Genetica e Biologia Molecolare - Genetics and Molecular Biology

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

Sistemi multienzimatici nella biosintesi di metaboliti secondari bioattivi. Biosintesi non ribosomiale di metaboliti peptidici. Meccanismo enzimatico delle sintetasi peptidiche. Esempi (gramicidina, surfactina, penicilline e cefalosporine). Biosintesi dei polichetidi. Meccanismo delle polichetide sintasi e analogie con la sintesi degli acidi grassi. Esempi (eritromicina, statine).

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

Fisiologia, biochimica e genetica dei principali microrganismi utilizzati nelle biotecnologia microbiche

Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

Biosensori

Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
N/D

presentazione orale di un articolo della letteratura scientifica attinente agli argomenti trattati nel corso

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS

• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
Verrà fornita dal docente nel corso delle lezioni

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

Sistemi multienzimatici nella biosintesi di metaboliti secondari bioattivi. Biosintesi non ribosomiale di metaboliti peptidici. Meccanismo enzimatico delle sintetasi peptidiche. Esempi (gramicidina, surfactina, penicilline e cefalosporine). Biosintesi dei polichetidi. Meccanismo delle polichetide sintasi e analogie con la sintesi degli acidi grassi. Esempi (eritromicina, statine).

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

Fisiologia, biochimica e genetica dei principali microrganismi utilizzati nelle biotecnologia microbiche

Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

Biosensori

Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
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Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
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presentazione orale di un articolo della letteratura scientifica attinente agli argomenti trattati nel corso

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Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

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• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

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Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

APPLIED BIOCHEMISTRY
Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

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L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

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Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

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Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

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Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

Sistemi multienzimatici nella biosintesi di metaboliti secondari bioattivi. Biosintesi non ribosomiale di metaboliti peptidici. Meccanismo enzimatico delle sintetasi peptidiche. Esempi (gramicidina, surfactina, penicilline e cefalosporine). Biosintesi dei polichetidi. Meccanismo delle polichetide sintasi e analogie con la sintesi degli acidi grassi. Esempi (eritromicina, statine).

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L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

Fisiologia, biochimica e genetica dei principali microrganismi utilizzati nelle biotecnologia microbiche

Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

Biosensori

Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

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presentazione orale di un articolo della letteratura scientifica attinente agli argomenti trattati nel corso

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APPLIED BIOCHEMISTRY
Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS

• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
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Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
Verrà fornita dal docente nel corso delle lezioni

MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS

• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
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Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
Verrà fornita dal docente nel corso delle lezioni

Questo corso vuole costruire basi solide per la conoscenza dei meccanismi molecolari che sottendono lo sviluppo delle piante. Gli studenti scopriranno tecnologie all'avanguardia di biologia sintetica e molecolare per studiare la regolazione dell'espressione genica nelle piante. Gli studenti verranno a conoscenza dei network genetici e molecolari e dei modelli matematici di sviluppo e crescita degli organi sviluppati nella pianta modello Arabidopsis. I meccanismi molecolari discussi in Arabidopsis verranno analizzati in chiave di Evo-Devo. Durante il corso verranno svolti Journal Clubs su articoli usciti di recente. Programma: 1) Principi base della biologia dello sviluppo 2) differenze e similitudini nello sviluppo degli organi di animali e piante 3)pattern formation 4) generazione di gradienti morfogenici (comunicazione inter e intra cellulare, trasporto polare dell'auxina, similitudini con l'acido retinoico, generazione di sensori di morfogeni) 5) nicchie staminali 6) sistemi di analisi clonale e di trans attivazione (CRE/LOX, UAS/GAL4, LHGR/OP) 7) Meccanismi molecolari che determinano la formazione ed il mantenimento delle cellule staminali( fattori di trascrizione PLT, fattori homeobox WOX) 8) Il sistema WUS/CLV e SHR e SCR per l'omeostasi delle nicchie staminali 9) meccanismi molecolari che regolano le divisioni asimmetriche (CYCLIN, RETINOBLASTOMA etch) e modelli matematici che descrivono la formazione di circuiti bistabili 10) utilizzo della miscroscopia confocale, lightsheet e di microscopi verticali per identificare la crescita degli organi 11) evoluzione della nicchia staminale e dei meccanismi molecolari che la dirigono dalle alghe alle angiosperme 12) meccanismi molecolari determinati il differenziamento cellulare (ormoni, lncRNA, generazione di minimi di morfogeni etch....) 13)il ruolo del sistema DREAM e del retinoblastoma nel differenziamento cellulare 14) Differenze e similitudini nella regolazione del ciclo cellulare tra animali e piante 15) coinvolgimento dei telomeri nel mantenimento dell'attività delle cellule staminali nelle piante 16) il ruolo dei microRNA nello sviluppo delle piante e tecniche per il loro studio (LNA, MIMIMCRY, STTDM MIMICRY, sensori di microRNA) 17) evoluzione dei microRNA, similitudini e differenze tra animali e piante. 18) microRNA nello sviluppo plastico e robusto degli organi ( ruolo di miR165 e miR160 nelle trasformazioni omeotiche) 19) miglioramento genetico e molecolare delle piante per l'adattamento a condizioni estreme 20) utilizzo di fattori morfogenetici per migliorare la generazione di piante transgeniche 21) meccanismi molecolari differenti tra specie che determinano varietà nelle forme e loro utilizzo in campo industriale 22) evoluzione degli elementi cis regolativi nelle piante 23) modelli di sviluppo continui e discontinui 24) generazione di modelli computazionali predittivi dell'attività di morfogeni 23) modificazioni post traduzionali delle proteine e loro ruolo nello sviluppo degli organi (Fucosilazione, Glycosilazione etch...)

1) Principi base della biologia dello sviluppo

2) differenze e similitudini nello sviluppo degli organi di animali e piante

3)pattern formation

4) generazione di gradienti morfogenici (comunicazione inter e intra cellulare, trasporto polare dell'auxina, similitudini con l'acido retinoico, generazione di sensori di morfogeni)

5) nicchie staminali

6) sistemi di analisi clonale e di trans attivazione (CRE/LOX, UAS/GAL4, LHGR/OP)

7) Meccanismi molecolari che determinano la formazione ed il mantenimento delle cellule staminali( fattori di trascrizione PLT, fattori homeobox WOX)

8) Il sistema WUS/CLV e SHR e SCR per l'omeostasi delle nicchie staminali

9) meccanismi molecolari che regolano le divisioni asimmetriche (CYCLIN, RETINOBLASTOMA etch) e modelli matematici che descrivono la formazione di circuiti bistabili

10) utilizzo della miscroscopia confocale, lightsheet e di microscopi verticali per identificare la crescita degli organi

11) evoluzione della nicchia staminale e dei meccanismi molecolari che la dirigono dalle alghe alle angiosperme

12) meccanismi molecolari determinati il differenziamento cellulare (ormoni, lncRNA, generazione di minimi di morfogeni etch....)

13)il ruolo del sistema DREAM e del retinoblastoma nel differenziamento cellulare

14) Differenze e similitudini nella regolazione del ciclo cellulare tra animali e piante

15) coinvolgimento dei telomeri nel mantenimento dell'attività delle cellule staminali nelle piante

16) il ruolo dei microRNA nello sviluppo delle piante e tecniche per il loro studio (LNA, MIMIMCRY, STTDM MIMICRY, sensori di microRNA)

17) evoluzione dei microRNA, similitudini e differenze tra animali e piante.

18) microRNA nello sviluppo plastico e robusto degli organi ( ruolo di miR165 e miR160 nelle trasformazioni omeotiche)

19) miglioramento genetico e molecolare delle piante per l'adattamento a condizioni estreme

20) utilizzo di fattori morfogenetici per migliorare la generazione di piante transgeniche

21) meccanismi molecolari differenti tra specie che determinano varietà nelle forme e loro utilizzo in campo industriale

22) evoluzione degli elementi cis regolativi nelle piante

23) modelli di sviluppo continui e discontinui

24) generazione di modelli computazionali predittivi dell'attività di morfogeni

23) modificazioni post traduzionali delle proteine e loro ruolo nello sviluppo degli organi (Fucosilazione, Glycosilazione etch...)

presentazione di un poster in silico riguardante un'attività di ricerca

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso.

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso

Il corso si propone di fornire conoscenze sulle proprietà fondamentali delle cellule staminali, con particolare attenzione ai meccanismi molecolari che ne regolano le capacità di autorinnovamento e differenziamento. Il corso intende inoltre chiarire le potenzialità della riprogrammazione di cellule somatiche in cellule staminali pluripotenti indotte (iPS), fornendo nozioni sui meccanismi epigenetici alla base del processo di riprogrammazione. Verranno forniti esempi dell’utilizzo delle cellule staminali per la creazione di sistemi modello in vitro di diverse patologie umane e in medicina rigenerativa. Lo studente è guidato lungo il percorso perché arrivi alla comprensione dei processi che determinano le peculiari capacità delle cellule staminali di dare origine ai diversi tipi cellulari differenziati che compongono gli organi e i tessuti.
Non sono previste attività di laboratorio.
Conoscenza e comprensione Lo studente: - Conosce correttamente la terminologia relativa alle cellule staminali; - Conosce le basi molecolari dei processi biologici che regolano l’autorinnovamento e differenziamento delle cellule staminali; - Conosce i diversi livelli di regolazione epigenetica del differenziamento delle cellule staminali; -Conosce le tecniche di base per lo studio delle celle staminali
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente: - sa utilizzare correttamente la terminologia relativa alle cellule staminali - sa distinguere i diversi tipi di cellule staminali, anche in base al potenziale differenziativo - sa valutare il possibile utilizzo delle cellule staminali come sistemi modello in biologia; - sa valutare il possibile utilizzo delle cellule staminali in campo applicativo - è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio delle cellule staminali per programmare un esperimento in laboratorio.

1) Introduzione e contesto (8 ore)

• Cellule staminali adulte ed embrionali; potenziale differenziativo; nicchia staminale; esempi di cellule staminali adulte; epigenetica.
• Tecniche di biologia molecolare per lo studio delle cellule staminali.

2) Basi molecolari di pluripotenza (20 ore)

• Origine delle cellule staminali embrionali; circuiti regolativi nella formazione della blastocisti di mammifero.
• Regolazione della pluripotenza: vie di segnalazione, stati "naive" e "primed" di pluripotenza, circuiti regolativi trascrizionali e post-trascrizionali, controllo epigenetico della pluripotenza, regolazione da parte di microRNA e lncRNA.
• Basi molecolari del differenziamento delle cellule staminali pluripotenti; esempi di differenziamento per generare tipi di cellule per terapia e ricerca; strategie per migliorare l'efficienza del differenziamento.
• Cellule staminali pluripotenti nella ricerca di base e nella medicina rigenerativa.

3) riprogrammazione cellulare e transdifferenziamento (20 ore)

• Dal trasferimento nucleare alle cellule iPS;
• Meccanismi molecolari di riprogrammazione; modelli deterministici e stocastici; fasi iniziali, intermedie e tardive nella riprogrammazione; memoria epigenetica.
• cellule iPS paziente-specifiche paziente; applicazioni di riprogrammazione nella ricerca di base e nella medicina rigenerativa; tecniche di "genome editing" per correggere le mutazioni; generazione di organoidi in vitro.
• Transdifferenziamento: metodi e applicazioni; basi epigenetiche del transdifferenziamento; esempi di transdifferenziamento per ottenere cellule di interesse terapeutico (muscoli, neuroni).
• Lezioni 1-3. Introduzione al corso. Cenni storici. Proprietà fondamentali delle cellule staminali. Cellule staminali adulte; nicchia staminale. Esempi di cellule staminali adulte: cellule satelliti; staminali della cornea; staminali intestinali.
• Lezioni 4-9. Tecniche per lo studio delle cellule staminali; potenziale differenziativo delle cellule staminali. Cellule staminali embrionali di topo: origine embrionale e caratteristiche fondamantali, derivazione, potenziale staminale, test di pluripotenza, pathways di segnalazione. Cellule staminali embrionali umane: derivazione, potenziale staminale, pathways di segnalazione. Stati di pluripotenza naive e primed.
• Lezioni 10-13. Fattori trascrizionali associati alla pluripotenza; circuito regolativo trascrizionale "core". Domini bivalenti della cromatina; fattori epigenetici di pluripotenza. Ciclo cellulare nelle staminali embrionali; ESCC miRNA. RNA non codificanti che regolano la pluripotenza e il differenziamento (miRNA; lncRNA).
• Lezioni 14-15. Differenziamento delle cellule staminali embrionali: principi e applicazioni.
• Lezioni 16-21. Dal trasferimento nucleare alla riprogrammazione con fattori definiti. Generazione di cellule iPS tramite espressione ectopica di fattori di riprogrammazione nel topo e nell'uomo. Meccanismi cellulari e molecolari della riprogrammazione: modello deterministico/elitario e stocastico; fasi precoci, intermedie e tardive del processo di riprogrammazione; fase stocastica e deterministica del processo di riprogrammazione; Applicazioni delle cellule iPS umane in medicina rigenerativa e nel "disease modeling". Sfide e opportunità.
• Lezione 22. Il transdifferenziamento: cenni storici; basi molecolari e cellulari; applicazioni.
• Seminari di approfondimento 1-2. Cellule satelliti: nicchia; ruolo dei microRNA; divisioni simmetriche e asimmetriche; quiescenza; pathway di Notch. Cellule staminali ematopoietiche.

Modalità di valutazione: unica prova orale da svolgersi dopo il termine dell'insegnamento. L'obiettivo della prova è la verifica delle conoscenze acquisite, coerentemente con gli obiettivi formativi. Le domande saranno aperte e con risposta aperta. La durata della prova orale sarà all'incirca di 30 minuti. I seguenti elementi verranno presi in esame ai fini della valutazione: acquisizione delle conoscenze e capacità di ragionamento autonomo. Tali aspetti concorrono in egual misura alla formulazione del giudizio finale.

Articoli scientifici di riferimento e altro materiale didattico verranno indicati a lezione. Il docente metterà anche a disposizione le presentazioni powerpoint delle lezioni sulla piattaforma Elearning di Sapienza.

Ramalho-Santos, M. & Willenbring, H. (2007). On the origin of the term “stem cell.” Cell Stem Cell, 1, 35–38.

Dröscher, A. (2014). Images of cell trees, cell lines, and cell fates: the legacy of Ernst Haeckel and August Weismann in stem cell research. HPLS, 36, 157–186. https://doi.org/10.1007/s40656-014-0028-8

Hsu, Y.-C. & Fuchs, E. (2012). A family business: stem cell progeny join the niche to regulate homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol, 13, 103–114.

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Dreesen, O. & Brivanlou, A. H. (2007). Signaling pathways in cancer and embryonic stem cells. Stem Cell Reviews, 3, 7–17.

Nichols, J. & Smith, A. (2009). Naive and primed pluripotent states. Cell Stem Cell, 4, 487–492.

Yamanaka, S. (2007). Strategies and new developments in the generation of patient-specific pluripotent stem cells. Cell Stem Cell, 1, 39–49.

Zhao, R. & Daley, G. Q. (2008). From fibroblasts to iPS cells: induced pluripotency by defined factors. J Cell Biochem, 105, 949–956.

Wernig, M. et al. (2007). In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent nES-cell-like state. Nature, 448, 318–324.

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Stadtfeld, M. & Hochedlinger, K. (2010). Induced pluripotency: history, mechanisms, and applications. Genes Dev, 24, 2239–2263.

Buganim, Y., Faddah, D. A. & Jaenisch, R. (2013). Mechanisms and models of somatic cell reprogramming. Nat Rev Genet, 14, 427–439.

Sancho-Martinez, I. & Izpisúa Belmonte, J. C. (2013). Stem cells: Surf the waves of reprogramming. Nature, 493, 310–311.

Silva, J., Nichols, J., Theunissen, T. W., Guo, G., van Oosten, A. L., Barrandon, O., Wray, J., Yamanaka, S., Chambers, I. & Smith, A. (2009). Nanog is the gateway to the pluripotent ground state. Cell, 138, 722–737.

Kiskinis, E. & Eggan, K. (2010). Progress toward the clinical application of patient-specific pluripotent stem cells. J Clin Invest, 120, 51–59.

Pera, M. F. (2011). Stem cells: The dark side of induced pluripotency. Nature, 471, 46–47.

Drews, K., Jozefczuk, J., Prigione, A. & Adjaye, J. (2012). Human induced pluripotent stem cells—from mechanisms to clinical applications. J Mol Med, 90, 735–745.

Sandoe, J. & Eggan, K. (2013). Opportunities and challenges of pluripotent stem cell neurodegenerative disease models. Nat Neurosci, 16(7), 780–789.

Bilic, J. & Izpisúa Belmonte, J. C. (2012). Concise review: Induced pluripotent stem cells versus embryonic stem cells: close enough or yet too far apart? Stem Cells, 30, 33–41.

Rowe, R. G. & Daley, G. Q. (2019). Induced pluripotent stem cells in disease modelling and drug discovery. Nat Rev Genet, 20, 377–388.

Vierbuchen, T. & Wernig, M. (2011). Direct lineage conversions: unnatural but useful? Nat Biotechnol, 29, 892–907.

OBIETTIVI FORMATIVI Conoscenza e capacità di comprensione: L’obiettivo del corso è fornire approfondimenti sui principali metodi computazionali utilizzati nei campi della Bioinformatica e della Biologia Computazionale, con particolare attenzione agli approcci omici come l'analisi dei dati di RNA-Sequencing. Gli studenti acquisiranno familiarità con le basi di R, un ambiente di programmazione per il calcolo statistico e la grafica, e lo useranno per l'analisi dei dati di trascrittomica.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Al termine del corso gli studenti saranno in grado non solo di comprendere, ma anche di svolgere autonomamente analisi computazionali e statistiche di dati biologici.
Autonomia di giudizio: Attraverso lo svolgimento di un progetto in R gli studenti matureranno la capacità di interpretare correttamente i dati biologici, formulare ipotesi e verificarle direttamente.
Abilità comunicative: Gli studenti impareranno a comunicare efficacemente i risultati delle loro analisi attraverso la compilazione di una relazione scritta sul progetto.
Capacità di apprendere: Le conoscenze e capacità acquisite permetteranno agli studenti di approfondire autonomamente sia lo studio dei metodi computazionali per l’analisi dei dati biologici che quello di R o altri linguaggi di programmazione.

L’obiettivo del corso è fornire approfondimenti sui principali metodi computazionali utilizzati nei campi della Bioinformatica e della Biologia Computazionale, con particolare attenzione agli approcci omici come l'analisi dei dati di RNA-Sequencing. Gli studenti acquisiranno familiarità con le basi di R, un ambiente di programmazione per il calcolo statistico e la grafica, e lo useranno per l'analisi dei dati di trascrittomica. Il corso sarà strutturato in 2 moduli principali:

1. INTRODUZIONE A R [20 ore]

Introduzione ai linguaggi di programmazione.

Introduzione all'IDE di Rstudio.

Nozioni di base su R:

• Pacchetti
• Principali tipologie e operazioni
• Strutture dati (vettori, matrici, array e frame di dati) e funzioni associate
• Subsetting
• Operazioni di input / output (read.table, write.table ...)
• Strutture di controllo: (if, else, for, while, repeat, break, next, return and apply functions)
• Funzioni

Introduzione alla statistica con esempi in R:

• Tipo di variabili
• Misure riassuntive (media, variabilità, mediana, quantili ...)
• Introduzione alla funzione di densità di probabilità, con particolare attenzione alla distribuzione Normale.
• Test di ipotesi con esempi (test t, test chi-quadrato, test non parametrici ...)
• Analisi di correlazione.

Introduzione alla visualizzazione dei dati con esempi in R

• Grafici a linee e serie temporali
• Rappresentazione di una variabile: istogrammi, grafici di densità, grafici a riquadri, grafici a barre, grafici q-q
• Rappresentazione di due variabili: grafici a dispersione e linee di tendenza.

2. INTRODUZIONE ALL’RNA-Seq [28 ore]

Wet Lab:

• Design sperimentale
• Piattaforme principali (Illumina, Nanopore ...)
• Preparazione della libreria
• Reazione di sequenziamento.

Dry Lab:

• Database genomici (Ensembl, UCSC). Accesso all'annotazione di Ensembl con biomaRt
• Formati di file di dati di sequenziamento
• Preprocessing di read (trimming adattatore, filtraggio di qualità ...)
• Allineamento di read
• Formati di file di allineamento, elaborazione e visualizzazione
• Quantificazione a livello di gene e trascritto con strumenti basati sull'allineamento e senza allineamento.
• Espressione genica differenziale con esempi in R
• Analisi di arricchimento funzionale (ORA e GSEA) con esempi in R.
• Analisi di dati da Long-Read sequencing
• Analisi di dati da Single-Cell Sequencing

Lo studente dovrà elaborare uno o più script relativi ad un progetto di analisi dati di RNA-seq accompagnati da un report in lingua inglese che illustra i risultati ottenuti nell' analisi dei dati. Il rpgetto deve pervenire tramite e-mail al docente entro 7 giorni prima dell' esame.

Il colloquio di esame partirà dalla discussione del progetto e includerà aspetti statistici, computazionali e di biologia molecolare.

Tutti gli argomenti nel programma d'esame sono oggetto di domande in sede di colloquio orale con frequenza simile.

Materiale del corso fornito dal docente tramite piattaforma moodle.

