 receptormedierad endocytos
19
v140116
 Golgiapparatens uppbyggnad och funktion vid transport av protein i cellen
o transport av proteiner till och från Golgiapparaten
 transcytos
 mekanismer för vesikelbildning och membranfusion
 mekanismen för transport till och från kärnan
o beskriva strukturen på kärnhöljet, dess membraner och kärnporernas struktur
o betydelsen av transport över kärnmembranet för mRNA exporten
o NLS
Lodish: kap. 13, 14; laboration 6
20