Gentleman, R.C., Carey, V.J., Bates, D.M. et al. Bioconductor: open software development for computational biology and bioinformatics. Genome Biol 5, R80 (2004). https://doi.org/10.1186/gb-2004-5-10-r80

Love, M.I., Huber, W., Anders, S. (2014) Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology, 15:550. 10.1186/s13059-014-0550-8

Obiettivi generali
Questo corso si propone di presentare come l'espressione genica sia controllata anche da fenomeni reversibili ed ereditabili quali la metilazione del DNA, la modificazione degli istoni e le attività degli RNA non codificanti. Questi processi agiscono "sopra" la genetica canonica e rappresentano lo "spazio epigenetico" della regolazione. Gli studenti saranno in grado di comprendere come attraverso questi processi siano controllate una grande varietà di funzioni biologiche come l'inattivazione del cromosoma X, il differenziamento delle cellule staminali, l'imprinting, la rigenerazione di tessuti e organi. Saranno anche trattati Il ruolo dell'alterazione della regolazione epigenetica in diverse malattie, nel cancro, nelle alterazioni del sistema nervoso e nell'invecchiamento.
Obiettivi specifici

• Conoscenze preliminari Lo studente che affronta questo corso deve possedere le nozioni di base di biologia molecolare (indispensabile), genetica (importante) e biochimica (importante). • Conoscenze dello studente alla fine del corso: Con questo corso gli studenti acquisiscono la conoscenza di un livello di regolazione dell'espressione genica che agisce sopra quello genetico, ma da cui ne dipende. Con particolare riguardo all'interazione con l'ambiente che ci circonda. • Capacità acquisite dello studente con questo corso Lo studente sa affrontare problematiche che riguardino l'aspetto regolativo alla base dei principali processi cellulari; possiede le basi per poter leggere e comprendere un articolo scientifico di elevato approfondimento • Capacità critiche e di giudizio acquisite a fine corso Attraverso la conoscenza dei dettagli della regolazione epigenetica, gli studenti acquisiscono un buon livello critico e di giudizio scientifico di queste problematiche • Capacità di comunicazione sui contenuti del corso Gli studenti sono valutati oltre che sulla loro conoscenza specifica di quanto contenuto nel programma di studio, anche per saper esporre con equilibrio, proprietà di linguaggio scientifico e approfondimento le tematiche in oggetto di studio • Capacità di proseguire in modo autonomo A questo proposito gli studenti avranno acquisito conoscenza e capacità critica nel campo della regolazione epigenetica e saranno in grado di guardare con una nuova ottica i principali processi cellulari che incontreranno nella loro carriera scientifica.

Organizzazione del genoma eucariotico. Struttura e complessità dei genomi. Sequenze ripetute, polimorfismi. Gradi di compattamento del DNA: il nucleosoma; la fibra da 30nm; strutture di ordine superiore. Struttura della cromatina e attività genica. Epigenetica. Dinamicità della cromatina: modificazioni istoniche, varianti istoniche, codice istonico, sistemi di rimodellamento. Acetilasi e deacetilasi istoniche, metiltrasferasi e demetilasi istoniche. Implicazioni biologiche nella regolazione genica. Domini trascrizionali, isolatori, LCR. Istone deacetilasi di classe III: le Sirtuine e loro ruolo nella regolazione dell’ampiezza di vita in organismi modello (lievito, C. elegans, D. melanogaster, mammiferi). Epigenomica in lievito e nei mammiferi; distribuzione genomica di enzimi modificanti e di modificazioni istoniche, territori cromatinici. Meccanismi epigenetici e inibitori delle deacetilasi istoniche nel cancro. Silenziamento genico: silenzia mento telomerico in lievito ed eterocromatizzazione in cellule superiori. Metilazione del DNA, isole CpG, DNA-metiltrasferasi e proteine che legano il DNA metilato. Imprinting del cromosoma X. Geni Omeotici, complessi Polycomb e complessi Trithorax: eterocromatizzazione e attivazione genica. Long non-coding RNAs, struttura, funzioni ed esempi. Implicazioni nello sviluppo: asimmetria epigenetica nello zigote; modificazioni istoniche nelle fasi embrionali pre- e post-impianto. Organizzazione cromatinica in cellule staminali, domini bivalenti. Regolazione della pluripotenza e del differenziamento in cellule staminali embrionali. Regolazione Epigenetica dei ritmi circadiani. Implicazioni epigenetiche nel metabolismo. Meccanismi epigenetici nelle cure parentali e nel comportamento.

• Lez. 1-2-3 Introduzione; Complessità dei genomi; Struttura della cromatina
• Testi di riferimento: Lewin: Il Gene; Watson: Biologia molecolare del gene; Zlatanova: Biologia molecolare
• Lez. 4 Ruolo della cromatina nell'espressione genica
• Testi di riferimento: Lewin: Il Gene; Watson: Biologia molecolare del gene; Zlatanova: Biologia Molecolare
• Lez. 5-8 Modificazioni istoniche ed enzimi modificanti; Varianti istoniche; Rimodellamento della cromatina
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Zlatanova: Biologia Molecolare
• Lez. 9-11 Metilazione del DNA; Epigenetica nello sviluppo; Epigenetica in cellule staminali
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 12-13 LncRNAs caratteristiche e funzioni con esempi; Telomeri; TERRA
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Watson: Biologia Molecolare del Gene; Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 14-15 Silenziamento genico; Eterocromatizzazione dei geni Hox
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 16 Epigenetica nelle piante; la vernalizzazione
• Testi di riferimento: Lezione monografica: Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 17-18 Territori nucleari e cromosolmali; nucleo 3D; Lamina nucleare e modificazioni istoniche
• Testi di riferimento: Lezioni monografiche: Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 19-20 Studi di Epigenetica sui gemelli; deriva epigenetica e orologio epigenetico; Epigenetica e metabolismo
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 21-22 Sirtuine; Orologio circadiano; Epigenetica e influenze ambientali
• Testi di riferimento: Romani: Epigenetica; Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning
• Lez. 23-24 Epigenetica e comportamento: apprendimento e memoria; Epigenetica e cure materne
• Testi di riferimento: Slides utilizzate a lezione e disponibili su e-learning

La valutazione si svolgerà con un colloquio orale sugli argomenti svolti a lezione e presenti nel programma: 100%.

M. Romani – Epigenetica - Zanichelli

Per l’organizzazione e la composizione dei genomi e per la struttura della cromatina e le sue dinamiche, vedere anche:

B. Lewin – Il Gene – Edizione Compatta – Zanichelli

J.D.Watson et al. – Biologia Molecolare del Gene – VII Edizione – Zanichelli

L.A. Allison – Fondamenti di Biologia Molecolare - Zanichelli

J. Zlatanova and K.E. vanHolde – Biologia molecolare. Struttura e dinamica di genomi e proteomi - Zanichelli

Conoscenza approfondita dei metodi per l'acquisizione dei dati e l'analisi dei risultati sperimentali, principalmente mediante esperimenti di laboratorio e lezioni. Sfruttamento di strumenti, hardware e software. Applicazione di metodi avanzati per l'inferenza statistica (metodi parametrici e non parametrici, test di ipotesi) a dati effettivi dalla letteratura corrente o esperimenti nel contesto specifico della laurea magistrale.

Parte I. Statistica Descrittiva (visualizzazione e calcolo degli indici di posizione e variabilità, ecc)

Parte II: Probabilità (basi di teoria della probabilità, modellizzazione dell'incertezza, studio delle distribuzioni notevoli, ecc.).

Parte III-V: Stima e Test d'ipotesi (basi di teoria dell'inferenza statistica, validazione delle ipotesi, calcolo dei p-value, inferenza sulla popolazione, ecc)

Part VI: Basi del machine Learning (introduzione al machine learning, classificazione e predizione automatizzata, ecc).

La valutazione si baserà su una prova orale finalizzate a verificare le conoscenze acquisite.

Rosner, B. (2015). Fundamentals of Biostatistics. Brooks/Cole, Cengage Learning.

Whitlock, M.C., & Schluter, D. (2015). The Analysis of Biological Data. W. H. Freeman and Company.

Il termine Epigenetica include tutti quei fenomeni che inducono un’espressione genica differenziale ed ereditabile in assenza di modificazioni nella sequenza del DNA. ll corso di Epigenetica si propone di discutere e approfondire i meccanismi molecolari che regolano i fenomeni epigenetici (rimodellamento della cromatina, proteine eterocromatiche modificazione degli istoni e codice istonico, metilazione del DNA, RNA interference) e i processi cellulari che sfruttano questo tipo di regolazione (imprinting genomico e cromosomico, eterocromatizzazione facoltativa, eliminazione cromosomica, variegazione per effetto di posizione, paramutazione). Saranno prese in considerazione le tecniche più moderne per l’analisi delle modificazioni della cromatina e verranno trattate le più recenti scoperte nel campo dell’epigenetica. Verranno inoltre trattati alcuni dei più interessanti fenomeni genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici in senso lato. In natura infatti esistono, con una estesa diffusione, molte varianti di processi biologici fondamentali, come la meiosi e la mitosi, e di strutture cromosomiche, come i telomeri e i centromeri. Lo scopo è quello di dimostrare che lo studio di sistemi genetici non canonici permette di ottenere informazioni significative sulla loro rilevanza evolutiva e sui processi canonici corrispondenti. Sarà inoltre trattata la biologia dei trasposoni e il loro ruolo nell'espressione genica e nell'organizzazione genomica. Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) • L’organizzazione strutturale e funzionale del genoma eucariotico • Le basi molecolari della regolazione epigenetica • I fenomeni e i processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica • I metodi e le tecnologie per lo studio delle modifiche epigenetiche della cromatina • Sistemi genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici Gli student saranno inoltre in grado di (competenze acquisite) • Valutare l’impatto della regolazione epigenetica nella modulazione delle funzioni del genoma • Interpretare i complessi network molecolari che controllano la regolazione epigenetica • Utilizzare le conoscenze sulle tecniche per l’analisi delle modificazioni della cromatina per programmare un esperimento in laboratorio sapendo discriminare quali tecniche applicare a seconda delle diverse problematiche da affrontare • capire e interpretare criticamente i risultati sperimentali di epigenetica ed epigenomica • approfondire gli argomenti ed elaborare una propria discussione su temi specifici facenti parte del corso

L’insegnamento prevede 40 ore di didattica frontale e 12 ore di esercitazioni.

Lezioni frontali:

Mitosi e meiosi: meccanismi canonici e loro varianti

• meiotic drive
• meiosi invertite
• eliminazione cromosomica

Organizzazione del cromosoma eucariotico

• centromero: cromosomi monocentrici e olocentrici
• Telomeri

Elementi trasponibili e evoluzione dei Genomi

Meccanismi molecolari che controllano i fenomeni epigenetici

• metilazione del DNA
• modificazioni degli istoni e codice istonico
• complessi di rimodellamento della cromatina
• RNA interference e non-coding RNA
• architettura tridimensionale del genoma e Chromosome conformation capture (3C)

Processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica

• eterocromatizzazione facoltativa
• variegazione per effetto di posizione
• paramutazione e cosoppressione nelle piante
• imprinting genomico e cromosomico
• effetti epigenetici trans-generazionali

Strumenti metodologici per l’analisi della metilazione del DNA

a) singoli geni:

• Tecnologia COBRA (Combined bisulfite Restriction Analysis)
• Real time MSP e methyLight
• Pyrosequencing and massARRAY

b) livello genome-wide:

• tecnologia MSDK (Methylation-Specific Digital Karyotiping)
• Tecniologia MIRA (Methylated-CpG Island Recovery Assay)
• Immunoprecipitazione del DNA metilato (MeDIP)

Epigenetica e malattie

• Epigenetica e cancro
• Epigenetica e malattie neurodegenerative: la sindrome di Rett
• Epigenetica dell’artrite reumatoide e di altre malattie del sistema immunitario
• Malattie genetiche causate da alterazioni dell’imprinting
• Terapie epigenetiche

Esercitazioni in laboratorio

• Test Genetico per modificatori di PEV in Drosophila: allestimento degli incroci e analisi dei fenotipi (4 ore)
• Allestimento di preparati citologici di cromosomi politenici di drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)
• Allestimento di preparati citologici di cromosomi mitotici da neuroblasti larvali di Drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)

L'esame consiste in una prova orale allo scopo di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite, così come le abilità comunicative, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica di fronte a problemi genetici.

Il tempo dedicato alla prova orale è di circa 20/30 minuti complessivi.

Genetica a cura di Pimpinelli. Casa Editrice Ambrosiana. Caso di studio 8_EPIGENETICA

Dispense delle lezioni e articoli selelzionati dalla letteratura scientifica

Handbook of Epigenetics. The New Molecular and Medical Genetics. Edited by: Trygve O. Tollefsbol

Gene Regulation and Epigenetics. How Science Works. Carsten Carlberg. Published by

Springer Nature Switzerland, January 2024. ISBN: 978-3-03-168730-3

Allison B. Herman, Dimitrios Tsitsipatis, Myriam Gorospe, Integrated lncRNA function upon genomic and epigenomic regulation, Molecular Cell,Volume 82, Issue 12,2022,Pages 2252-2266,

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.05.027.

Transgenerational Epigenetics. 2nd Edition, Volume 13 - May 21, 2019. Academic Press. Editor: Trygve O. Tollefsbol. ISBN: 9780128163634

Lo scopo del corso è quello di illustrare agli studenti i meccanismi alla base della patologia umana focalizzandosi soprattutto su come la deregolazione della relazione diretta tra metabolismo ed epigenetica possa favorirne la sua insorgenza e progressione. Dopo aver completato il corso, gli studenti avranno acquisito una più ampia conoscenza della patologia umana approfondendo un fondamentale livello di regolazione nella progressione di patologie, in particolare delle patologie associate ad alterazione del metabolismo. Nello specifico lo studente acquisirà competenze relative: i) alle patologie associate ad alterazione metabolica come obesità, diabete di tipo 2, malattie cardiovascolari e neurodegenerative, la patologia epatica e il cancro; ii) all’importanza del ruolo di alcuni metaboliti nel controllo dell’attività degli enzimi epigenetici; iii) alla possibilità di intervenire tramite approccio nutraceutico o farmacologico sull'asse metabolismo-epigenetica-patologia; iv) agli approcci tecnologici per studiare la relazione tra metabolismo ed epigenetica nella patologia.

Il corso è incentrato sullo studio dei meccanismi molecolari che regolano l’interazione tra metabolismo cellulare ed epigenetica e dell’importanza di tale interazione in contesti fisiopatologici. Verranno introdotti i principali cicli metabolici che determinano le fluttuazioni di metaboliti chiave nel controllare i processi epigenetici. In parallelo, verranno presentate le diverse modificazioni epigenetiche a carico del DNA, RNA e istoni e le classi di enzimi epigenetici metabolicamente controllate che le determinano. L’evoluzione e la deregolazione tra metabolismo e epigenetica verrà affrontata nel processo di invecchiamento e in diverse patologie complesse associate ad alterazioni metaboliche come l’obesità, il diabete di tipo 2, malattie cardiovascolari e neurodegenerative, la patologia epatica e il cancro. Il corso inoltre intende descrivere gli approcci metodologici più recenti per valutare il cross-talk tra metabolismo ed l’epigenetica fino al livello di singola cellula e di come questa interazione risulti alterata in processi fisiopatologici.

La valutazione dei risultati dell'apprendimento sarà accertata attraverso un esame scritto al termine del corso. Tale esame sarà costituito da 22 domande a risposta diretta sull'intero programma da svolgersi in un’ora e 30 minuti. Nella valutazione delle prova e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima).

Saranno fornite allo studente delle review aggiornate sui singoli argomenti trattati a lezione

Peter A. Jones, Shirley B. Baylin. The epigenomics of cancer. Cell. 2007;128(4):683–692.

Peter A. Jones. Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond. Nature Reviews Genetics. 2012;13:484–492.

Ralph J. DeBerardinis, Craig B. Thompson. Cellular metabolism and disease: what do metabolic outliers teach us? Cell. 2012;148(6):1132–1144.

Shyh-Chang Ng, Guang-Hui Liu. Linking metabolism to epigenetics. Science. 2013;339(6116):1566–1570.

Il corso intende fornire le conoscenze alla base dei processi molecolari che regolano le principali tappe di biosintesi e maturazione dell’RNA e come queste influiscano sulla regolazione dell’espressione genica. Inoltre saranno presentati casi in cui la deregolazione di questi processi abbia implicazioni in patologie genetiche ereditarie o acquisite. Particolare attenzione sarà data all’acquisizione di conoscenze relative all’evoluzione e al ruolo regolativo della parte non codificante del genoma. Enfasi sarà data alle cosiddette “conoscenze trasversali” relativamente agli approcci interdisciplinari necessari per lo studio avanzato della biologia molecolare.

MOD II

• Complessità dei Genomi
• Cromatina e Regolazione Trascrizionale

o Modificazioni istoniche e complessi di modificazione e rimodellamento

o Metilazione del DNA

o Meccanismi di regolazione trascrizionale

• Terminazione della Trascrizione
• Maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing e Poliadenilazione
• Splicing Alternativo e Poliadenilazione come Meccanismi Regolatori dell'Espressione Genica
• I Macchinari di Processamento e Degradazione dell'RNA

o Il complesso dell'esosoma

o Il complesso TRAMP

• RNA non codificanti nella Regolazione dell'Espressione Genica

o Interferenza a RNA (RNA interference)

o microRNA e piwiRNA

o RNA lunghi non codificanti (lncRNA)

o RNA Circolari

• Imprinting (Impronta genomica) e Compensazione del dosaggio del cromosoma X
• Controllo di Qualità dell'RNA

o Trascrizione pervasiva e il suo controllo

o "Decadimento mediato da codone di stop prematuro" (Nonsense-mediated decay), "Decadimento da non-stop" (non-stop decay) e "Decadimento da no-go" (no-go decay)

• Esportazione e Localizzazione dell'RNA
• Turnover/Degradazione dell'mRNA

o Complessi di Decapping

o Complessi di Deadenilazione

o "Corpi di processamento" (Processing bodies)

• Controllo Traduzionale dell'mRNA
• Modificazioni dell'RNA e Regolazione dell'Espressione Genica

o "Coda U" (U-tail)

o Modificazioni chimiche delle basi ($\text{m}^5\text{C}$, $\text{m}^6\text{A}$, $\Psi$)

o Editing dell'RNA

Metodologie

• Metodologie per la quantificazione degli acidi nucleici (Northern Blot, PCR, RT-PCR, qPCR).
• Metodologie per la quantificazione delle proteine (Western Blot), Immunoprecipitazione e proteine di fusione.
• Studio delle interazioni proteina/acido nucleico (EMSA, RIP, CLIP, pull-down).
• Immunoprecipitazione della cromatina (ChIP); CUT&TAG
• Lievito come sistema modello per le funzioni eucariotiche.
• Colture cellulari e loro applicazioni.
• Imaging
• Metodologie di sequenziamento di nuova generazione e analisi dei dati.
• Metodologie per l'editing genomico.
• La complessità dei genomi (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP) (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Il lievito come sistema modello (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La cromatina e la regolazione trascrizione (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La terminazione della trascrizione(MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing, e Poliadenilazione (MOD I)
• Testi di riferimento: <!--

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Processamento RNA non codificanti (MOD I)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo di qualità dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Dalla trascrizione pervasiva ai lncRNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• RNA non codifnicsnto e la regolazione dell'espressione genica: RNA interference microRNAs and piwiRNAs (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

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Metodologie di editing genomico (MOD II)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Imprinting e la compensazione del dosaggio del cromosoma X (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Esporto e localizzazione degli RNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Turnover e degradazione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo della traduzione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Le modifiche dell'RNA e il controllo dell'espressione genica (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

MOD I

• Complessità dei Genomi
• Cromatina e Regolazione Trascrizionale

o Modificazioni istoniche e complessi di modificazione e rimodellamento

o Metilazione del DNA

o Meccanismi di regolazione trascrizionale

• Terminazione della Trascrizione
• Maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing e Poliadenilazione
• Splicing Alternativo e Poliadenilazione come Meccanismi Regolatori dell'Espressione Genica
• I Macchinari di Processamento e Degradazione dell'RNA

o Il complesso dell'esosoma

o Il complesso TRAMP

• RNA non codificanti nella Regolazione dell'Espressione Genica

o Interferenza a RNA (RNA interference)

o microRNA e piwiRNA

o RNA lunghi non codificanti (lncRNA)

o RNA Circolari

• Imprinting (Impronta genomica) e Compensazione del dosaggio del cromosoma X
• Controllo di Qualità dell'RNA

o Trascrizione pervasiva e il suo controllo

o "Decadimento mediato da codone di stop prematuro" (Nonsense-mediated decay), "Decadimento da non-stop" (non-stop decay) e "Decadimento da no-go" (no-go decay)

• Esportazione e Localizzazione dell'RNA
• Turnover/Degradazione dell'mRNA

o Complessi di Decapping

o Complessi di Deadenilazione

o "Corpi di processamento" (Processing bodies)

• Controllo Traduzionale dell'mRNA
• Modificazioni dell'RNA e Regolazione dell'Espressione Genica

o "Coda U" (U-tail)

o Modificazioni chimiche delle basi ($\text{m}^5\text{C}$, $\text{m}^6\text{A}$, $\Psi$)

o Editing dell'RNA

Metodologie

• Metodologie per la quantificazione degli acidi nucleici (Northern Blot, PCR, RT-PCR, qPCR).
• Metodologie per la quantificazione delle proteine (Western Blot), Immunoprecipitazione e proteine di fusione.
• Studio delle interazioni proteina/acido nucleico (EMSA, RIP, CLIP, pull-down).
• Immunoprecipitazione della cromatina (ChIP); CUT&TAG
• Lievito come sistema modello per le funzioni eucariotiche.
• Colture cellulari e loro applicazioni.
• Imaging
• Metodologie di sequenziamento di nuova generazione e analisi dei dati.
• Metodologie per l'editing genomico.
• La complessità dei genomi (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP) (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Il lievito come sistema modello (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La cromatina e la regolazione trascrizione (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La terminazione della trascrizione(MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing, e Poliadenilazione (MOD I)
• Testi di riferimento: <!--

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Processamento RNA non codificanti (MOD I)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo di qualità dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Dalla trascrizione pervasiva ai lncRNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• RNA non codifnicsnto e la regolazione dell'espressione genica: RNA interference microRNAs and piwiRNAs (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

-

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Metodologie di editing genomico (MOD II)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Imprinting e la compensazione del dosaggio del cromosoma X (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Esporto e localizzazione degli RNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Turnover e degradazione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo della traduzione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Le modifiche dell'RNA e il controllo dell'espressione genica (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

MOD II
La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove la preparazione dello studente sarà testata mediante domande estese a tutti gli argomenti del programma. Verrà valutata la capacità critica nella discussione degli argomenti e l'utilizzo di un appropriato linguaggio tecnico scientifico.

MOD I
La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove la preparazione dello studente sarà testata mediante domande estese a tutti gli argomenti del programma. Verrà valutata la capacità critica nella discussione degli argomenti e l'utilizzo di un appropriato linguaggio tecnico scientifico.

MOD II
Testi Consigliati

1. Jordanka Zlatanova Kensal E. van Holde Biologia molecolare: Struttura e dinamica di genomi e proteomi Edizione italiana a cura di Vito De Pinto 2018

2. James D Watson Tania A Baker Stephen P Bell Alexander Gann Michael Levine Richard Losick Biologia molecolare del gene Ottava edizione italiana a cura di Paolo Plevani 2022

Materiale didattico disponibile sul sito web https://elearning.uniroma1.it/

Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

MOD I
Testi Consigliati

1. Jordanka Zlatanova Kensal E. van Holde Biologia molecolare: Struttura e dinamica di genomi e proteomi Edizione italiana a cura di Vito De Pinto 2018

2. James D Watson Tania A Baker Stephen P Bell Alexander Gann Michael Levine Richard Losick Biologia molecolare del gene Ottava edizione italiana a cura di Paolo Plevani 2022

Materiale didattico disponibile sul sito web https://elearning.uniroma1.it/

Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Obiettivi Ci sono molte evidenze sul coinvolgimento dei geni nel controllo della durata della vita e della senescenza. Questi due aspetti del ciclo vitale di un organismo possono essere pertanto considerati due fenotipi dissezionabili mediante un’analisi mutazionale. Il corso si propone di illustrare i risultati più rilevanti ottenuti in diversi sistemi modello mediante approcci di genetica formale e di biologia molecolare.
Conoscenze acquisite: Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere: - le teorie genetiche della senescenza - i principali meccanismi della senescenza - la relazione tra invecchiamento e cancro
Competenze acquisite: Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: - valutare quali tecniche genetiche siano più appropriate per risolvere problemi scientifici riguardanti la senescenza e la lunghezza della vita - valutare l’importanza degli organismi modello per lo studio dell’invecchiamento e delle patologie correlate
Autonomia di giudizio: Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: - analizzare in modo critico alcuni aspetti legati all’invecchiamento

Modulo 1:

Teorie biologiche della senescenza:

-teoria del bene della specie

-teoria del ritmo della vita

Teorie genetiche della senescenza:

• La teoria mutazionale
• la teoria catastrofica per accumulo di errori nel genoma
• la teoria dello sviluppo
• teorie evolutive

Teorie cellulari della senescenza

Geni della longevità e invecchiamento negli organismi modello:

• lievito,
• nematodi,
• insetti
• mammiferi

Orologio biologico e senescenza

Modulo 2:

Basi genetiche e molecolari dell'invecchiamento

Genetica dell’invecchiamento in Saccharomyces cerevisiae

Invecchiamento Replicativo e Cronologico

Sirtuine e restrizione calorica negli organismi modello e nell’uomo

Via di segnalazione di TOR e pathway dell’insulina nella regolazione del processo di invecchiamento negli organismi modello e nell’uomo

Epigenetica e invecchiamento. Effetti transgenerazionali della longevità in C. elegans

Basi mitocondriali dell’invecchiamento

Invecchiamento e cancro

Basi patogenetiche delle sindromi progeroidi: sindrome di Werner, sindrome di Bloom, Sindrome di Cockayne, Sindrome di Hutchinson-Gilford. Disfunzioni molecolari e bersagli terapeutici

• Introduzione al corso
• Le Teorie dell'Invecchiamento
• Organismi modello per lo studio dell'Invecchiamento
• Analisi genetica dellInvecchiamento

La prova orale consiste nell'esporre un argomento a piacere per valutare le capacità comunicative di sintesi e di analisi; nel rispondere a una o più domande scelte dal docente per valutare il livello di approfondimento dello studio sugli argomenti del programma e per valutare le capacità dello studente di fare collegamenti e di organizzare un discorso in modo logico. Le domande sono riferite agli argomenti esposti durante le lezioni e anche alle esercitazioni svolte in laboratorio.

La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

Per superare l’esame con una valutazione pari a 30/30 è necessario rispondere in modo esatto, logico, approfondito e con proprietà di linguaggio a tutte le domande, dimostrando capacità di ragionamento e di saper contestualizzare concetti ed esempi.

Nessuno

Bibliografia:

-Weinert and Timiras. 2003. Thories of aging. J. Appl. Physiol. 95: 1706-1716.

-Guarente and Kenyon. 2000. Genetic pathways that regulate ageing in model organisms. Nature 408: 255-262.

-Finkel et al. 2000. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing. Nature 408: 239-247.

-Boehm and Slack. 2005. MicroRNA and its target regulate life span in C. elegans. Science 310: 1954-1957.

-Paaby and Schmidt. 2009. Dissecting the genetics of longevity in Drosophila melanogaster. Fly 3: 29-38.

-Cynthia J. Kenyon. 2010. The genetics of ageing. Nature 464: 504-512.

-Finkel et al. 2007. The common biology of cancer and ageing. Nature 448: 767-774.

-Weinert and Timiras. 2003. Thories of aging. J. Appl. Physiol. 95: 1706-1716.

-Guarente and Kenyon. 2000. Genetic pathways that regulate ageing in model organisms. Nature 408: 255-262.

-Finkel et al. 2000. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing. Nature 408: 239-247.

-Boehm and Slack. 2005. MicroRNA and its target regulate life span in C. elegans. Science 310: 1954-1957.

-Paaby and Schmidt. 2009. Dissecting the genetics of longevity in Drosophila melanogaster. Fly 3: 29-38.

-Cynthia J. Kenyon. 2010. The genetics of ageing. Nature 464: 504-512.

-Finkel et al. 2007. The common biology of cancer and ageing. Nature 448: 767-774.

Obiettivi Lo scopo del corso è di fornire agli studenti le metodologie più avanzate di Genetica mediante lo studio di un processo biologico complesso e gli strumenti concettuali per comprendere le basi genetiche dello sviluppo negli organismi superiori anche in una visione evolutiva. Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite): - come si sono originati ed evoluti i processi di sviluppo - come è controllato a livello genetico lo sviluppo degli organismi superiori - come viene costruita l’architettura del corpo degli organismi superiori
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite): - valutare quali tecniche genetiche siano più appropriate per risolvere problemi scientifici riguardanti lo sviluppo degli organismi - valutare l’importanza degli organismi modello per lo studio dello sviluppo umano e delle sue patologie
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: (autonomia di giudiuzio): - analizzare in modo critico alcuni aspetti legati a problemi sociali

Concetti fondamentali dello sviluppo e sua filogenesi: determinazione e differenziamento; sviluppo regolativo e sviluppo a mosaico; stadi di sviluppo; la clonazione

Organismi modello: Cenni sul controllo genetico dello sviluppo del topo, del pesce zebra, dello Xenopus e del nematode Caenorabditis elegans; la Drosophila melanogaster

Analisi di mutazioni che alterano i pattern di sviluppo: mutazioni ad effetto materno; mutazioni guadagno di funzione e perdita di funzione

Analisi genetica somatica: ricombinazione somatica e compartimenti; induzione di ginandromorfi e mappe del destino.

Formazione degli assi corporei: i geni materni; la polarita’ antero-posteriore; la polarita’ dorso-ventrale.

Costruzione del pattern corporeo: i geni della segmentazione.

L’identità segmentale: i geni omeotici. L'evoluzione dei geni omeotici. Le sindromi legate ad alterazioni omeotiche nell'uomo.

Memoria cellulare: i geni del gruppo Polycomb; i geni del gruppo trithorax. Le sindromi e le malattie legate ad alterazioni dei geni della memoria nell'uomo

Determinazione del sesso: specificazione della linea somatica; specificazione della linea germinale; specificazione del comportamento sessuale.

Compensazione del dosaggio: in Drosophila, nei mammiferi e nei nematodi

Controllo genetico dello sviluppo dell'occhio ed evoluzione dell'occhio e dei fotorecettori.

L'orologio biologico, i ritmi circadiani e la coevoluzione dei fotorecettori e dei ritmi circadiani. Le malattie legate ai ritmi circadiani

Controllo genetico dello sviluppo del cuore ed evoluzione del tubo cardiaco.

Controllo genetico degli organi tubulari: morfogenesi dei tubi, sistemi segnale, migrazione cellulare e organogenesi; evoluzione del sistema circolatorio.

Gli elementi trasponibili nell'evoluzione dello sviluppo

Le lezioni frontali sono svolte in aula e suddivise in:

• concetti fondamentali dello sviluppo: 2 ore
• metodologie genetiche per lo studio dello sviluppo: 12 ore
• controllo genetico dello sviluppo: 18 ore
• controllo genetico in chiave evolutiva: 16 ore
• Introduzione al corso
• Organismi modello per lo studio dello sviluppo
• Controllo genetico dello sviluppo
• Evoluzione dello sviluppo

La prova orale consiste nell'esporre un argomento a piacere per valutare le capacità comunicative di sintesi e di analisi; nel rispondere a una o più domande scelte dal docente per valutare il livello di approfondimento dello studio sugli argomenti del programma (40%) e per valutare le capacità dello studente di fare collegamenti (20%), di organizzare un discorso in modo logico (20%) e di usare un linguaggio appropriato (20%). Le domande sono riferite agli argomenti esposti durante le lezioni.

La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

Per superare l’esame con una valutazione pari a 30/30 è necessario rispondere in modo esatto, logico, approfondito e con proprietà di linguaggio a tutte le domande, dimostrando capacità di ragionamento e di saper contestualizzare concetti ed esempi.

Gilbert. Biologia dello Sviluppo. Zanichelli per la parte dei fondamenti della Biologia dello Sviluppo e alcuni concetti di embriologia

Pimpinelli. Genetica. Casa Editrice Ambrosiana

In alternativa un qualsiasi testo di Genetica

• Garcia-Bellido, A and JR. Merriam. 1969. Cell lineage of the imaginal discs of Drosophila melanogaster. Journal of experimental zoology 170: 61-76
• Johnston, D. and C. Nusslein-volhard. 1992. The origin of pattern and polarity in the Drosophila embryo. Cell 68: 201-219
• Nusslein-volhard, C. and E. Wieschaus. 1980. Mutations affecting segment, number and polarity in Drosophila. Nature 287: 795-801
• Schupbach, T. and E. Wieschaus. 1986. Maternal effect mutations altering the anterior-posterior pattern of the Drosophila embryo. Roux Arch. Dev. Biol. 195: 302-317
• Lewis, E. 1978. A gene complex controlling segmentation in Drosophila. Nature 276: 565-570
• Sanchez-Herrero E. et al. 1985. Genetic organization of Drosophila bhitorax complex. Nature 313: 108-113
• Baker, B. 1989. Sex and the single cell. Genetics 94: 383-423
• Baker, B. 1989. Sex in flies: the splice of life. Nature 340: 521-524
• Cline W.T. 1993. The Drosophila sex determination signal: how do flies count to two? Trends in Genetics 9: 385-390
• Gorman, M. and Baker, B.S. 1994. How flies make one equal to two: dosage compensation in Drosophila. Trends in Genetics 10: 376-380
• W.J. Gehring. (2005). New perspectives on eye development and the evolution of eyes and photoreceptors. Journal of Heredity 96:171-184
• K. Pappu and G. Mardon. (2004). Genetic control of retinal specification and determination in Drosophila. Int.J.Dev Biol. 48:913-924
• Z. Kozmik. (2005). Pax genes in eye development and evolution. Current Opinion in Gen. and Dev. 15:430-438
• D. Arendt. (2003). Evolution of eyes and photoreceptor cell types. Int.J.Dev.Biol. 47:563-571
• G. Halder, P. Callaerts and W. Gehring. (1995). Induction of ectopic eyes by targeted expression of the eyeless gene in Drosophila. Science 267:1788-1792
• W. Gehring and M. Rosbash. (2003). The coevolution of blue-light photoreception and circadian rhythms. J.Mol.Evol. 57:S286-S289
• M. Merrow, K. Spoelstra and T. Roenneberg. (2005). The circadian cycle: daily rhythms from behaviour to genes. Embo Reports 6:930-935
• D. Bell-Pedersen et al. (2005). Circadian rhythms from multiple oscillators: lessons from diverse organisms. Nature Genetics advance online
• J. Blau. (2001). The Drosophila circadian clock: what we know and what we don't know. Cell and Dev.Biol. 12:287-293
• K. Jagla, M. Bellard and M. Frasch. (2001). A cluster of Drosophila homeobox genes involved in mesoderm differentiation programs. Bioessays 23:125-133
• J. Chen and M. Fishman. (2000). Genetics of heart development. TIG 16:383-388
• P. Lo and M. Frasch. (2003). Establishing A-P polarity in the embryonic heart tube:a conserved function of Hox genes in Drosophila and vertebrates. TCM 13:182-187
• M. Simoes-Costa et al. (2005). The evolutionary origin of cardiac chambers. Dev.Biol. 277:1-15
• C. Ribeiro, V. Petit and M. Affolter. (2003). Signaling systems, guided cell migration and organogenesis: insights from genetic studies in Drosophila. Dev. Biol. 260:1-8
• R.Munoz-Chapuli et al. (2005). The origin of the endothelial cells: an evo-devo approach for the invertebrate/vertebrate transition of the circulatory system. Evol. Dev. 7:4 351-358
• W.J.Nelson. (2003). Tube morphogenesis: closure, but many openings remain. TCB 13:615-621

Obiettivi principali L’insegnamento riguarda lo studio dell’ereditarietà nell’uomo. Nell'ambito del corso ci si prefigge di illustrare, tramite esempi rappresentativi e paradigmatici, la struttura e il funzionamento del genoma umano e le cause della variabilità genetica normale e patologica nell'uomo. Le peculiarità della trasmissione dei caratteri multifattoriali verranno esaminate al fine di arrivare a comprendere l'eziologia genetica di caratteri complessi e a stimarne la quota genetica relativa. L'analisi di numerosi casi specifici dovrebbe infine fornire un esempio degli approcci seguiti nelle situazioni reali d'indagine. Il corso richiede conoscenze di genetica mendeliana e delle popolazioni e conoscenze di base di statistica e di calcolo delle probabilità.
Obiettivi specifici A) Conoscenze e capacità di comprensione -Conoscenza approfondita della struttura e funzione del genoma umano -Conoscenza della variabilità genetica umana, delle sue origini e delle sue conseguenze fenotipiche ed evolutive -Conoscenza e comprensione delle diverse modalità di trasmissione genetica -Conoscenza e comprensione delle basi genetiche delle più importanti patologie ereditarie -Conoscenza e comprensione dei metodi per la mappatura dei geni nell’uomo e delle loro criticità
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione -Saper usare la terminologia specifica -Saper interpretare i pedigree e risolvere casi semplici di consulenza genetica. -Essere in grado di dare un peso statistico alle osservazioni -Essere in grado di reperire gli strumenti (database, genome browser ecc) per l’approfondimento delle conoscenze
C) Autonomia di giudizio -Attraverso l’analisi approfondita di molti casi di studio, lo studente sarà stimolato ad acquisire capacità di giudizio critico e imparerà a porsi domande per l’elaborazione e approfondimento delle conoscenze apprese
D) Abilità comunicative -Durante le lezioni, gli studenti saranno stimolati a comunicare ed interagire con il docente e gli altri studenti su argomenti propri dell’insegnamento
E) Capacità di apprendimento - Apprendere la terminologia specifica - Connettere in modo logico le conoscenze acquisite - Identificare i temi più rilevanti della materia trattata ed essere in grado di approfondire indipendentemente argomenti di genetica umana avanzata

L’insegnamento consiste di 24 lezioni teoriche di 2 ore ciascuna. Il Professore può organizzare delle lezioni che prevedano la partecipazione di esperti del settore.

L’organizzazione del genoma umano (8 ore):

• I progetti genoma, il progetto ENCODE.
• L’organizzazione del genoma: geni, famiglie geniche, pseudogeni, elementi ripetuti in tandem, trasposoni, proprietà generali (variazioni nel contenuto in GC, tasso d.i ricombinazione, tempo di replicazione)
• Focus su cromosomi "speciali": cromosoma X, cromosoma Y, DNA mitocondriale.

Variabilità genetica normale e patologica a livello molecolare (6 ore):

• Mutazioni, varianti e polimorfismi.
• Caratteristiche molecolari, origine, tasso di mutazione e localizzazione preferenziale delle principali classi di varianti del genoma umano (sostituzioni nucleotidiche, indels, mini e microsatelliti, copy number variants, presenza/assenza di elementi retrotrasponibili).
• Effetto dell'età, del sesso e della posizione genomica sui tassi di mutazione.
• Ruolo delle duplicazioni segmentali e della ricombinazione omologa non allelica nell'evoluzione e nell'insorgenza di patologie umane. Sindromi da geni contigui.
• Rilevanza degli elementi trasponibili nel genoma umano.
• Il DNA instabile: espansione del numero di ripetizioni di microsatelliti e minisatelliti. Anticipazione, premutazione.
• I grandi progetti internazionali sulla variabilità umana: i progetti “1000 Genomes” e “HapMap”.

Caratteri multifattoriali e patologie complesse (6 ore):

• Genetica dei caratteri complessi quantitativi e dicotomici.
• Il modello dell'allelia multipla, il modello poligenico additivo e il modello a soglia.
• Scomposizione della variabilità fenotipica; coefficiente di ereditabilità nei caratteri quantitativi e dicotomici; studi sui gemelli.
• Fattori di suscettibilità, rischio di ricorrenza e rischio empirico nelle malattie multifattoriali.

Il consultorio genetico (8 ore)

• Modalità di trasmissione genetica. Pattern di eredità mendeliana: ereditarietà dominate e recessiva; autosomica, X-linked, Y- linked, pseudoautosomica.
• Genetica dei sistemi "aploidi": DNA mitocondriale e cromosoma Y.
• Caratteristiche delle varie modalità di trasmissione genetica e analisi di pedigree.
• Rilevanza dei fenomeni di penetranza, espressività, eterogeneità genica e allelica nell’interpretazione dei pedigree.
• Mosaicismo somatico e germinale, Chimerismo.
• Dettaglio su alcune malattie genetiche: Osteogenesi imperfetta (esempio di dominanza negativa); Malattia di Leber (mtDNA/eteroplasmia/eterogeneità allelica/eterogeneità genica); X-Fragile (mutazioni dinamiche/ anticipazione/ premutazione); Malattia di Kennedy & Sindrome di Morris (esempio di eterogeneità clinica/perdita & acquisizione di funzione); Emoglobinopatie (esempi di mutazioni ontogenetiche, quantitative e qualitative/selezione); Protoporfiria eritropoietica (esempio di eterogeneità allelica, pseudodominanza).
• OMIM database (www.omim.org)

Genetica delle popolazioni umane (6 ore)

• La legge di Hardy-Weinberg: equilibrio e cause di deviazioni dall’equilibrio. La legge di H-W nella consulenza genetica.
• La consanguineità e sua rilevanza nell’insorgenza di malattie recessive rare; calcolo del coefficiente di inincrocio.
• Rilevanza della migrazione, mutazione ricorrente e deriva genetica sull'incidenza delle malattie genetiche nelle popolazioni.
• La selezione naturale. Selezione direzionale e bilanciata.

La mappatura dei geni nell’uomo (6 ore)

• Problematiche per la mappatura dei geni nell’uomo.
• L’analisi del linkage, il metodo del lod scores.
• Aplotipi e linkage disequilibrium; mappatura di geni basata sul linkage disequilibrium; mappatura dei caratteri multifattoriali e odds ratio.

Genetica umana applicata (8 ore)

Soluzione di casi di consulenza genetica attraverso l’analisi di pedigree. Costruzione di mappe genetiche mediante di studi di associazione. Calcolo di indici propri della genetica di popolazioni (LD, statistiche F, Ne, distanze genetiche, misure di diversità intra ed inter-popolazioni) e della genetica dei caratteri complessi (coefficiente ereditabilità, rapporto di rischio, rischio empirico ecc)

La valutazione è di tipo orale sugli argomenti trattati a lezione e generalmente include anche l’interpretazione di un caso di consulenza genetica

1) Le slides del docente (disponibili sul sito elearning) rappresentano materiale didattico necessario ma non sufficiente per la preparazione dell'esame

2) "Genetica molecolare umana" (Strachan & Read, anno 2021, Zanichelli) vedere materiale didattico su elearning per aggiornamento sui capitoli da studiare

3) "Genetica" (Sergio Pimpinelli, anno 2014, CEA),

limitatamente al capitolo 13.3 (Genetica delle emoglobine). Il testo è disponibile in biblioteca

4) "Genetica clinica" (Read & Donnai, anno 2007, Zanichelli),

limitatamente al capitolo 10 (Condizioni comuni e condizioni rare). Il testo è disponibile in biblioteca

Per un immediato aggiornamento dei testi o del materiale didattico distribuito dal docente consultare la pagina web del corso: https://elearning2.uniroma1.it

• Schon et al. (2012) Human mitochondrial DNA: roles of inherited and somatic mutations. Nat Rev Genet 13: 878-888
• Cordeaux and Batzer (2009) The impact of retrotransposons on human genome evolution. Nat Rev Genet 10: 691-703
• Campbell and Eichler (2013) Properties and rates of germline mutations in humans. Trends Genet 29: 575-583

Obiettivi del corso Il corso vuole fornire agli studenti una solida base teorica dell'evoluzione dei genomi, mettendo in luce i meccanismi molecolari che ne guidano la trasformazione nel tempo. Particolare attenzione sara data allo sviluppo del pensiero critico, all capacità di leggere, comprendere ed analizzare articoli scientifici, e di interpretare dati grezzi di genomica applicata. Capiremo cosa compone i genomi, come si organizzano e si rimodellano, esplorando i processi che plasmano la loro architettura: duplicazioni geniche, trasposizione, ricombinazione, deriva e selezione. La mutagenesi sarà trattata non solo come fonte di variazione, ma come forza ambivalente, motore dell'evoluzione e, al tempo stesso, minaccia alla stabilità genomica. Confronteremo l'organizzazione genomica, genetica ed epigenetica dagli eucarioti semplici fino a noi. Un focus particolare sarà dedicato al genoma umano e agli stati patologici: l'evoluzione del genoma tumorale, con la sua instabilità strutturale, i cicli di selezione clonale e l'accumulo di mutazioni driver, rappresenta un caso paradigmatico di come i principi evolutivi operino in tempo reale all'interno di un organismo. La materia integra genetica, genomica, incluse recenti sviluppi nei campi della pangenomica e dell'ingegneria genetica, epigenomica, genetica delle popolazioni, biologia molecolare, matematica e statistica in una prospettiva unificante, valorizzando anche conoscenze acquisite in altri corsi. Le componenti pratiche guideranno gli studenti a formulare, progettare e testare una nuova ipotesi scientifica nel campo, leggere criticamente la letteratura, e strutturare un progetto relativo al curriculum svolto.

Il corso intende fornire allo studente solide basi teoriche che gli permettano di comprendere quale sia l’organizzazione dei genomi e quali siano i meccanismi molecolari fondamentali per la loro evoluzione. Con il corso si intendono esplorare gli eventi evolutivi che hanno portato all’attuale organizzazione genomica e cromatinica, comparando i genomi e l’architettura cromatinica dagli eucarioti più semplici fino ai primati. Alla moderna formulazione dell’evoluzione molecolare hanno contribuito le più diverse discipline: genetica, biologia molecolare, genomica, matematica, statistica, ecologia ecc. Lo studio di questa materia consente allo studente di collocare in una prospettiva logica e unificante molte delle nozioni acquisite in altri corsi contribuendo in modo sostanziale alla comprensione di “cosa sia un genoma e soprattutto come esso sia diventato tale”.

L’acquisizione delle conoscenze e delle capacità di comprensione sono ottenute e seguite tramite la partecipazione a lezioni frontali e laboratori didattici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione :

In questa area di apprendimento, attraverso lezioni e laboratori didattici su argomenti del programma ritenuti più interessanti, spesso scelti dagli studenti, si avrà modo di approfondire gli eventi evolutivi che hanno portato all’attuale organizzazione genomica e cromatinica. Questi eventi evolutivi saranno approfonditi a partire dalla formazione delle prime cellule con proto-nuclei, fino ad arrivare, comparando i genomi e l’architettura cromatinica di specie con sempre maggiore complessità strutturale e funzionale del genoma, agli eucarioti superiori, ai primati e all’uomo.

La capacità, non solo di acquisire conoscenza e comprensione ma, soprattutto la valutazione della loro abilità di applicarle in modo appropriato, sono ottenute e seguite durante la partecipazione a lezioni frontali e laboratori didattici. A questo scopo, inoltre, si svolgeranno attività di laboratorio che concorrano allo sviluppo di abilità autonome di approfondimento e di critica delle conoscenze acquisite, in modo che gli studenti siano messi in grado di trasmetterle e di proseguire in modo autonomo nel loro studio.

La valutazione consiste in una prova orale che ha l’obiettivo di valutare le conoscenze acquisite e la capacità di applicarle in modo appropriato. Per valutare al meglio le capacità critiche e di approfondimento dello studente saranno utili presentazioni da lavori di recente pubblicazione riguardanti argomenti svolti a lezione.

EVOLUZIONE DEL GENOMA LM (6CFU) (1051932) (Programma Particolareggiato)

Dimensioni del genoma:

• paradosso valore C; - teoria del nucleotipo; - componenti principali dei genomi eucariotici.

Principali teorie per spiegare il paradosso del valore C:

• Pressione da mutazione; - DNA ottimale

Cause ed effetti della riduzione del Genoma Nucleare:

• genomi compatti e ipercompatti.

Organizzazione del Genoma: - Origine degli eucarioti e ruolo dei mitocondri nell’evoluzione degli eucarioti.

Teorie sull’origine del nucleo: - “fusione” simbiotica di due procarioti o di un procariota e un organello; - modello cariogenico compartimentalizzazione del genoma.

Progetto Encode: importanza degli elementi funzionali nell’evoluzione del controllo dell’”espressione genomica”. Importanza dei Data Base.

Proprietà caratteristiche che distinguono il genoma degli eucarioti da quello dei procarioti: - Cinetica di riassociazione.

Differenze nell’organizzazione genomica tra eucarioti (dimensioni geni, introni, esoni, nelle classi di DNA ripetitivo intersperso, pseudogeni, etc).

Elementi trasponibili (evoluzione, domesticazione e funzionalizzazione degli ET).

Famiglie geniche.

Grandezza minima genoma animali: insetti (specie parassitiche superspecializzate) e grandezza genoma e tempo di sviluppo (genomi più piccoli=sviluppo più veloce: drosofilidi)

Evoluzione grandezza genoma come processo multifattoriale complesso:

5 Aree di particolare interesse:

• 1- Origine di nuovi geni:
• 1a. duplicazione geni esistenti e Small and Large Scale Duplication; 1b. lego approach; c. trasferimento genico laterale; 1d. “invenzione” di geni de novo da DNA non codificante e i casi della famiglia Morpheus e della duplicazione segmentale. Conseguenze evolutive degli effetti di duplicazioni complesse e riordinamenti strutturali dei cromosomici sulla meiosi e sula formazione dei gameti.
• 2- Prevalenza della selezione naturale positiva,
• Geni coinvolti nella difesa da patogeni; - Geni coinvolti nella riproduzione
• 3- Asimmetria del pattern di mutazione,
• Replicazione e trascrizione
• 4- Variazione regionale del tasso di mutazione,
• Ipotesi attuale: la pressione e il pattern mutazionale varia nelle diverse regioni genomiche
• 5- Evoluzione dell’organizzazione genomica:
• Comparazione di sequenze geniche in specie strettamente correlate; - Genomica comparativa tra gruppi di specie con forti differenze; - Genomi eucarioti  possono espandersi o “restringersi”
• Meccanismi di formazione di nuovi geni:
• Amplificazione genica
• fisiologica: rDNA di Xenopus e geni del corion di Drosophila;
• tumorale: HSR e DM. Formazione degli HSR: reinserzione dei DM o Rottura-Fusione-Ponte (BFB) e conseguenze in mitosi.
• Duplicazione genica e selezione a favore: Morpheus Gene Family;- Gene Mutation
• Conservazione di geni essenziali:
• Caenorhabditis elegans silencing geni noti iRNA, nel 10% dei casi: fenotipo mutante
• geni attivi negli stadi precoci dello sviluppo sembrano essere “constrained”
• geni paraloghi (nell’ambito della stessa specie, si sono evoluti in seguito ad un evento di duplicazione) ed ortologhi (geni in specie diverse che derivano da un antenato comune (senza eventi di duplicazione).
• Geni a singola copia e famiglie multigeniche; - subfunzionalizzazione.

Mutazioni Dinamiche e Meccanismi di mutagenesi:

• Processi di mutazione:
• fonti intrinseche
• fonti estrinseche
• Processi di riparazione:
• conversione genica
• crossing-over ineguale
• SCE
• Slippage replicativo
• Riparazione rotture del DNA
• Controllo e Arresto del ciclo cellulare
• Meccanismi coinvolti nell’espansione di triplette
• Malattie umane correlate a mutazioni dinamiche

Evoluzione della Replicazione cromatinica:

Caratteristiche della replicazione della cromatina degli eucarioti.

Scelta delle origini di replicazione negli eucarioti: una scelta tessuto-specifica.

Mappa 3D del genoma umano.

Modello ad anse (TAD, MAR, SAR), che si comportano come:

• 1 unità indipendente di replicazione; 2 unità indipendente superavvolta; 3 unità funzionale.

Replicazione dei cromosomi: - Riconoscimento delle diversi fasi di S;

• replicazione precoce e tardiva;- asincronia tra alleli nella replicazione;- fiber analysis.

Bande da replicazione e compartimentalizzazione della cromatina: R- e G-banding;

• rapporto tra fase di S in cui inizia la replicazione (replication timing) e attività trascrizionale
• Evoluzione del bandeggio da replicazione; - Replicazione di cromatina SINE (Early) e LINE (Late) nell’uomo

Sequence ripetute come esempio di evoluzione del genoma

• Centromero – evoluzione DNA e proteica
• Centromere drive durante la meiosi
• Elementi “egoisti” del genoma

Evoluzione del genoma nella carcinognesi

Studi sull’evoluzione della compartimentalizzazione della cromatina

Territori cromosomiali

Organizzazione della cromatina e Bandeggio morfologico

Breve descrizione delle tecniche di Banding. Confronto evolutivo tra i cariotipi dei primati

Evoluzione genomica e Citogenetica Comparativa tramite FISH:

Cenni sull’importanza dell’utilizzo della FISH nella genomica comparativa: - studi di riordinamenti cromosomici; - aneuploidie/poliploidie; - Rainbow-FISH; - Zoo-Fish; - GISH (es, cromosomi del sesso); Cen-CO-FISH; - chromosome painting, SKY (“territorialità dei cromosomi nel nucleo); - studi di citogenetica comparativa;- CGH;- painting cromosomico e CGH array su specie vicine (es, pollo e tacchino);- Analisi di CNVs (Copy Number Variations in 4 classi principali di tipi di cane domestico).

Gene Expression: fine tuning, esempi: - trasmissione transgenerazionale di informazioni ambientali in C. elegans; - sequenze non codificanti in rapida evoluzione nel genoma umano; - genomica comparativa: gli allineamenti di sequenza nei mammiferi rivelano elementi funzionali peculiari di Homo s.; - la regolazione genica e le origini dell'unicità biologica umana; - "diventare" eterocromatina nel contesto della riprogrammazione epigenetica genome-wide; - transizioni dello stato della cromatina a livello genomico associati a stimoli ambientali e di sviluppo.

Evoluzione della determinazione del sesso: - genetica e/o ambientale

• cromosomi del sesso non distinguibili morfologicamente e metodi di determinazione del sesso;
• determinazione ambientale del sesso (TSD),
• determinazione del sesso aploidia-diploidia,
• eterogamia femminile, eterogamia maschile,
• Rapporto Cromosomi Sesso/Autosomi,
• Cromosomi eteromorfi ed evoluzione della compensazione del dosaggio,
• evoluzione della compensazione del dosaggio nei mammiferi,
• Evoluzione dell’eterocromosoma (soprattutto Y)

Esame orale

Letture consigliate

Il riassunto di tutte le lezioni tenute durante il corso sarà disponibile online. I riferimenti delle pubblicazioni di

rilevanti per ogni lezione saranno forniti come pagina finale di ogni lezione.

Per i suddetti argomenti, gli studenti sono tenuti anche a identificare e leggere la letteratura originale

disponibile nelle pubblicazioni scientifiche pertinenti.

Il materiale didattico contenente la sintesi delle lezioni contiene la bibliografia con gli articoli e le recensioni di

utilizzati per le diapositive fornite nelle lezioni, che devono essere consultate. È possibile consultare e scaricare questi articoli dal sito

da qualsiasi computer delle biblioteche universitarie.

Letture aggiuntive:

-Strachan & Read: Human Molecular Genetics, chapter on: "Our place in the tree of life."

• B. Lewin, The Gene (Ed. Compact) the organization and evolution of genes, content and size

of genomes, evolution of the Y chromosome, gene duplication and evolution, gene families,

chromosomes and their organization in prokaryotes and eukaryotes.

L'obiettivo formativo primario è fornire una solida preparazione teorico-pratica nell'ambito della biologia dell'RNA ad alta risoluzione, consentendo agli studenti di padroneggiare le moderne tecnologie di sequenziamento e analisi dei dati omici. Questo implica sviluppare competenze critiche nell'interpretazione dei risultati sperimentali e acquisire una comprensione approfondita delle metodologie avanzate di studio dell'RNA e delle sue applicazioni come CRISPR ed epitrascrittomica. In sintesi, il corso mira a formare studenti capaci di utilizzare strumenti all'avanguardia per esplorare la complessità della biologia dell'RNA.

Lezioni 1-4 (Prof.ssa Morlando)

• Introduzione alla complessità del mondo dell'RNA.
• Metodi per la generazione di sistemi modello cellulari per lo studio del differenziamento cellulare e dell'organizzazione dei tessuti. Esempi di differenziamento muscolare e neuronale 2D in vitro, nonché la generazione di colture 3D (ad esempio, organoidi).
• Diverse applicazioni della tecnologia CRISPR: a) per eseguire l'editing genomico; b) per controllare in modo reversibile l'espressione genica; c) per eseguire screening genetici.

Lezioni 5-7 (Prof. Setti)

• Metodologie pratiche per la progettazione di esperimenti CRISPR-KO combinati con l'uso di RNA-sequencing per esplorare l'effetto del KO sull'espressione genica. La lezione includerà l'analisi dell'RNA-sequencing utilizzando la piattaforma Galaxy per eseguire la pre-elaborazione e l'allineamento dei file FASTQ al genoma di riferimento. Il software IGV verrà utilizzato per esplorare le delezioni o mutazioni indotte nel locus bersaglio nelle cellule attraverso l'analisi delle letture allineate. Verranno poi presentate la quantificazione dell'espressione genica, l'analisi dell'espressione differenziale e l'analisi di arricchimento dei termini GO.

Lezioni 8-9 (Prof.ssa Morlando)

• Approcci a singola cellula basati su droplet e su pozzetti.
• Trascrittomica spaziale.

Lezioni 10-12 (Prof. Setti)

• Metodi per l'analisi dei dati trascrittomici a singola cellula provenienti da diversi sistemi modello, tra cui: elaborazione dei dati, filtraggio della qualità delle cellule, riduzione della dimensionalità e clustering, metodi di integrazione di base, metodologie di espressione differenziale per identificare l'identità della popolazione cellulare o per confrontare le condizioni (ad esempio, WT vs KO), analisi della traiettoria utilizzando Monocle o RNA-velocity. Questo modulo includerà l'analisi approfondita di articoli scientifici selezionati utilizzati come riferimento (esempio di sistema di cellule immunitarie, organoidi neuro-muscolari, ecc.).
• Metodi per l'integrazione di dati multi-omici in omiche a singola cellula, come epigenoma (ATAC-seq), trascrittoma (RNA-seq) e codici a barre genomici. Analisi del pathway e calcolo del Module-score. Verranno menzionate metodologie avanzate, come il Topic modelling e l'applicazione Scenic+.

Lezione 13 (Prof. Setti)

• Indagine sulla biologia dell'RNA utilizzando strumenti web, tra cui:

i) Strumenti web utilizzati per indagare l'espressione dei geni in vari organismi, tessuti e condizioni patologiche (es. GTEX).

ii) Indagine sulle dipendenze genetiche utilizzando progetti di caratterizzazione funzionale su larga scala (es. DEPMAP) e dataset sul cancro (es. CBIO portal).

iii) Database di Trascrittomica Spaziale applicata al cervello umano.

Lezioni 14-15 (Prof.ssa Morlando)

• RNA corti (microRNA):
• Metodi di sequenziamento dell'RNA corto per studiare l'espressione dei microRNA.
• Metodi per lo studio della loro modalità d'azione e l'identificazione del bersaglio (es. CLASH).
• Metodi per inibire i miRNA espressi endogenamente o per recuperare la loro espressione persa in condizioni patologiche.
• I miRNA nei fluidi corporei: origine e utilizzo come biomarcatori; metodi per la loro rilevazione.

Lezioni 16-17 (Prof. Setti)

• Introduzione alle letture chimeriche (chimeric-reads). Spiegazione approfondita della metodologia CLASH che consente di catturare i microRNA legati, inclusi gli elementi di RNA bersaglio dei microRNA.
• Caratterizzazione delle interazioni RNA:RNA con diversi approcci basati su derivati del psoralene tra cui PARIS, SPLASH e COMRADES, approcci basati su proteine tra cui MARIO e RIC-seq o nuove frontiere come le metodologie basate sul chetosale (KARR-seq). Approccio RNA-SPRITE.

Lezioni 18 (Prof. Setti)

• Introduzione alla struttura secondaria dell'RNA.
• Analisi dei principali approcci utilizzati per sondare le strutture dell'RNA. Confronto tra SHAPE e DMA-Map-seq.

Lezioni 19-21 (Prof.ssa Morlando)

• Nuovi concetti in trascrittomica: epitrascrittomica. L'importanza dell'epitrascrittoma nel controllo dell'espressione genica e nel contribuire a diversi fenotipi di malattia.
• Metodi innovativi per catturare la sequenza/modificazione dell'RNA e la diversità del trascritto.
• Sequenziamento a lunghe letture (Long reads sequencing): Oxford Nanopore e PacBio.

Lezione 22 (Prof.ssa Morlando)

• Principi di analisi epitrascrittomica, strumenti disponibili, confronti ed esempio di workflow (es. Nanocompore).
• Sessione pratica con approccio dettagliato all'analisi dei dati da esperimenti di sequenziamento di RNA nativo.

Lezioni 23-24 (Prof. Setti)

• Introduzione alle funzioni e alle attività regolatorie delle RBP (Proteine leganti l'RNA).
• Metodologie per studiare i siti di legame delle RBP (RNAcompete, metodologie CLIP, ecc.).
• Metodologie utilizzate per studiare i siti di modificazione dell'RNA nell'RNA: esempi di meRIP-seq e mi-CLIP.
• Argomento 1 - Introduzione alla complessità del mondo dell'RNA. (Lezione 1)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 2 - Metodi per la generazione di sistemi modello cellulari per lo studio della differenziazione cellulare e dell'organizzazione tissutale. Esempi di differenziazione muscolare e neuronale in vitro 2D(bidimensionale), nonché la generazione di colture 3D (tridimensionali) (ad esempio, organoidi). Lezioni (2-3)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 3 -Tecnologia CRISPR. Diverse applicazioni: a) per eseguire il genome editing (modifica del genoma); b) per controllare in modo reversibile l'espressione genica; c) per eseguire screening genetici. (Lezioni 3-4)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 4: Metodologie pratiche per il design di un esperimento CRISPR-KO (Knockout) combinato con l'uso del sequenziamento dell'RNA (RNA-sequencing) per esplorare l'effetto del Knockout (KO) sull'espressione genica. (Lezioni 5-7)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 5 Sequenziamento dell'RNA a singolo cellula: metodo droplet e well based (Lezione 8)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 6 Sequenziamento spaziale del trascrittoma (Lezione 9)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 7: Metodi per l'analisi dei dati di trascrittomi a singola cellula provenienti da diversi sistemi modello (Lezioni 10-12)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 8: La biologia dell'RNA mediante l'uso di web tools (lezione 13)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 9 : la biologia dei microRNA: nuovi concetti e metodi (Lezioni 14-15)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 10: Introduzione alle reads chimeriche (chimeric-reads). Spiegazione approfondita della metodologia CLASH che permette di catturare i microRNA includendo gli elementi di RNA target dei microRNA. (Lezione 16)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 11: Caratterizzazione delle interazioni RNA:RNA con diversi approcci: basati sui derivati del psoralene, basati su proteine e basate sul chetossale Lezione 17)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 12: Introduzione alla struttura secondaria dell'RNA. Analisi dei principali approcci utilizzati per sondare le strutture dell'RNA. Confronto tra SHAPE e DMS-Map-seq Lezione 18)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 13: Nuovi concetti in trascrittomica: epitrascrittomica. Metodi innovativi per catturare la Sequenza/modificazione dell'RNA e la Diversità Trascrittomica. (lezioni 19-20)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 14: - Metodologie di sequenziamento a lettura lunga (long-read sequencing): Sequenziamento Nanopore (metodologie e applicazioni); il sequenziamento tramite protocollo PacBio. Il sequenziamento nativo dell'RNA. Considerazioni pratiche e metodologie per la valutazione della qualità e l'analisi dei dati (Lezioni 21)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 15:Principi dell'analisi epitrascrittomica, strumenti disponibili, confronti ed esempio di un flusso di lavoro (ad esempio, Nanocompore).Sessione pratica con un approccio dettagliato all'analisi dei dati derivanti da esperimenti di sequenziamento nativo dell'RNA. (Lezione 22)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 16: Introduzione alle funzioni e alle attività regolatorie delle RBP. Metodologie per studiare i siti di legame delle RBP(RNAcompete, metodologie CLIP, ecc.). (Lezione 23)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning
• Argomento 17: Metodologie utilizzate per studiare i siti di modificazione dell'RNA: esempi di meRIP-seq e mi-CLIP. (Lezione 24)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning

La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove lo studente è invitato a presentare un articolo scientifico di proprio interesse in cui vengano applicate una o più metodologie trattate durante il corso. Seguirà discussione e domande estese a tutti gli argomenti del programma.

piattaforma e-learning (articoli scientifici e materiale fornito dal docente)

Salgueiro et al., 2025. Individualized patient tumor organoids faithfully preserve human brain tumor ecosystems and predict patient response to therapy . Cell. https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.01.002

Macosko et al., 2015 Highly Parallel Genome-wide Expression Profiling of Individual Cells Using Nanoliter Droplets. Cell. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.05.002

Nadalin et al., 2024 Multi-omic lineage tracing predicts the transcriptional, epigenetic and genetic determinants of cancer evolution Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-024-51424-4

Cruciani & Novoa, 2026 The new era of single-molecule RNA modification detection through nanopore base-calling models. nature reviews molecular cell biology. https://doi.org/10.1038/s41580-025-00896-3

Tzec‐Interián et al., 2024 Bioinformatics perspectives on transcriptomics: A comprehensive review of bulk and single‐cell RNA sequencing analyses Quantitative Biology DOI: 10.1002/qub2.78

Cao and Kapranov 2022 Methods to Analyze the Non-Coding RNA Interactome—Recent Advances

and Challenges. Frontiers in Genetics doi: 10.3389/fgene.2022.857759

Hafner et al., 2021 CLIP and complementary methods. METhODS PRImERS https://doi.org/10.1038/s43586-021-00018-1

Ye et al., 2024 Technological advancements in deciphering RNA-RNA interactions. Molecular Cell https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.06.036

Conoscenza dei principali esempi di struttura e funzione genica nell'uomo. Comprensione delle potenziali applicazioni dell'analisi genetica sia nei caratteri monogenici che in quelli multifattoriali.

The organization of the human genome:

Features of the human genome. Nuclear genome, repetitive elements.

Focus on "special" chromosomes: X chromosome, Y chromosome and mtDNA.

Normal and pathological genetic variation:

Mutations, variants and polymorphisms.

Molecular features, origin, mutation rate and localization of the main classes of the human genome variants (nucleotide substitutions, indels, and micro- and mini- satellytes, copy number variants, presence/absence of transposable elements). Effect of age, sex and genomic position on mutation rates.

Human genome evolution: allelic and non-allelic sequences. Orthologous, paralogous and gametologous sequences. Crossing over and gene conversion, role of segmental duplications and non-allelic homologous recombination in genome evolution and human diseases.

Relevance of transposable elements in the human genome.

The unstable DNA: expansion of the number of repetitions of microsatellite and minisatellite. Anticipation, pre-mutation.

The "1000 Genomes" project.

Genetic counselling:

Genetic inheritance in man. Patterns of Mendelian inheritance: recessive and dominant inheritance; autosomal, X-linked, Y- linked, pseudoautosomal.

Pedigree analysis and interpretations.

Human population genetics:

The Hardy-Weinberg equilibrium. The law of H-W in genetic counselling.

Inbreeding and its importance in the onset of rare recessive diseases; calculation of the inbreeding coefficient in population and in pedigree.

Mutation (unidirectional and bi-directional models)

Model of Genetic drift (effective population size).

Recurrent mutation and genetic drift on the incidence of genetic diseases in populations.

Natural selection. Directional and balanced selection.

Phylogenetic tree: UPGMA, MP tree, genetic distances (Fst). Y chromosome phylogenetic tree. Molecular dating using rho and ASD (SNPs and STRs). The use of modern genetic variation to study Human history (Phylogeography).

Mapping the human genes:

Methods for mapping genes in humans.

The linkage analysis, the method of lod scores.

haplotypes and linkage disequilibrium; mapping of multifactorial traits and odd ratio.

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

La valutazione consiste di due colloqui orali svolti nello stesso giorno dai due docenti di riferimento relativamente agli argomenti trattati nei Moduli I e II. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite, così come le abilità comunicative. Nelle prove orali vengono valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica di fronte a problemi genetici/genomici. Il tempo dedicato alle prove è di circa 40 minuti complessivi per i colloqui orali. Il voto finale risulterà dalla media fra le due prove orali.

“Human Molecular Genetics” 4th Edition, Strachan & Read

"Genetics of population" Hedrick 3th edition Jones and Bartlett

“Human Molecular Genetics” 4th Edition, Strachan & Read

"Genetics of population" Hedrick 3th edition Jones and Bartlett

Le conoscenze e competenze in area biomedica sono essenziali per il biologo che voglia raccogliere le sfide nel campo della comprensione e del trattamento delle patologie umane a più ampia diffusione. Il corso di Patologia Molecolare e Immunopatologia intende fornire allo studente una conoscenza avanzata dei fattori e meccanismi molecolari e cellulari alla base delle più diffuse malattie che sono causate dalla: a) iper-attivazione del sistema immunitario; b) difetti del sistema immunitario; c) evasione del sistema immunitario da parte del patogeno; d) disregolazione nell’interazione tra geni ed ambiente.

1. Conoscenza e capacità di comprensione

• Conoscenza e comprensione delle reazioni di ipersensibilità
• Conoscenza e comprensione dell'immunologia dei trapianti
• Conoscenza e comprensione delle immunodeficienze congenite e acquisite
• Conoscenza e comprensione dei meccanismi molecolari e cellulari alla base delle malattie autoimmuni
• Conoscenza e comprensione dei meccanismi di evasione della risposta immune da parte dei microrganismi patogeni
• Conoscenza e comprensione del ruolo del sistema immunitario nell'aterosclerosi

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

-Saper utilizzare la terminologia specifica della disciplina

-Saper interpretare, analizzare e spiegare i meccanismi alla base dell'immunopatologia

-Saper applicare la conoscenza degli specifici argomenti trattati a lezione e le tecnologie usate in immunopatologia

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Modulo I Immunopatologia: Reazioni di ipersensibilità Reazioni di tipo I: le reazioni allergiche, allergeni, IgE , regolazione della risposta IgE, fattori implicati nello sviluppo dell’allergia. Reazioni di tipo II: molecole e meccanismi che mediano il danno indotto da anticorpi diretti verso antigeni cellulari e della matrice. Reazioni trasfusionali. La malattia emolitica del neonato. Reazioni di tipo III: Reazioni causate da immunocomplessi formati da Ig e da antigeni solubili. Patologie risultanti dalla formazione di immunocomplessi. Reazioni di tipo IV: Meccanismo di azione e mediatori. Esempi di ipersensibilita` ritardata: ipersensibilita` di tipo tubercolinico, ipersensibilita` da contatto.

Immunologia dei trapianti. Immunodeficienze congenite e acquisite: Immunodeficienze primarie: Immunodeficienza grave combinata (SCID). Deficit di maturazione dei linfociti B: Agammaglobulinemia; Deficit di maturazione dei

linfociti T: Sindrome di DiGeorge. Deficit di attivazione dei linfociti T e B: Difetti di espressione o di traduzione del segnale del complesso TCR, Sindrome iperIgM. Deficit dell’attività microbicida dei fagociti. Sindrome da immunodeficienza acquisita.

Modulo II Patologia Molecolare: Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali, classificazione e meccanismi patogenetici. Modelli animali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione. Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle risposte autoimmuni.

Microrganismi e evasione della risposta immunitaria: Interferenza con la presentazione dell’antigene. Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Interferenza con l’apoptosi. Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

Inibizione dell’attivazione del sistema del complemento.

Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi. Fattori di rischio: predisposizione genetica

e stile di vita. Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
II Modulo – Patologia molecolare

-Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali:

Classificazione e meccanismi patogenetici.

Modelli sperimentali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione.

Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza

centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle

risposte autoimmuni.

-Microrganismi e evasione della risposta immunitaria:

Interferenza con la presentazione dell’antigene.

Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

-Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi:

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi.

Predisposizione genetica e stile di vita come fattori di rischio.

Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA

• Modulo di immunopatologia (ottobre-novembre)

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE

• Modulo di patologia molecolare (novembre-dicembre)
• Attività sperimentale in aula e in laboratorio (dicembre-gennaio)

ll metodo di verifica dell'apprendimento è finalizzato a valutare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento, sintesi e comunicazione di quanto appreso da parte dello studente. La valutazione complessiva consiste di una prova scritta (modulo di immunopatologia) e una orale (modulo di patologia molecolare). Il voto finale risulta dalla valutazione integrata delle due prove.

La prova scritta consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite nonché le capacità di elaborare e sintetizzare le informazioni recepite. La prova orale consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione Elsevier. Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Libro di testo: Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione

Il materiale didattico è indicato e caricato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Il materiale didattico e la bibliografia di riferimento sono indicati e pubblicati dal docente nel sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Il corso ha l’obiettivo di portare gli studenti ad esplorare le basi teoriche delle più recenti metodologie genetico-molecolari usate nel campo della genetica molecolare umana per l’identificazione di geni malattia. Verranno prese in considerazione sia malattie monogeniche che poligeniche e multifattoriali. Inoltre il corso mira a fornire le basi concettuali per lo sviluppo di test diagnostici per la rivelazione di varianti genetiche patologiche a livello di popolazioni. Il corso, svolto interamente in lingua inglese, si propone di raggiungere questi obiettivi attraverso una descrizione generale delle metodiche e un approfondimento specifico della loro utilizzazione mediante l’analisi di articoli scientifici messi a disposizione dal docente.
Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione - Conoscenza e comprensione delle tecniche di analisi delle varianti genetiche (sia piccole che estese) del genoma umano - Conoscenza e comprensione delle strategie genetiche e molecolari per l’identificazione dei geni malattia. - Conoscenza e comprensione di metodologie di citogenetica molecolare e citogenomica con riferimento particolare alla citogenetica clinica - Conoscenza e comprensione di strategie molecolari per lo sviluppo di test genetici umani di screening per l’identificazione di varianti genetiche patologiche all’interno delle popolazioni.
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Utilizzo della terminologia appropriata - identificazione di criteri per il riconoscimento di varianti geniche normali e patologiche - acquisizione di strumenti concettuali per la comprensione delle metodologie di analisi genetiche appropriate - Comprensione e interrogazione di banche dati on-line per analisi di priorizzazione di geni malattia
C) Autonomia di giudizio - imparare a porsi domande per l’elaborazione e l’approfondimento delle conoscenze apprese
D) Abilità comunicative - comunicare con terminologia appropriata i concetti genetici acquisiti durante il corso - sviluppo di capacità espositive in lingua inglese mediante presentazione ppt di argomenti tratti da articoli scientifici selezionati dallo studente e inerenti gli argomenti del corso
E) Capacità di apprendimento - connettere in modo logico le conoscenze acquisite - comprensione dei concetti alla base delle metodologie utilizzate negli articoli scientifici selezionati durante il corso.

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

Sistemi multienzimatici nella biosintesi di metaboliti secondari bioattivi. Biosintesi non ribosomiale di metaboliti peptidici. Meccanismo enzimatico delle sintetasi peptidiche. Esempi (gramicidina, surfactina, penicilline e cefalosporine). Biosintesi dei polichetidi. Meccanismo delle polichetide sintasi e analogie con la sintesi degli acidi grassi. Esempi (eritromicina, statine).

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

Fisiologia, biochimica e genetica dei principali microrganismi utilizzati nelle biotecnologia microbiche

Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

Biosensori

Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
N/D

presentazione orale di un articolo della letteratura scientifica attinente agli argomenti trattati nel corso

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS

• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
Verrà fornita dal docente nel corso delle lezioni

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Il corso di “Biochemical Biotechnologies ” è composto dai moduli integrati “Applied Biochemistry” e “Microbial Biotechnologies: Industrial Applications”. I risultati di apprendimento del corso riguardano le applicazioni biotecnologiche di enzimi, proteine e microorganismi nella ricerca di base e applicata e nell’industria. Gli obiettivi formativi di ogni singolo modulo sono consultabili nell’apposita sezione relativa al modulo stesso.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate.

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi. Produzione di enzimi e proteine ricombinanti: metodi e strategie. Ingegneria proteica: mutagenesi sito-specifica ed evoluzione in vitro. Produzione di proteine terapeutiche (ormoni, anticorpi, fattori della coagulazione). Principali tecniche di immobilizzazione delle cellule e degli enzimi. Biocatalizzatori: utilizzo di enzimi per la preparazione di composti di interesse biotecnologico (antibiotici semi-sintetici, precursori di farmaci, aromi).

Sistemi multienzimatici nella biosintesi di metaboliti secondari bioattivi. Biosintesi non ribosomiale di metaboliti peptidici. Meccanismo enzimatico delle sintetasi peptidiche. Esempi (gramicidina, surfactina, penicilline e cefalosporine). Biosintesi dei polichetidi. Meccanismo delle polichetide sintasi e analogie con la sintesi degli acidi grassi. Esempi (eritromicina, statine).

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
L’insegnamento prevede 20 ore di didattica frontale e 4 ore di esercitazioni guidate

Definizione di fermentazioni microbiche

Gli elementi chiave dello sviluppo della fermentazione (selezione e ottimizzazione dei ceppi, media, sviluppo del processo, scale-up).

Fisiologia, biochimica e genetica dei principali microrganismi utilizzati nelle biotecnologia microbiche

Principi di biologia sintetica e ingegneria metabolica

Biosensori

Comprensione delle principali tecniche di clonaggio ed editing genomico su microrganismi di interesse industriale

Esempi di microrganismi ottimizzati per la produzione di prodotti rilevanti per l'industria.

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
N/D

presentazione orale di un articolo della letteratura scientifica attinente agli argomenti trattati nel corso

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
Non c'è un unico libro di testo di riferimento. Il materiale didattico (slide delle lezioni e articoli scientifici) è pubblicato dal docente nel sito didattico Elearning2 alla pagina web http://elearning2.uniroma1.it

Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS

• Biotecnologie microbiche S. Donadio e G. Marino. Casa EditriceAmbrosiana.(2008)
• Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali. MM Bianchi. Edizioni Nuova Cultura. (2009)
• Microbiologia Industriale, Matilde Manzoni. Casa Editrice Ambrosiana. ISBN 88-408-1320-9
• Diapositive delle lezioni (consultabili sulla piattaforma E-learning)
• Articoli scientifici

Modulo: APPLIED BIOCHEMISTRY
N/D
Modulo: MICROBIAL BIOTECHNOLOGIES: INDUSTRIAL APPLICATIONS
N/D

Il corso intende fornire le conoscenze alla base dei processi molecolari che regolano le principali tappe di biosintesi e maturazione dell’RNA e come queste influiscano sulla regolazione dell’espressione genica. Inoltre saranno presentati casi in cui la deregolazione di questi processi abbia implicazioni in patologie genetiche ereditarie o acquisite. Particolare attenzione sarà data all’acquisizione di conoscenze relative all’evoluzione e al ruolo regolativo della parte non codificante del genoma. Enfasi sarà data alle cosiddette “conoscenze trasversali” relativamente agli approcci interdisciplinari necessari per lo studio avanzato della biologia molecolare.

Il corso si propone di fornire una comprensione avanzata dei meccanismi molecolari ed epigenetici che governano l'espressione genica negli eucarioti, con particolare enfasi sulla regolazione post-trascrizionale e sulla biologia dell'RNA. Gli studenti acquisiranno inoltre la capacità critica di selezionare e applicare le più moderne metodologie genomiche e biotecnologiche per lo studio delle interazioni tra acidi nucleici e proteine.

• Complessità dei Genomi
• Cromatina e Regolazione Trascrizionale

o Modificazioni istoniche e complessi di modificazione e rimodellamento

o Metilazione del DNA

o Meccanismi di regolazione trascrizionale

• Terminazione della Trascrizione
• Maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing e Poliadenilazione
• Splicing Alternativo e Poliadenilazione come Meccanismi Regolatori dell'Espressione Genica
• I Macchinari di Processamento e Degradazione dell'RNA

o Il complesso dell'esosoma

o Il complesso TRAMP

• RNA non codificanti nella Regolazione dell'Espressione Genica

o Interferenza a RNA (RNA interference)

o microRNA e piwiRNA

o RNA lunghi non codificanti (lncRNA)

o RNA Circolari

• Imprinting (Impronta genomica) e Compensazione del dosaggio del cromosoma X
• Controllo di Qualità dell'RNA

o Trascrizione pervasiva e il suo controllo

o "Decadimento mediato da codone di stop prematuro" (Nonsense-mediated decay), "Decadimento da non-stop" (non-stop decay) e "Decadimento da no-go" (no-go decay)

• Esportazione e Localizzazione dell'RNA
• Turnover/Degradazione dell'mRNA

o Complessi di Decapping

o Complessi di Deadenilazione

o "Corpi di processamento" (Processing bodies)

• Controllo Traduzionale dell'mRNA
• Modificazioni dell'RNA e Regolazione dell'Espressione Genica

o "Coda U" (U-tail)

o Modificazioni chimiche delle basi ($\text{m}^5\text{C}$, $\text{m}^6\text{A}$, $\Psi$)

o Editing dell'RNA

Metodologie

• Metodologie per la quantificazione degli acidi nucleici (Northern Blot, PCR, RT-PCR, qPCR).
• Metodologie per la quantificazione delle proteine (Western Blot), Immunoprecipitazione e proteine di fusione.
• Studio delle interazioni proteina/acido nucleico (EMSA, RIP, CLIP, pull-down).
• Immunoprecipitazione della cromatina (ChIP); CUT&TAG
• Lievito come sistema modello per le funzioni eucariotiche.
• Colture cellulari e loro applicazioni.
• Imaging
• Metodologie di sequenziamento di nuova generazione e analisi dei dati.
• Metodologie per l'editing genomico.
• La complessità dei genomi (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP) (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Il lievito come sistema modello (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La cromatina e la regolazione trascrizione (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La terminazione della trascrizione(MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing, e Poliadenilazione (MOD I)
• Testi di riferimento: <!--

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James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE

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Processamento RNA non codificanti (MOD I)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo di qualità dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Dalla trascrizione pervasiva ai lncRNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• RNA non codifnicsnto e la regolazione dell'espressione genica: RNA interference microRNAs and piwiRNAs (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

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Metodologie di editing genomico (MOD II)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Imprinting e la compensazione del dosaggio del cromosoma X (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Esporto e localizzazione degli RNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Turnover e degradazione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo della traduzione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Le modifiche dell'RNA e il controllo dell'espressione genica (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove la preparazione dello studente sarà testata mediante domande estese a tutti gli argomenti del programma. Verrà valutata la capacità critica nella discussione degli argomenti e l'utilizzo di un appropriato linguaggio tecnico scientifico.

Testi Consigliati

1. Jordanka Zlatanova Kensal E. van Holde Biologia molecolare: Struttura e dinamica di genomi e proteomi Edizione italiana a cura di Vito De Pinto 2018

2. James D Watson Tania A Baker Stephen P Bell Alexander Gann Michael Levine Richard Losick Biologia molecolare del gene Ottava edizione italiana a cura di Paolo Plevani 2022

Materiale didattico disponibile sul sito web https://elearning.uniroma1.it/

Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Il corso intende fornire le conoscenze alla base dei processi molecolari che regolano le principali tappe di biosintesi e maturazione dell’RNA e come queste influiscano sulla regolazione dell’espressione genica. Inoltre saranno presentati casi in cui la deregolazione di questi processi abbia implicazioni in patologie genetiche ereditarie o acquisite. Particolare attenzione sarà data all’acquisizione di conoscenze relative all’evoluzione e al ruolo regolativo della parte non codificante del genoma. Enfasi sarà data alle cosiddette “conoscenze trasversali” relativamente agli approcci interdisciplinari necessari per lo studio avanzato della biologia molecolare.

Il corso si propone di fornire una comprensione avanzata dei meccanismi molecolari ed epigenetici che governano l'espressione genica negli eucarioti, con particolare enfasi sulla regolazione post-trascrizionale e sulla biologia dell'RNA. Gli studenti acquisiranno inoltre la capacità critica di selezionare e applicare le più moderne metodologie genomiche e biotecnologiche per lo studio delle interazioni tra acidi nucleici e proteine.

• Complessità dei Genomi
• Cromatina e Regolazione Trascrizionale

o Modificazioni istoniche e complessi di modificazione e rimodellamento

o Metilazione del DNA

o Meccanismi di regolazione trascrizionale

• Terminazione della Trascrizione
• Maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing e Poliadenilazione
• Splicing Alternativo e Poliadenilazione come Meccanismi Regolatori dell'Espressione Genica
• I Macchinari di Processamento e Degradazione dell'RNA

o Il complesso dell'esosoma

o Il complesso TRAMP

• RNA non codificanti nella Regolazione dell'Espressione Genica

o Interferenza a RNA (RNA interference)

o microRNA e piwiRNA

o RNA lunghi non codificanti (lncRNA)

o RNA Circolari

• Imprinting (Impronta genomica) e Compensazione del dosaggio del cromosoma X
• Controllo di Qualità dell'RNA

o Trascrizione pervasiva e il suo controllo

o "Decadimento mediato da codone di stop prematuro" (Nonsense-mediated decay), "Decadimento da non-stop" (non-stop decay) e "Decadimento da no-go" (no-go decay)

• Esportazione e Localizzazione dell'RNA
• Turnover/Degradazione dell'mRNA

o Complessi di Decapping

o Complessi di Deadenilazione

o "Corpi di processamento" (Processing bodies)

• Controllo Traduzionale dell'mRNA
• Modificazioni dell'RNA e Regolazione dell'Espressione Genica

o "Coda U" (U-tail)

o Modificazioni chimiche delle basi ($\text{m}^5\text{C}$, $\text{m}^6\text{A}$, $\Psi$)

o Editing dell'RNA

Metodologie

• Metodologie per la quantificazione degli acidi nucleici (Northern Blot, PCR, RT-PCR, qPCR).
• Metodologie per la quantificazione delle proteine (Western Blot), Immunoprecipitazione e proteine di fusione.
• Studio delle interazioni proteina/acido nucleico (EMSA, RIP, CLIP, pull-down).
• Immunoprecipitazione della cromatina (ChIP); CUT&TAG
• Lievito come sistema modello per le funzioni eucariotiche.
• Colture cellulari e loro applicazioni.
• Imaging
• Metodologie di sequenziamento di nuova generazione e analisi dei dati.
• Metodologie per l'editing genomico.
• La complessità dei genomi (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP) (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning. Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Il lievito come sistema modello (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La cromatina e la regolazione trascrizione (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La terminazione della trascrizione(MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• La maturazione dell'mRNA: Capping, Splicing, e Poliadenilazione (MOD I)
• Testi di riferimento: <!--

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Processamento RNA non codificanti (MOD I)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo di qualità dell'RNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Dalla trascrizione pervasiva ai lncRNA (MOD I)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• RNA non codifnicsnto e la regolazione dell'espressione genica: RNA interference microRNAs and piwiRNAs (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

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Metodologie di editing genomico (MOD II)

• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Imprinting e la compensazione del dosaggio del cromosoma X (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Esporto e localizzazione degli RNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Turnover e degradazione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Controllo della traduzione degli mRNA (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.
• Le modifiche dell'RNA e il controllo dell'espressione genica (MOD II)
• Testi di riferimento: Slide e materiale fornito dal docente disponibile su e-learning.

La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove la preparazione dello studente sarà testata mediante domande estese a tutti gli argomenti del programma. Verrà valutata la capacità critica nella discussione degli argomenti e l'utilizzo di un appropriato linguaggio tecnico scientifico.

Testi Consigliati

1. Jordanka Zlatanova Kensal E. van Holde Biologia molecolare: Struttura e dinamica di genomi e proteomi Edizione italiana a cura di Vito De Pinto 2018

2. James D Watson Tania A Baker Stephen P Bell Alexander Gann Michael Levine Richard Losick Biologia molecolare del gene Ottava edizione italiana a cura di Paolo Plevani 2022

Materiale didattico disponibile sul sito web https://elearning.uniroma1.it/

Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei meccanismi alla base del controllo dell’espressione genica che agiscono ai diversi livelli, trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale. L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei complessi meccanismi molecolari responsabili della struttura ed espressione del genoma.

Conoscenza e comprensione

Lo studente:

• Conosce correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• Conosce le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
• Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, e la loro integrazione;

-Conosce le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente:

• sa utilizzare correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• sa orientarsi nella comprensione e nel disegno di approcci di modulazione dell’espressione genica a scopo terapeutico o biotecnologico;
• è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio degli acidi nucleici per disegnare un esperimento in ricerca.

Lo studente:

• Conosce correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• Conosce le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
• Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, e la loro integrazione;

-Conosce le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente:

• sa utilizzare correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• sa orientarsi nella comprensione e nel disegno di approcci di modulazione dell’espressione genica a scopo terapeutico o biotecnologico;
• è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio degli acidi nucleici per disegnare un esperimento in ricerca.

Modulo: MODULO II
1. Imprinting e compensazione del dosaggio del cromosoma X

2. Controllo di qualità dell’RNA (“Non-sense mediated decay”, “non stop decay” e “no GO decay”)

3. L’esporto dell’RNA

4. Degradazione dell’mRNA

5. Controllo traduzionale dell’mRNA

6. Modiche dell'RNA e regolazione dell'espressione genica

7. RNA editing

Modulo: MODULO I
1. Complessità dei genomi

2. Cromatina e regolazione trascrizionale

3. Terminazione della trascrizione

4. Maturazione dell’mRNA: capping, splicing e poliadenilazione

5. “RNA Factory”: accoppiamento dei processi trascrizionali e post-trascrizionali per la biosintesi degli mRNA

6. Splicing e poliadenilazione alternativa come meccanismi regolativi dell'espressione genica

7. Il macchinario di processamento e degradazione dell’RNA

8. RNA non codificanti nella regolazione dell’espressione genica

Modulo: MODULO II

• Esporto RNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA interference
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• microRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• LncRNA citoplasmatici
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA circolari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Deadenilazione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Decapping
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Regolazione della traduzione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Controllo qualità mRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Epitrascrittomica
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Modulo: MODULO I

• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP)
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Regolazione trascrizione negli eucarioti
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Maturazione dell'mRNA (capping, splicing e poliadenilazione)
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Processamento RNA non codificanti
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Imprinting genomico e compensazione del dosaggio
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Meccanismo di azione dei lncRNA nucleari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Metodologie di editing genomico
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Alla fine del primo modulo per gli studenti frequentanti è possibile sostenere un esonero scritto con domande aperte. L'esame finale è orale con domande

Modulo: MODULO II
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO I
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO II
Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Modulo: MODULO I
Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei meccanismi alla base del controllo dell’espressione genica che agiscono ai diversi livelli, trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale. L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei complessi meccanismi molecolari responsabili della struttura ed espressione del genoma.

Conoscenza e comprensione

Lo studente:

• Conosce correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• Conosce le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
• Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, e la loro integrazione;

-Conosce le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente:

• sa utilizzare correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• sa orientarsi nella comprensione e nel disegno di approcci di modulazione dell’espressione genica a scopo terapeutico o biotecnologico;
• è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio degli acidi nucleici per disegnare un esperimento in ricerca.

Lo studente:

• Conosce correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• Conosce le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
• Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, e la loro integrazione;

-Conosce le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente:

• sa utilizzare correttamente la terminologia di biologia molecolare;
• sa orientarsi nella comprensione e nel disegno di approcci di modulazione dell’espressione genica a scopo terapeutico o biotecnologico;
• è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio degli acidi nucleici per disegnare un esperimento in ricerca.

Modulo: MODULO II
1. Imprinting e compensazione del dosaggio del cromosoma X

2. Controllo di qualità dell’RNA (“Non-sense mediated decay”, “non stop decay” e “no GO decay”)

3. L’esporto dell’RNA

4. Degradazione dell’mRNA

5. Controllo traduzionale dell’mRNA

6. Modiche dell'RNA e regolazione dell'espressione genica

7. RNA editing

Modulo: MODULO I
1. Complessità dei genomi

2. Cromatina e regolazione trascrizionale

3. Terminazione della trascrizione

4. Maturazione dell’mRNA: capping, splicing e poliadenilazione

5. “RNA Factory”: accoppiamento dei processi trascrizionali e post-trascrizionali per la biosintesi degli mRNA

6. Splicing e poliadenilazione alternativa come meccanismi regolativi dell'espressione genica

7. Il macchinario di processamento e degradazione dell’RNA

8. RNA non codificanti nella regolazione dell’espressione genica

Modulo: MODULO II

• Esporto RNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA interference
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• microRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• LncRNA citoplasmatici
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA circolari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Deadenilazione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Decapping
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Regolazione della traduzione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Controllo qualità mRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Epitrascrittomica
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Modulo: MODULO I

• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP)
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Regolazione trascrizione negli eucarioti
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Maturazione dell'mRNA (capping, splicing e poliadenilazione)
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Processamento RNA non codificanti
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Imprinting genomico e compensazione del dosaggio
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Meccanismo di azione dei lncRNA nucleari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Metodologie di editing genomico
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Alla fine del primo modulo per gli studenti frequentanti è possibile sostenere un esonero scritto con domande aperte. L'esame finale è orale con domande

Modulo: MODULO II
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO I
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO II
Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Modulo: MODULO I
Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Questo corso si concentra sull'interazione tra i sistemi endocrino, immunitario e nervoso a livello molecolare, cellulare e di sistema. Fornisce una panoramica dei concetti attuali e in via di sviluppo della Neuroimmunologia sia dal punto di vista delle Neuroscienze che dell'Immunologia. Mira a familiarizzare gli studenti con gli elementi molecolari e cellulari dell'interconnessione tra i sistemi immunitario e nervoso e l'effetto dell'interazione neuro-immunitaria sulle risposte fisiologiche e sui processi patologici. Inoltre, fornisce le basi del crosstalk tra le cellule dei sistemi endocrino, immunitario e nervoso nella risposta allo stress e nell'insorgenza e sviluppo di disturbi neurologici.

Fisiologia cellulare e molecolare.

Il corso si articola su 24 lezioni sa 2 ore ciascuna, quando possibile gli studenti saranno invitati a seguire anche dei seminari presenti nei corsi di dottorato o organizzati da Sapienza Neuroscience

in linea gererale la scansione temporale segue il seguente schema.

Lezione 1: Introduzione: controllo omeostatico, feedback positivo e negativo

Lezione 2: Basi cellulari e molecolari della comunicazione intercellulare-sinaptica paracrina e ormonale

Lezione 3: Canali ionici e trasporti di membrana

Lezione 4: Potenziale di riposo delle cellule

Lezione 5: Canali ionici voltaggio dipendenti e HCN - correnti funny

Lezione 5: Basi ioniche e cinetiche del potenziale d'azione

Lezione 6: Recettori ionotropi Cys-Loop - recettori ionotropi per l'acetilcolina e per il GABA - relazione corrente voltaggio e cinetiche

Lezione 7: Recettori ionotropi per il Glutammato - AMPA, kainato e NMDA -relazione corrente voltaggio e cinetiche

Lezione 8: Canalopatie 1: Introduzione alle canalopatie - canalopatie della giunzione neuromuscolare (miastenia)

Lezione 9: Canalopatie 2: canalopatie del muscolo cardiaco (sindrome del QT lungo) - canalopatie epilettiche e SLA associate

Lezione 10: Trasmissione sinaptica 1- determinanti molecolari della neurotrasmissione elettrica e chimica

Lezione 11: Trasmissione sinaptica 2 - determinanti molecolari della neurotrasmissione chimica

Lezione 12: Recettori metabotropi

Lezione 13: Alterazioni fisiologiche e patologiche di equilibrio ionico, canali ionici e recettori

Lezione 14: Plasticità sinaptica a breve e lungo termine: LTP-LTD

Lezione 15: Omeostasi del cloro neuronale: trasportatori di membrana e loro regolazione durante lo sviluppo e l'epilessia - GABA depolarizzante

Lezione 16: Determinanti molecolari della percezione sensoriale 1: vie di trasduzione del segnale nei sensi chimici

Lezione 17: Determinanti molecolari della percezione sensoriale 2: vie di trasduzione del segnale visivo e uditivo

Lezione 18: Interazione neurone-glia nelle funzioni del SNC:

Lezione 19: Funzioni astrocitarie -Sinapsi tripartita

Lezione 20: Funzioni Migrogliali - Coinvolgimento microgliale nel rimodellamento sinaptico

Lezione 21: Neuroprotezione e neurotossicità delle cellule gliali

Lezione 22: Asse microbiota - cervello

Lezione 23: Nuovi modelli per lo studio del SNC - Organoidi autoassemblati

Lezione 24: Nuovi modelli per lo studio del SNC e delle sue interazioni - Organoidi guidati e assembloidi

La scansione temporale potrebbe subire variazioni per consentire agli studentidi avere delle basi per seguire anche dei seminari presenti nei corsi di dottorato o organizzati da Sapienza Neuroscience

• Introduzione al corso, controllo omeostatico, feedback positivo e negativo

Basi cellulari e molecolari della comunicazione intercellulare – sinaptica, paracrina e ormonale

• Omeostasi e trasporto di membrana
• Canali ionici voltaggio-dipendenti
• Fenomeni bioelettrici cellulari
• Lavori di progetto degli studenti. Q&A #1
• Canali ionici ligando-dipendenti #1
• Canali ionici ligando-dipendenti #2, Recettori metabotropi #2
• Trasmissione sinaptica – determinanti molecolari della neurotrasmissione elettrica
• Trasmissione sinaptica – determinanti molecolari della neurotrasmissione
• Lavori di progetto degli studenti. Q&A #2
• Canalopatie
• Plasticità sinaptica
• Modelli cerebrali in vitro
• Sindrome Syngap1 – malattia genetica rara dello sviluppo neurocognitivo
• Astrociti
• Microglia
• Barriera Emato Encefalica
• Lavori di progetto degli studenti. Q&A #3
• Funzioni gliali neuroprotettive e neurotossiche
• Interazione asse microbiota–intestino–cervello
• Lavori di progetto degli studenti. Presentazioni
• Lavori di progetto degli studenti. Presentazioni
• Lavori di progetto degli studenti. Presentazioni

Per chi non frequenta:

Valutazione orale sul programma del corso

Per chi frequenta:

• Partecipazione e frequenza alle lezioni (10%)
• Esame finale (20%)
• Presentazione del progetto di gruppo (70%)

libro di fisiologia a scelta

articoli, review e video disponibili sul sito eLearning

Il corso si propone di fornire conoscenze sulle proprietà fondamentali delle cellule staminali, con particolare attenzione ai meccanismi molecolari che ne regolano le capacità di autorinnovamento e differenziamento. Il corso intende inoltre chiarire le potenzialità della riprogrammazione di cellule somatiche in cellule staminali pluripotenti indotte (iPS), fornendo nozioni sui meccanismi epigenetici alla base del processo di riprogrammazione. Verranno forniti esempi dell’utilizzo delle cellule staminali per la creazione di sistemi modello in vitro di diverse patologie umane e in medicina rigenerativa. Lo studente è guidato lungo il percorso perché arrivi alla comprensione dei processi che determinano le peculiari capacità delle cellule staminali di dare origine ai diversi tipi cellulari differenziati che compongono gli organi e i tessuti.
Non sono previste attività di laboratorio.
Conoscenza e comprensione Lo studente: - Conosce correttamente la terminologia relativa alle cellule staminali; - Conosce le basi molecolari dei processi biologici che regolano l’autorinnovamento e differenziamento delle cellule staminali; - Conosce i diversi livelli di regolazione epigenetica del differenziamento delle cellule staminali; -Conosce le tecniche di base per lo studio delle celle staminali
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente: - sa utilizzare correttamente la terminologia relativa alle cellule staminali - sa distinguere i diversi tipi di cellule staminali, anche in base al potenziale differenziativo - sa valutare il possibile utilizzo delle cellule staminali come sistemi modello in biologia; - sa valutare il possibile utilizzo delle cellule staminali in campo applicativo - è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio delle cellule staminali per programmare un esperimento in laboratorio.

1) Introduzione e contesto (8 ore)

• Cellule staminali adulte ed embrionali; potenziale differenziativo; nicchia staminale; esempi di cellule staminali adulte; epigenetica.
• Tecniche di biologia molecolare per lo studio delle cellule staminali.

2) Basi molecolari di pluripotenza (20 ore)

• Origine delle cellule staminali embrionali; circuiti regolativi nella formazione della blastocisti di mammifero.
• Regolazione della pluripotenza: vie di segnalazione, stati "naive" e "primed" di pluripotenza, circuiti regolativi trascrizionali e post-trascrizionali, controllo epigenetico della pluripotenza, regolazione da parte di microRNA e lncRNA.
• Basi molecolari del differenziamento delle cellule staminali pluripotenti; esempi di differenziamento per generare tipi di cellule per terapia e ricerca; strategie per migliorare l'efficienza del differenziamento.
• Cellule staminali pluripotenti nella ricerca di base e nella medicina rigenerativa.

3) riprogrammazione cellulare e transdifferenziamento (20 ore)

• Dal trasferimento nucleare alle cellule iPS;
• Meccanismi molecolari di riprogrammazione; modelli deterministici e stocastici; fasi iniziali, intermedie e tardive nella riprogrammazione; memoria epigenetica.
• cellule iPS paziente-specifiche paziente; applicazioni di riprogrammazione nella ricerca di base e nella medicina rigenerativa; tecniche di "genome editing" per correggere le mutazioni; generazione di organoidi in vitro.
• Transdifferenziamento: metodi e applicazioni; basi epigenetiche del transdifferenziamento; esempi di transdifferenziamento per ottenere cellule di interesse terapeutico (muscoli, neuroni).
• Lezioni 1-3. Introduzione al corso. Cenni storici. Proprietà fondamentali delle cellule staminali. Cellule staminali adulte; nicchia staminale. Esempi di cellule staminali adulte: cellule satelliti; staminali della cornea; staminali intestinali.
• Lezioni 4-9. Tecniche per lo studio delle cellule staminali; potenziale differenziativo delle cellule staminali. Cellule staminali embrionali di topo: origine embrionale e caratteristiche fondamantali, derivazione, potenziale staminale, test di pluripotenza, pathways di segnalazione. Cellule staminali embrionali umane: derivazione, potenziale staminale, pathways di segnalazione. Stati di pluripotenza naive e primed.
• Lezioni 10-13. Fattori trascrizionali associati alla pluripotenza; circuito regolativo trascrizionale "core". Domini bivalenti della cromatina; fattori epigenetici di pluripotenza. Ciclo cellulare nelle staminali embrionali; ESCC miRNA. RNA non codificanti che regolano la pluripotenza e il differenziamento (miRNA; lncRNA).
• Lezioni 14-15. Differenziamento delle cellule staminali embrionali: principi e applicazioni.
• Lezioni 16-21. Dal trasferimento nucleare alla riprogrammazione con fattori definiti. Generazione di cellule iPS tramite espressione ectopica di fattori di riprogrammazione nel topo e nell'uomo. Meccanismi cellulari e molecolari della riprogrammazione: modello deterministico/elitario e stocastico; fasi precoci, intermedie e tardive del processo di riprogrammazione; fase stocastica e deterministica del processo di riprogrammazione; Applicazioni delle cellule iPS umane in medicina rigenerativa e nel "disease modeling". Sfide e opportunità.
• Lezione 22. Il transdifferenziamento: cenni storici; basi molecolari e cellulari; applicazioni.
• Seminari di approfondimento 1-2. Cellule satelliti: nicchia; ruolo dei microRNA; divisioni simmetriche e asimmetriche; quiescenza; pathway di Notch. Cellule staminali ematopoietiche.

Modalità di valutazione: unica prova orale da svolgersi dopo il termine dell'insegnamento. L'obiettivo della prova è la verifica delle conoscenze acquisite, coerentemente con gli obiettivi formativi. Le domande saranno aperte e con risposta aperta. La durata della prova orale sarà all'incirca di 30 minuti. I seguenti elementi verranno presi in esame ai fini della valutazione: acquisizione delle conoscenze e capacità di ragionamento autonomo. Tali aspetti concorrono in egual misura alla formulazione del giudizio finale.

Articoli scientifici di riferimento e altro materiale didattico verranno indicati a lezione. Il docente metterà anche a disposizione le presentazioni powerpoint delle lezioni sulla piattaforma Elearning di Sapienza.

Ramalho-Santos, M. & Willenbring, H. (2007). On the origin of the term “stem cell.” Cell Stem Cell, 1, 35–38.

Dröscher, A. (2014). Images of cell trees, cell lines, and cell fates: the legacy of Ernst Haeckel and August Weismann in stem cell research. HPLS, 36, 157–186. https://doi.org/10.1007/s40656-014-0028-8

Hsu, Y.-C. & Fuchs, E. (2012). A family business: stem cell progeny join the niche to regulate homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol, 13, 103–114.

Zernicka-Goetz, M., Morris, S. A. & Bruce, A. W. (2009). Making a firm decision: multifaceted regulation of cell fate in the early mouse embryo. Nat Rev Genet, 10, 467–477.

Evans, M. (2011). Discovering pluripotency: 30 years of mouse embryonic stem cells. Nat Rev Mol Cell Biol, 12, 680–686.

Bermejo-Alvarez, P., Ramos-Ibeas, P. & Gutierrez-Adan, A. (2012). Solving the ‘x’ in embryos and stem cells. Stem Cells Dev, 21, 1215–1224.

Jaenisch, R. & Young, R. (2008). Stem cells, the molecular circuitry of pluripotency and nuclear reprogramming. Cell, 132, 567–582.

Gonzales, K. A. U. & Ng, H.-H. (2011). Choreographing pluripotency and cell fate with transcription factors. Biochim Biophys Acta, 1809, 337–349.

Boyer, L. A. et al. (2005). Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. Cell, 122, 947–956.

Cole, M. F., Johnstone, S. E., Newman, J. J., Kagey, M. H. & Young, R. A. (2008). Tcf3 is an integral component of the core regulatory circuitry of embryonic stem cells. Genes Dev, 22, 746–755.

Whyte, W. A., Orlando, D. A., Hnisz, D., Abraham, B. J., Lin, C. Y., Kagey, M. H., Rahl, P. B., Lee, T. I. & Young, R. A. (2013). Master transcription factors and mediator establish super-enhancers at key cell identity genes. Cell, 153, 307–319.

Spivakov, M. & Fisher, A. G. (2007). Epigenetic signatures of stem-cell identity. Nat Rev Genet, 8, 263–271.

Mattout, A. & Meshorer, E. (2010). Chromatin plasticity and genome organization in pluripotent embryonic stem cells. Curr Opin Cell Biol, 22, 334–341.

Jones, A. & Wang, H. (2010). Polycomb repressive complex 2 in embryonic stem cells: an overview. Protein Cell, 1, 1056–1062.

Gaspar-Maia, A., Alajem, A., Meshorer, E. & Ramalho-Santos, M. (2011). Open chromatin in pluripotency and reprogramming. Nat Rev Mol Cell Biol, 12, 36–47.

Li, M., Liu, G.-H. & Izpisúa Belmonte, J. C. (2012). Navigating the epigenetic landscape of pluripotent stem cells. Nat Rev Mol Cell Biol, 13, 524–535.

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Papp, B. & Plath, K. (2011). Reprogramming to pluripotency: stepwise resetting of the epigenetic landscape. Cell Res, 21, 486–501.

Stadtfeld, M. & Hochedlinger, K. (2010). Induced pluripotency: history, mechanisms, and applications. Genes Dev, 24, 2239–2263.

Buganim, Y., Faddah, D. A. & Jaenisch, R. (2013). Mechanisms and models of somatic cell reprogramming. Nat Rev Genet, 14, 427–439.

Sancho-Martinez, I. & Izpisúa Belmonte, J. C. (2013). Stem cells: Surf the waves of reprogramming. Nature, 493, 310–311.

Silva, J., Nichols, J., Theunissen, T. W., Guo, G., van Oosten, A. L., Barrandon, O., Wray, J., Yamanaka, S., Chambers, I. & Smith, A. (2009). Nanog is the gateway to the pluripotent ground state. Cell, 138, 722–737.

Kiskinis, E. & Eggan, K. (2010). Progress toward the clinical application of patient-specific pluripotent stem cells. J Clin Invest, 120, 51–59.

Pera, M. F. (2011). Stem cells: The dark side of induced pluripotency. Nature, 471, 46–47.

Drews, K., Jozefczuk, J., Prigione, A. & Adjaye, J. (2012). Human induced pluripotent stem cells—from mechanisms to clinical applications. J Mol Med, 90, 735–745.

Sandoe, J. & Eggan, K. (2013). Opportunities and challenges of pluripotent stem cell neurodegenerative disease models. Nat Neurosci, 16(7), 780–789.

Bilic, J. & Izpisúa Belmonte, J. C. (2012). Concise review: Induced pluripotent stem cells versus embryonic stem cells: close enough or yet too far apart? Stem Cells, 30, 33–41.

Rowe, R. G. & Daley, G. Q. (2019). Induced pluripotent stem cells in disease modelling and drug discovery. Nat Rev Genet, 20, 377–388.

Vierbuchen, T. & Wernig, M. (2011). Direct lineage conversions: unnatural but useful? Nat Biotechnol, 29, 892–907.

L'obiettivo di questo corso è che gli studenti acquisiscano una profonda conoscenza delle metodologie molecolari avanzate come il Next Generation Sequencing, le tecniche a singola molecola e le tecniche di genome editing basate su CRISPR/Cas9.
Al termine del corso, gli studenti dovranno essere in grado di: 1. Conoscere le più importanti metodologie in Biologia Molecolare sviluppate dopo il completamento del Progetto Genoma Umano, in particolare le applicazioni NGS e le nuove tecniche di gene e genome editing 2. Comprendere come i diversi approcci metodologici studiati possano essere utilizzati per rispondere a una specifica domanda scientifica 3. Essere in grado di analizzare e interpretare articoli scientifici recenti, incluse le metodologie utilizzate 4. Essere in grado di identificare quali metodi dovrebbero essere utilizzati per affrontare uno specifico problema scientifico

Next Generation Sequencing: methodologies and applications (Lectures 1-13, 26 h)

Methodologies

• History of DNA sequencing
• Human Genome Project
• Next Generation Sequencing (deep sequencing)
• NGS Platforms and technologies
• Third Generation Sequencing

Applications

• GENOMICS
• Whole Genome Sequencing (WGS)
• Whole Exome Sequencing (WES)
• TRANSCRIPTOMICS
• RNA-seq
• EPIGENOMICS
• ChIP-seq
• MNAse-seq
• DNase-seq
• Bisulfite-seq etc.
• Metagenomics and microbiomics
• Towards precision medicine
• NGS data analysis
• Single cell sequencing

Single Molecule Techniques and Super Microscopy (Lectures 14-16, 6 h)

Studying single molecules

• AFM (Atomic Force Microscopy)
• Optical Tweezers and Magnetic Tweezers
• Single molecule FRET

From Microscopy to Nanoscopy: beyond the limits of Abbe law

• STED (Stimulated Emission Depletion)
• STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)

Advanced Tools to Target and Edit Genomes (Lectures 17-20, 8h; Flipped learning, 2 h; Laboratory Exercise, 12 h)

• Gene targeting by site-specific nucleases: ZFNs (Zinc Finger Nucleases), TALENs (transcription activator-like effector nucleases)
• CRISPR/CAS revolution: a simple and powerful method to edit genomes
• Applications of the CRISPR/CAS system
• Future perspectives of gene and genome editing
• Design a project to target a gene by CRISPR/Cas9 (Flipped learning)
• Cloning single-guide RNA expressing vectors (Lab exercise)
• Next Generation Sequencing: methodologies and applications Methodologies• History of DNA sequencing• Human Genome Project • Next Generation Sequencing (deep sequencing)• NGS Platforms and technologies • Third Generation Sequencing
• Testi di riferimento: Relevant chapters of the recommended textbooks. Lecture handouts
• Next Generation Sequencing: Applications• GENOMICS• Whole Genome Sequencing (WGS)• Whole Exome Sequencing (WES)• TRANSCRIPTOMICS• RNA-seq• EPIGENOMICS• ChIP-seq• MNAse-seq• DNase-seq• Bisulfite-seq etc.• Metagenomics and microbiomics • Towards precision medicine• NGS data analysis• Single cell sequencing
• Testi di riferimento: Relevant chapters of the recommended textbooks. Lecture handouts
• Single Molecule Techniques and Super Microscopy Studying single molecules • AFM (Atomic Force Microscopy) • Optical Tweezers and Magnetic Tweezers • Single molecule FRET From Microscopy to Nanoscopy: beyond the limits of Abbe law • STED (Stimulated Emission Depletion) • STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) • Cryo-electron Microscopy
• Testi di riferimento: Relevant chapters of the recommended textbooks. Lecture handouts
• Advanced Tools to Target and Edit Genomes • Gene targeting by site-specific nucleases: ZFNs (Zinc Finger Nucleases), TALENs (transcription activator-like effector nucleases)• CRISPR/CAS revolution: a simple and powerful method to edit genomes • Applications of the CRISPR/CAS system• Future perspectives of gene and genome editing
• Testi di riferimento: Relevant chapters of the recommended textbooks. Lecture handouts

La valutazione sarà effettuata in base a un esame orale. Gli studenti hanno la possibilità di presentare un progetto di ricerca su un tema assegnato di gene editing che verrà valutato come parte dell'esame

There is not a specific textbook for the course. Knowledge of basic biomolecular techniques is expected to succeed in the course.

Reviews and articles, together with lectures (PDF), will be available on the course website on e-learning platform

TEXTS

Basic knowledge

Wilson and Walker’s Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology (8th edition) – Hofmann A & Clokie S, Cambridge University Press (2018)

Biotecnologie Molecolari, principi e tecniche (2a edizione) – Brown TA, Zanichelli 2017

Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction (7th edition) - Brown TA, Wiley & Sons (2016)

Biologia Molecolare del Gene (settima edizione) (cap. 7; parte 6, Appendix) – Watson et al., Zanichelli ed.

From Genes to Genomes – Dale JW, Von Schantz M, Plant N, Wiley-Blackwell eds.*

Biologia Molecolare - Zlatanova J and van Holde KJ, Zanichelli ed.

Specific knowledge

Reviews and articles (available on the course website)

Next-Generation DNA Sequencing Informatics – Brown, CSHL press#

Atomic Force Microscopy For Biologists – Morris et al., Imperial College Press#

• Available at the Department library (Antropologia)

# Available at the teacher’s room (Fisiologia Generale, 1° floor, Room 10)

Humane Genome Project, Nature 409, 860, 2001

Van Dijk et al, TIG 30, 218, 2014

Ashley, NRG 17, 507, 2016

Furey, NRG 13, 840, 2012

Neuman and Nagy, Nat Met 6, 491, 2008

Doudna and Charpentier, Science 346,1077,2014

Lo scopo di questo corso è di fornire allo studente un'ampia introduzione alle basi cellulari e molecolari del cancro. Il corso tratta le caratteristiche molecolari e cellulari del cancro, compresi i geni oncosoppressori e oncogeni, l'apoptosi, i meccanismi di riparazione del DNA e il metabolismo. Particolare enfasi sarà inoltre data agli eventi che controllano la senescenza cellulare e l'immortalizzazione, le cellule staminali, l'angiogenesi e la disseminazione metastatica, l’infiammazione e i virus che causano il cancro. Particolare enfasi verrà data al ruolo del microambiente e della pressione selettiva esercitata dal sistema immunitario nella progressione tumorale. Verranno inoltre illustrati i nuovi approcci terapeutici su base immunologica. Agli studenti viene inoltre richiesta la presentazione e la discussione in aula di specifici argomenti che illustrino le nuove frontiere dell’oncologia molecolare.
Al completamento di questo corso gli studenti dovrebbero essere in grado di: 1. definire e descrivere la natura e il ruolo dei geni oncosoppressori e degli oncogeni nel processo del cancro; 2. delineare il ruolo della proliferazione cellulare e della deregolazione della morte cellulare nella progressione del cancro; 3. delineare i fattori molecolari che regolano il metabolismo e le nuove strategie terapeutiche volte a individuare questi segni distintivi; 4. discutere le cause del cancro tra cui mutazione, infezione e infiammazione; 5 definire i meccanismi molecolari che regolano la metastasi e l'angiogenesi e l'influenza del microambiente tumorale nella regolazione della crescita e dello sviluppo del tumore; 6 essere in grado di riassumere e presentare criticamente in una breve presentazione pubblica dati provenienti dalla letteratura più recente.

Il presente corso si propone di fornire allo studente un'ampia introduzione ai meccanismi cellulari e molecolari che controllano la crescita, la sopravvivenza e la morte cellulare e come questi vengono alterati durante la trasformazione cellulare. Verranno trattate la maggior parte delle vie biochimiche e delle molecole coinvolte nella soppressione o insorgenza di malattie neoplastiche.

A tal fine il corso sarà così strutturato:

1. Introduzione generale sui tumori: gli hallmark del cancro (0.3 cfu)

2. Oncogeni (0,3 cfu)

3. La via di Ras e la sua deregolazione nei tumori (0.3 cfu)

4: La via PI3K e la sua deregolazione nei tumori (0.3 cfu)

5. Fattori trascrizionali e loro ruolo nella trasformazione tumorale (0.4 cfu)

6. Oncosoppressori (0,4 cfu)

7. Morte cellulare e sviluppo tumorale (0,4 cfu)

8. Telomerasi, senescenza cellulare e la loro deregolazione nei tumori (0.4 cfu)

9. Sistemi di riparazione del DNA (0,4 cfu)

10. Metabolismo cellulare e sua riprogrammazione nei tumori (0.5 cfu)

11. Metastasi e angiogenesi (0,6 cfu)

12. Risposta immunitaria ai tumori (0,4 cfu)

13. Immunoterapia dei tumori (0,3 cfu)

14. Oncovirus (0,2 cfu)

15. Infiammazione e cancro (0,3 cfu)

16. NF-kB e tumori (0.2 cfu)

17. Modelli ex vivo e preclinici nella ricerca sul cancro (0.3 cfu)

La valutazione dei risultati dell'apprendimento sarà accertata attraverso un esame scritto al termine del corso. Tale esame sarà costituito da 22 domande a risposta diretta sull'intero programma da svolgersi in un’ora e 30 minuti. Nella valutazione delle prova e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima).

Saranno fornite allo studente delle review aggiornate sui singoli argomenti trattati a lezione

Libro consigliato: Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics (5th edition 23/06/2021), by Lauren Pecorino

Pecorino, L. The Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics. 4th ed. Oxford: Oxford University Press; 2021.

Hanahan, D., Weinberg, R. A. Hallmarks of cancer. Cell. 2000;100(1):57–70.

Hanahan, D., Weinberg, R. A. Hallmarks of cancer: The next generation. Cell. 2011;144(5):646–674.

Hanahan, D. Hallmarks of cancer: New dimensions. Cancer Discovery. 2022;12(1):31–46.

Lo scopo di questo corso è di fornire allo studente un’ampia introduzione alle basi cellulari e molecolari del cancro. Il corso tratta le caratteristiche molecolari e cellulari del cancro, compresi i geni oncosoppressori e oncogeni, l'apoptosi, i meccanismi di riparazione del DNA e il metabolismo. Particolare enfasi sarà inoltre data agli eventi che controllano la senescenza cellulare e l’immortalizzazione, le cellule staminali, l’angiogenesi e la disseminazione metastatica, l’infiammazione e i virus che causano il cancro. Al completamento di questo corso gli studenti dovrebbero essere in grado di: 1. definire e descrivere la natura e il ruolo dei geni oncosoppressori e degli oncogeni nel processo del cancro; 2. delineare il ruolo della proliferazione cellulare e della deregolazione della morte cellulare nella progressione del cancro; 3. delineare i fattori molecolari che regolano il metabolismo e le nuove strategie terapeutiche volte a individuare questi segni distintivi; 4. discutere le cause del cancro tra cui mutazione, infezione e infiammazione; 5 definire i meccanismi molecolari che regolano la metastasi e l’angiogenesi e l’influenza del microambiente tumorale nella regolazione della crescita e dello sviluppo del tumore.

L’insegnamento si propone di fornire ampie conoscenze sui meccanismi cellulari e molecolari che controllano la crescita, la sopravvivenza e la morte cellulare e come questi vengono alterati durante la trasformazione cellulare. Saranno perciò trattati le principali vie biochimiche e le molecole coinvolte nella soppressione o insorgenza delle patologie neoplastiche.

A tale scopo il corso sarà articolato come segue:

1. Introduzione generale sui tumori

2. Gli oncogeni

3. La via di Ras e sua deregolazione nei tumori

4: La via della PI3K sua deregolazione nei tumori

5. I fattori trascrizionali e loro ruolo nella trasformazione tumorale

6. Gli oncosoppressori

7. La morte cellulare e lo sviluppo tumorale

8. la telomerasi e sua deregolazione nei tumori

9. I sistemi di riparo del DNA

10. Il metabolismo cellulare e sua riprogrammazione nei tumori.

11. Metastasi tumorali e angiogenesi

12. Immunità e tumori

13. Immunoterapia dei tumori

14. Virus oncogeni

15. Infiammazione e cancro

16 La via NF-kB e lo sviluppo tumorale

Gli argomenti sopra descritti saranno trattati nelle prime 48 ore di corso. 4 ore saranno riservate attività di valutazione dell'apprendimento attraverso due test scritti di simulazione dell'esame. Tali test avranno lo scopo di valutare le conoscenze acquisite dallo studente durante il corso. Al termine del corso, lo studente ha conoscenza della patogenesi delle neoplasie e dei meccanismi molecolari di cancerogenesi chimica, fisica e biologica. Inoltre, lo studente è in grado di definire bersagli molecolari e nuovi approcci di prevenzione e cura in oncologia.

• Concetti generali (36 ore)
• Approfondimento (4 ore)
• Test di autovalutazione dell'apprendimento (8 ore)

La valutazione dei risultati dell'apprendimento sarà accertata attraverso un esame scritto al termine del corso. Il primo appello è previsto due settimane dopo la conclusione del corso. Tale esame sarà costituito da 23 domande a risposta diretta sull'intero programma da svolgersi in un’ora e 30 minuti. Nella valutazione delle prova e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima).

La preparazione del corso sarà svolta attraverso dispense aggiornate fornite agli studenti.

Libro di testo consigliato: Robert A. Weinberg "La Biologia del cancro". Zanichelli

Bibliografia

1. Hanahan D. 2022. doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-1059

2. Zhang & Li 2023. doi: 10.1002/mco2.446

3. Do et al 2025. doi: 10.1016/j.pharmr.2025.100076

4. Daver et al 2019. doi: 10.1038/s41375-018-0357-9

5. Puls et al 2011. doi: 10.1038/s41375-018-0357-9

6. Uprety et al 2020. doi: 10.1016/j.ctrv.2020.102070

7. Karoulia et al 2017. doi:10.1038/nrc.2017.79

8. Yang et al 2010. doi: 10.1186/s12943-019-0954-x

9. Llombart & Mansour 2022. doi: 10.1016/j.ebiom.2021.103756

10. Taniguchi & Karin 2018. doi:10.1038/nri.2017.142

11. Hu et al 2021. doi: 10.1186/s13045-021-01169-0

12. Liu et al 2021. doi: 10.1038/s41392-021-00762-6

13. Strasser & Vaux 2020. doi: 10.1016/j.molcel.2020.05.014

14. Levy & Thorburn 2019. doi: 10.1038/s41418-019-0474-7

15. Guterres & Villanuova 2020. doi: 10.1038/s41388-020-01405-w

16. De Palma et al 2017. doi:10.1038/nrc.2017.51

17. Dongre & Weinberg 2019. doi: 10.1038/s41580-018-0080-4

18. Lee et al 2025. doi: 10.1186/s40364-025-00757-3

19. Curtin N. 2012. doi: doi:10.1038/nrc3399

20. Boroughs & De Bernardinis 2015. doi: 10.1038/ncb3124

21. Reid et al 2017. doi: 10.1038/ncb3629

22. Engblom et al 2016. doi: doi:10.1038/nrc.2016.54

23. Gonzales et al 2018. doi: 10.1101/gad.314617.118.

24. Rotondo et al 2019. doi: 10.3389/fonc.2019.00670

25. Young & Rickinson 2004. doi:10.1038/nrc1452

26. Moody & Laimins 2010. doi:10.1038/nrc2886

Obiettivi principali L’insegnamento di Parassitologia Molecolare si propone di fornire agli studenti le conoscenze sui meccanismi molecolari alla base della biologia di parassiti e vettori, della loro patogenicità e della loro coevoluzione con l’ospite, con particolare interesse alle interazioni molecolari vettore-parassita e ospite-parassita. Verranno trattati protozoi, elminti ed artropodi parassiti dell’uomo, con particolare attenzione alla biologia molecolare dei vettori. Le lezioni affronteranno diversi aspetti delle relazioni parassitologiche, a partire dagli aspetti biologici fondamentali fino ai meccanismi molecolari specifici della vita parassitaria, come per esempio l’evasione del sistema immunitario dell’ospite, la mimesi molecolare, la penetrazione nelle cellule ospiti, eccetera. Verranno trattati anche gli approcci biotecnologici (-omics, transgenesi, creazione di nuovi modelli sperimentali, ecc.) che hanno permesso negli ultimi anni di ampliare le conoscenze genomiche, genetiche, molecolari e biochimiche sui parassiti e sulle complesse interazioni tra diversi organismi eucariotici.
Obiettivi specifici Al termine delle lezioni lo studente avrà acquisito le competenze biologiche di base sulla disciplina della Parassitologia e soprattutto le conoscenze specifiche sulle basi molecolari delle relazioni parassitologiche, delle interazioni vettore-parassita-ospite, del metabolismo e della patogenicità dei parassiti. A) Conoscenza e capacità di comprensione. Durante il corso, lo studente verrà guidato verso la comprensione dell’importanza dello studio della materia sia dal punto di vista della ricerca di base sia dal punto di vista delle numerose possibili applicazioni nella ricerca biomedica, considerato il notevole impatto delle malattie parassitarie (neglette e non) sulla sanità pubblica a livello globale. B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine delle lezioni, gli studenti avranno acquisito le competenze biologiche e terminologiche proprie della materia. Uno degli scopi dell’insegnamento è quello di fornire agli studenti strumenti utili per l’analisi di problemi e di quesiti biologici e per l’identificazione delle relative strategie molecolari utili per il loro studio. C) Autonomia di giudizio. Durante il corso verrà stimolata la capacità dello studente di applicare il metodo scientifico alla Parassitologia Molecolare. Molti aspetti delle interazioni molecolari che regolano la vita parassitaria con gli ospiti e con i vettori rappresentano infatti a tutt’oggi questioni aperte, oggetto di studio in numerosi laboratori nel mondo. Lo studente verrà incoraggiato a sviluppare la capacità di comprendere le questioni scientifiche, interpretare le strategie sperimentali intraprese e valutare le conclusioni raggiunte.
D) Abilità comunicative. Il percorso formativo del corso prevede diversi momenti di comunicazione diretta dello studente al docente ed alla classe, per esempio attraverso l’approfondimento (in gruppi o singolarmente) e l’esposizione di specifici argomenti del programma. Lo studente verrà indirizzato verso la scelta della letteratura appropriata e sarà seguito nell’esposizione dello specifico approfondimento. E) Capacità di apprendimento. Le capacità di apprendimento verranno stimolate continuamente attraverso l’applicazione un metodo di studio integrato tra testi, materiale didattico fornito dal docente, articoli originali, reviews tematiche, in particolar modo attraverso la revisione della letteratura scientifica più recente.

L’insegnamento si propone di approfondire i meccanismi molecolari alla base della biologia di parassiti e vettori, della loro patogenicità e della loro coevoluzione con l’ospite, con particolare interesse alle interazioni molecolari vettore-ospite-patogeno.

Di seguito, il programma dettagliato con un'indicazione della successione temporale degli argomenti:

1. Principi generali di Parassitologia (lezioni I e II)

a. Evoluzione del parassitismo; vie di trasmissione ed infezione

b. Epidemiologia e strategie di controllo di protozoi e metazoi parassiti

c. Impatto di parassiti e vettori sulla Sanità

2. Cicli vitali e principali processi metabolici coinvolti (lezioni II e III)

a. Meccanismi patogenetici; specificità parassitaria

b. Genomica dei parassiti

3. Principali meccanismi di evasione del sistema immunitario dell’ospite (lezioni III e IV)

a. Modulazione della risposta immunitaria dell’ospite

b. Strategie adottate da parassiti protozoi

c. Strategie adottate da parassiti metazoi

4. Invasione della cellula ospite: subphylum Apicomplexa (lezioni V, VI e VII)

a. Toxoplasma gondii, Cryptosporidium parvum, Plasmodium falciparum

b. Rimodellamento della cellula ospite

c. Secrezione di proteasi – esosomi e ncRNA – meccanismi ligando-recettore

d. Formazione del vacuolo parassitoforo: gliding, invasione ed egress; ruolo dei microdomini di membrana

5. Invasione della cellula ospite: famiglia Trypanosomatidae (lezioni VIII e IX)

a. Leishmania spp

b. Trypanosoma cruzi

6. Variazione antigenica (lezioni X e XI)

a. Plasmodium spp

b. Trypanosoma brucei

7. Mimesi molecolare nei metazoi (lezioni XII e XIII)

a. Schistosoma spp e filarie

b. Glicobiologia

8. Sviluppo di farmaci e vaccini (lezione XIV)

a. Plasmodium falciparum quale organismo modello

9. Maccanismi di resistenza ai farmaci (lezione XV)

a. Plasmodium falciparum

b. Leishmania spp

c. metazoi

10. Biologia dei vettori (lezioni XVI, XVII e XVIII)

a. Patogeni trasmessi da vettori: protozoi, metazoi, arbovirus

b. Trasmissione e basi molecolari della competenza vettoriale: interazioni vettore – ospite – patogeno

c. Vettori ed adattamenti degli artropodi all’ematofagia

d. Ruolo dell’immunità innata nelle interazioni vettore-patogeno

e. Basi molecolari della resistenza agli insetticidi

11. Manipolazione genetica di vettori e parassiti (lezione XIX)

a. Approcci transgenici al controllo dei vettori

b. Ruolo dei simbionti e paratransgenesi

c. Manipolazione genetica di parassiti di interesse sanitario: gene KO, gene KD, mutagenesi condizionale

12. Tassonomia molecolare ed evoluzione (lezione XX)

Almeno due lezioni verranno dedicate all'insegnamento capovolto.

Due lezioni verranno dedicate a seminari di docenti italiani o stranieri esperti di qualche tema del programma.

• Principi generali di Parassitologia
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Principali meccanismi di evasione del sistema immunitario dell’ospite
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Invasione della cellula ospite: subphylum Apicomplexa
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Invasione della cellula ospite: famiglia Trypanosomatidae
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Stadi e parassiti extracellulari: variazione antigenica
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Altri protozoi parassiti: variazione antigenica e ruolo delle proteasi
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Manipolazione genetica di parassiti
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Altri protozoi parassiti
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Biologia dei vettori: interazione vettore-patogeno-ospite
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Strategie di controllo dei vettori
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Metazoi parassiti: immunità ed allergia
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Evoluzione, simbiosi e comunicazione
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Simbionti (Wolbachia); ncRNA e vescicole
• Testi di riferimento: Articoli, dispense
• Basi genetiche della resistenza ai parassiti (malaria e leishmania)
• Testi di riferimento: Articoli, dispense

L'esame si svolge con una prova orale sul programma del corso. Verranno valutate anche le presentazioni degli insegnamenti capovolti.

Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Verranno messi a disposizione degli studenti i file pdf delle presentazioni utilizzate dal docente durante le lezioni. Inoltre, reviews aggiornate ed articoli originali sugli argomenti del programma verranno forniti agli studenti per la preparazione dell’esame.

Informazioni generali verranno ottenute dal materiale presente sui seguenti siti:

https://www.cdc.gov/dpdx/az.html

https://www.euro.who.int/en/health-topics/communicable-diseases/vector-borne-and-parasitic-diseases

Verranno utilizzati capitoli del seguente testo:

Molecular Parasitology - Protozoan Parasites and their Molecules

Julia Walochnik and Michael Duchêne

Springer Link, 2016

Reviews ed articoli su ogni argomento saranno disponibili sul sito: http://elearning2.uniroma1.it/

Le conoscenze e competenze in area biomedica sono essenziali per il biologo che voglia raccogliere le sfide nel campo della comprensione e del trattamento delle patologie umane a più ampia diffusione. Il corso di Patologia Molecolare e Immunopatologia intende fornire allo studente una conoscenza avanzata dei fattori e meccanismi molecolari e cellulari alla base delle più diffuse malattie che sono causate dalla: a) iper-attivazione del sistema immunitario; b) difetti del sistema immunitario; c) evasione del sistema immunitario da parte del patogeno; d) disregolazione nell’interazione tra geni ed ambiente.

1. Conoscenza e capacità di comprensione

• Conoscenza e comprensione delle reazioni di ipersensibilità
• Conoscenza e comprensione dell'immunologia dei trapianti
• Conoscenza e comprensione delle immunodeficienze congenite e acquisite
• Conoscenza e comprensione dei meccanismi molecolari e cellulari alla base delle malattie autoimmuni
• Conoscenza e comprensione dei meccanismi di evasione della risposta immune da parte dei microrganismi patogeni
• Conoscenza e comprensione del ruolo del sistema immunitario nell'aterosclerosi

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

-Saper utilizzare la terminologia specifica della disciplina

-Saper interpretare, analizzare e spiegare i meccanismi alla base dell'immunopatologia

-Saper applicare la conoscenza degli specifici argomenti trattati a lezione e le tecnologie usate in immunopatologia

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Modulo I Immunopatologia: Reazioni di ipersensibilità Reazioni di tipo I: le reazioni allergiche, allergeni, IgE , regolazione della risposta IgE, fattori implicati nello sviluppo dell’allergia. Reazioni di tipo II: molecole e meccanismi che mediano il danno indotto da anticorpi diretti verso antigeni cellulari e della matrice. Reazioni trasfusionali. La malattia emolitica del neonato. Reazioni di tipo III: Reazioni causate da immunocomplessi formati da Ig e da antigeni solubili. Patologie risultanti dalla formazione di immunocomplessi. Reazioni di tipo IV: Meccanismo di azione e mediatori. Esempi di ipersensibilita` ritardata: ipersensibilita` di tipo tubercolinico, ipersensibilita` da contatto.

Immunologia dei trapianti. Immunodeficienze congenite e acquisite: Immunodeficienze primarie: Immunodeficienza grave combinata (SCID). Deficit di maturazione dei linfociti B: Agammaglobulinemia; Deficit di maturazione dei

linfociti T: Sindrome di DiGeorge. Deficit di attivazione dei linfociti T e B: Difetti di espressione o di traduzione del segnale del complesso TCR, Sindrome iperIgM. Deficit dell’attività microbicida dei fagociti. Sindrome da immunodeficienza acquisita.

Modulo II Patologia Molecolare: Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali, classificazione e meccanismi patogenetici. Modelli animali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione. Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle risposte autoimmuni.

Microrganismi e evasione della risposta immunitaria: Interferenza con la presentazione dell’antigene. Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Interferenza con l’apoptosi. Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

Inibizione dell’attivazione del sistema del complemento.

Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi. Fattori di rischio: predisposizione genetica

e stile di vita. Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
II Modulo – Patologia molecolare

-Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali:

Classificazione e meccanismi patogenetici.

Modelli sperimentali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione.

Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza

centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle

risposte autoimmuni.

-Microrganismi e evasione della risposta immunitaria:

Interferenza con la presentazione dell’antigene.

Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

-Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi:

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi.

Predisposizione genetica e stile di vita come fattori di rischio.

Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA

• Modulo di immunopatologia (ottobre-novembre)

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE

• Modulo di patologia molecolare (novembre-dicembre)
• Attività sperimentale in aula e in laboratorio (dicembre-gennaio)

ll metodo di verifica dell'apprendimento è finalizzato a valutare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento, sintesi e comunicazione di quanto appreso da parte dello studente. La valutazione complessiva consiste di una prova scritta (modulo di immunopatologia) e una orale (modulo di patologia molecolare). Il voto finale risulta dalla valutazione integrata delle due prove.

La prova scritta consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite nonché le capacità di elaborare e sintetizzare le informazioni recepite. La prova orale consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione Elsevier. Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Libro di testo: Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione

Il materiale didattico è indicato e caricato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Il materiale didattico e la bibliografia di riferimento sono indicati e pubblicati dal docente nel sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Le conoscenze e competenze in area biomedica sono essenziali per il biologo che voglia raccogliere le sfide nel campo della comprensione e del trattamento delle patologie umane a più ampia diffusione. Il corso di Patologia Molecolare e Immunopatologia intende fornire allo studente una conoscenza avanzata dei fattori e meccanismi molecolari e cellulari alla base delle più diffuse malattie che sono causate dalla: a) iper-attivazione del sistema immunitario; b) difetti del sistema immunitario; c) evasione del sistema immunitario da parte del patogeno; d) disregolazione nell’interazione tra geni ed ambiente.

IMMUNOPATOLOGIA
Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Modulo I Immunopatologia: Reazioni di ipersensibilità Reazioni di tipo I: le reazioni allergiche, allergeni, IgE , regolazione della risposta IgE, fattori implicati nello sviluppo dell’allergia. Reazioni di tipo II: molecole e meccanismi che mediano il danno indotto da anticorpi diretti verso antigeni cellulari e della matrice. Reazioni trasfusionali. La malattia emolitica del neonato. Reazioni di tipo III: Reazioni causate da immunocomplessi formati da Ig e da antigeni solubili. Patologie risultanti dalla formazione di immunocomplessi. Reazioni di tipo IV: Meccanismo di azione e mediatori. Esempi di ipersensibilita` ritardata: ipersensibilita` di tipo tubercolinico, ipersensibilita` da contatto.

Immunologia dei trapianti. Immunodeficienze congenite e acquisite: Immunodeficienze primarie: Immunodeficienza grave combinata (SCID). Deficit di maturazione dei linfociti B: Agammaglobulinemia; Deficit di maturazione dei

linfociti T: Sindrome di DiGeorge. Deficit di attivazione dei linfociti T e B: Difetti di espressione o di traduzione del segnale del complesso TCR, Sindrome iperIgM. Deficit dell’attività microbicida dei fagociti. Sindrome da immunodeficienza acquisita.

Modulo II Patologia Molecolare: Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali, classificazione e meccanismi patogenetici. Modelli animali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione. Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle risposte autoimmuni.

Microrganismi e evasione della risposta immunitaria: Interferenza con la presentazione dell’antigene. Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Interferenza con l’apoptosi. Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

Inibizione dell’attivazione del sistema del complemento.

Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi. Fattori di rischio: predisposizione genetica

e stile di vita. Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
II Modulo – Patologia molecolare

-Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali:

Classificazione e meccanismi patogenetici.

Modelli sperimentali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione.

Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza

centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle

risposte autoimmuni.

-Microrganismi e evasione della risposta immunitaria:

Interferenza con la presentazione dell’antigene.

Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

-Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi:

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi.

Predisposizione genetica e stile di vita come fattori di rischio.

Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA

• Modulo di immunopatologia (ottobre-novembre)

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE

• Modulo di patologia molecolare (novembre-dicembre)
• Attività sperimentale in aula e in laboratorio (dicembre-gennaio)

PATOLOGIA MOLECOLARE
Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Modulo I Immunopatologia: Reazioni di ipersensibilità Reazioni di tipo I: le reazioni allergiche, allergeni, IgE , regolazione della risposta IgE, fattori implicati nello sviluppo dell’allergia. Reazioni di tipo II: molecole e meccanismi che mediano il danno indotto da anticorpi diretti verso antigeni cellulari e della matrice. Reazioni trasfusionali. La malattia emolitica del neonato. Reazioni di tipo III: Reazioni causate da immunocomplessi formati da Ig e da antigeni solubili. Patologie risultanti dalla formazione di immunocomplessi. Reazioni di tipo IV: Meccanismo di azione e mediatori. Esempi di ipersensibilita` ritardata: ipersensibilita` di tipo tubercolinico, ipersensibilita` da contatto.

Immunologia dei trapianti. Immunodeficienze congenite e acquisite: Immunodeficienze primarie: Immunodeficienza grave combinata (SCID). Deficit di maturazione dei linfociti B: Agammaglobulinemia; Deficit di maturazione dei

linfociti T: Sindrome di DiGeorge. Deficit di attivazione dei linfociti T e B: Difetti di espressione o di traduzione del segnale del complesso TCR, Sindrome iperIgM. Deficit dell’attività microbicida dei fagociti. Sindrome da immunodeficienza acquisita.

Modulo II Patologia Molecolare: Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali, classificazione e meccanismi patogenetici. Modelli animali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione. Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle risposte autoimmuni.

Microrganismi e evasione della risposta immunitaria: Interferenza con la presentazione dell’antigene. Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Interferenza con l’apoptosi. Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

Inibizione dell’attivazione del sistema del complemento.

Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi. Fattori di rischio: predisposizione genetica

e stile di vita. Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
II Modulo – Patologia molecolare

-Le malattie autoimmuni come esempio di malattie multifattoriali:

Classificazione e meccanismi patogenetici.

Modelli sperimentali. Fattori genetici ed ambientali e loro interazione.

Ricerca di fattori di predisposizione genetica. Meccanismi di tolleranza

centrale e periferica. Il ruolo dei patogeni nell’attivazione delle

risposte autoimmuni.

-Microrganismi e evasione della risposta immunitaria:

Interferenza con la presentazione dell’antigene.

Inibizione dell’attività delle cellule NK.

Meccanismi di evasione dalla risposta umorale.

-Infiammazione cronica ed ipercolesterolemia come induttori dell’aterosclerosi:

L’immunità innata ed acquisita nell’aterogenesi.

Predisposizione genetica e stile di vita come fattori di rischio.

Prevenzione ed approcci terapeutici.

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA

• Modulo di immunopatologia (ottobre-novembre)

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE

• Modulo di patologia molecolare (novembre-dicembre)
• Attività sperimentale in aula e in laboratorio (dicembre-gennaio)

IMMUNOPATOLOGIA
ll metodo di verifica dell'apprendimento è finalizzato a valutare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento, sintesi e comunicazione di quanto appreso da parte dello studente. La valutazione complessiva consiste di una prova scritta (modulo di immunopatologia) e una orale (modulo di patologia molecolare). Il voto finale risulta dalla valutazione integrata delle due prove.

La prova scritta consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite nonché le capacità di elaborare e sintetizzare le informazioni recepite. La prova orale consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

PATOLOGIA MOLECOLARE
ll metodo di verifica dell'apprendimento è finalizzato a valutare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento, sintesi e comunicazione di quanto appreso da parte dello studente. La valutazione complessiva consiste di una prova scritta (modulo di immunopatologia) e una orale (modulo di patologia molecolare). Il voto finale risulta dalla valutazione integrata delle due prove.

La prova scritta consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite nonché le capacità di elaborare e sintetizzare le informazioni recepite. La prova orale consentirà di valutare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

IMMUNOPATOLOGIA
Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione Elsevier. Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Libro di testo: Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione

Il materiale didattico è indicato e caricato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Il materiale didattico e la bibliografia di riferimento sono indicati e pubblicati dal docente nel sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

PATOLOGIA MOLECOLARE
Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione Elsevier. Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Libro di testo: Libri di testo adottati: Abbas AK, Lichtman AH and Pillai S. Immunologia cellulare e molecolare. Edra X Edizione

Il materiale didattico è indicato e caricato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Modulo: IMMUNOPATOLOGIA
Altro materiale didattico è indicato dal docente sul sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1875

Modulo: PATOLOGIA MOLECOLARE
Il materiale didattico e la bibliografia di riferimento sono indicati e pubblicati dal docente nel sito didattico E-learning alla pagina http://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=1582

Obiettivo principale L'obiettivo principale del corso è consentire allo studente di GMB di acquisire i concetti base della Farmacologia, che saranno utili per il suo inserimento nei settori del mercato del lavoro legati al processo di Drug Discovery, o per accedere a programmi di istruzione di terzo livello che richiedono una conoscenza farmacologica di base.
Obiettivi specifici Questo obiettivo sarà perseguito attraverso una conoscenza articolata di una serie di aspetti fondamentali dello sviluppo dei farmaci, inclusa la farmacologia, come l'identificazione dei target, il test dei farmaci, le indagini farmacocinetiche, i requisiti di sicurezza (valutazioni tossicologiche in vitro e su animali), le fasi dello sviluppo clinico e la sorveglianza post-marketing.
Tra le competenze che saranno acquisite dallo studente al termine del corso, l'autonomia di giudizio e le abilità comunicative saranno stimolate invitando gli studenti a presentare ai colleghi una pubblicazione recente scelta dalla letteratura scientifica riguardante studi farmacologici in uno dei suddetti aspetti dello sviluppo dei farmaci. La presentazione sarà seguita da una discussione sui risultati che coinvolgerà gli altri studenti della classe. Infine, attraverso il riferimento a database scientifici (es. Pubmed) o a siti web di organizzazioni pubbliche o private nell'ambito della Farmacologia (es. AIFA, ISS, Società Italiana di Farmacologia), il corso fornirà allo studente indicazioni sull'uso di tali fonti per sviluppare le capacità di apprendimento necessarie per la sua formazione autonoma in questo campo.

Fasi di sviluppo di un farmaco o medicinale. Identificazione di un nuovo bersaglio farmacologico. Valutazione dei candidati clinici: attività farmacodinamica di una nuova entità molecolare. Farmacogenomica nello sviluppo dei farmaci.

Studi farmacologici preclinici: principali metodi in vitro e in vivo. Buone pratiche di laboratorio (Good Laboratory Practices). Attività farmacodinamica versus tossicità: studi preclinici per la valutazione della sicurezza di un farmaco.

Farmaci e gravidanza: farmaci teratogeni. Questioni relative alla presenza di impurità genotossiche e non genotossiche nei prodotti medicinali.

Tipologie di studi clinici. Fasi della sperimentazione clinica. Buona pratica clinica (Good Clinical Practice). Ruolo dei comitati etici. Il Investigator’s Brochure. Registrazione dei farmaci a livello nazionale ed europeo.

Farmacovigilanza: definizione e finalità. Metodi impiegati nella farmacovigilanza.

Definizione e classificazione delle reazioni avverse da farmaci.

• Fase 1 (Settimane 1–2): Introduzione al corso e fasi di sviluppo di un farmaco, dal principio attivo al medicinale. Identificazione di nuovi bersagli farmacologici: approcci sperimentali e bioinformatici.
• Testi di riferimento: Materiale didattico e slide introduttive fornite dal docente. Articoli scientifici selezionati.
• Fase 2 (Settimane 3–4): Valutazione preclinica di nuovi candidati: studi farmacodinamici e selezione delle nuove entità molecolari. Ruolo della farmacogenomica nello sviluppo dei farmaci.
• Testi di riferimento: Dispense, articoli di approfondimento e materiale docente.
• Fase 3 (Settimane 5–6): Studi preclinici: principali metodi in vitro e in vivo. Buone pratiche di laboratorio (GLP). Attività farmacodinamica e tossicità: studi di sicurezza preclinica.
• Testi di riferimento: Slide, linee guida EMA/FDA e materiale fornito dal docente.
• Fase 4 (Settimane 7–8): Farmaci e gravidanza: principi di teratogenicità. Impurità genotossiche e non genotossiche nei medicinali.
• Testi di riferimento: Documenti regolatori EMA e materiali del docente.
• Fase 5 (Settimane 9–10): Studi clinici: tipologie e fasi della sperimentazione. Buona pratica clinica (GCP). Ruolo dei comitati etici e dell’Investigator’s Brochure.
• Testi di riferimento: Linee guida ICH-GCP, AIFA, EMA e materiale docente.
• Fase 6 (Settimane 11–12): Registrazione e autorizzazione dei farmaci a livello nazionale ed europeo. Farmacovigilanza: definizione, obiettivi e metodi di sorveglianza. Reazioni avverse da farmaci (ADR): classificazione e gestione. Revisione finale del corso.
• Testi di riferimento: Materiale riepilogativo e dispense fornite dal docente.

L’accertamento dei risultati di apprendimento attesi avviene mediante esame orale. La valutazione tiene conto della preparazione sui contenuti del corso, delle capacità di ragionamento e di giudizio, nonché della chiarezza espositiva con linguaggio tecnico appropriato. La durata della prova è variabile in base alla performance dello studente, con una media di circa 25 minuti.

L’esame si svolge secondo date predefinite pubblicate su Infostud e sulla piattaforma e-learning.

Per il superamento è richiesto un punteggio minimo di 18/30, che corrisponde a una preparazione sufficiente e a un uso adeguato della terminologia tecnica. Il punteggio massimo di 30/30 e lode è attribuito a studenti che dimostrino conoscenze eccellenti, capacità di collegare gli argomenti in modo logico e coerente ed elevate competenze comunicative.

"Basic Principles of Drug Discovery and Development" Benjamin Blass. Elsevier, April 2015

“Drug discovery and evaluation: Pharmacological assays”. H.G. Vogel (Ed.) Springer, London, 2007

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di: Eseguire programmi Python Archiviare i dati nei programmi Utilizzare le funzioni integrate Rilevare errori di sintassi che si verificano nei programmi Leggere dati tabulari Visualizzare e analizzare statisticamente i dati tabulari Graficare dati biologici Creare funzioni Ripetere le azioni con i loop Operare delle scelte Determinare dove si sono verificati gli errori Gestire errori ed eccezioni Rendere i programmi leggibili Utilizzare software scritto da altre persone Riconoscere vari formati di dati per rappresentare i dati della sequenza DNA/RNA Realizzare in modo indipendente script Python per: - Leggere dati in sequenza utilizzando moduli Python o BioPython - Analizzare i file di dati - Eseguire programmi esterni - Leggere l'input dalla riga di comando Descrivere un'ampia gamma di tecniche di machine learning Riconoscere quale metodo di apprendimento automatico è applicabile a determinati problemi di analisi dei dati Trasformare i dati biologici per l'applicazione ML. In particolare, trasformare i dati di sequenza in un formato leggibile dal computer per l'input in una pipeline di machine learning Dati di sequenza biologica pre-elaborazione per l'elaborazione del linguaggio naturale Creare un modello RF (Random Forest) per classificare un set di sequenze

I metodi moderni in biologia, come il sequenziamento ad alta processività, generano enormi quantità di dati. Per estrarre informazioni da questi dati e formulare le domande giuste, è necessario sviluppare e applicare nuovi metodi provenienti dal data mining, dall'intelligenza artificiale e dal deep learning.

Il corso è strutturato in tre moduli, a cui si aggiunge una sessione finale di 4 ore dedicata a una simulazione dell'esame.

MODULO 1 — INTRODUZIONE

Introduzione al corso

Presentazione del programma

Conoscere la composizione della classe

Ambiente di lavoro

Linguaggio di programmazione Python:

Introduzione a Python

Introduzione al linguaggio Python e all'interprete Python

I diversi modi per eseguire Python: esempi delle diverse modalità per eseguire programmi/script Python

Primi comandi Python e come funzionano in ambienti diversi (terminale shell, incluso l'interprete interattivo, editor di testo per scrivere codice da eseguire in un terminale, editor di codice, IDE e Notebook)

Ambiente di lavoro: Anaconda > Jupyter Lab, Jupyter Notebook

Google Colab

Machine Learning:

Introduzione ai primi concetti fondamentali di ML

ML per dati biologici: utilità e sfide

La relazione tra intelligenza artificiale e machine learning

Differenze tra programmazione "tradizionale" e ML, e perché l'ML può essere molto utile in biologia

Introduzione alla data science

Come funziona l'ML

Breve storia dei dati

MODULO 2 — FONDAMENTI

Fondamenti di Python:

Variabili e assegnazione

Tipi di dati (numeri, stringhe, liste, tuple, dizionari, set)

Funzioni built-in e metodi

Importare moduli e librerie

Cicli for

Condizionali

Ambiente di sviluppo Anaconda (Jupyter Notebook)

Visualizzazione dei dati (Matplotlib)

Debugging di base

Librerie Python per la gestione dei dati: NumPy, Pandas, Matplotlib

Manipolare e analizzare dati tabulari con i DataFrame di Pandas

Fondamenti di ML:

Tipi di machine learning

Concetti chiave: supervised e unsupervised learning, problemi di classificazione, regressione e clustering, classi ed etichette, training, validation e testing

I sei passi dell'ML:

#1 — Importare i dati

#2 — Pulire i dati

#3 — Suddividere i dati: training set e test set

#4 — Creare un modello

#5 — Verificare l'output

#6 — Migliorare la performance

MODULO 3 — PROGRAMMAZIONE AVANZATA

Python avanzato:

Gestione dei file: le diverse modalità per leggere input da file e scrivere output su file

Scrittura di funzioni

Classi

Machine Learning:

Costruire buoni dataset di training — preprocessing dei dati

Training set e test set

KNN

Creazione di un modello

Validazione del modello (cross-validation k-fold)

Hyperparameter tuning

Valutazione delle prestazioni

Il raggiungimento dei risultati di apprendimento (learning outcomes, LO) del corso sarà valutato attraverso due componenti.

La prima componente è la discussione di un progetto di data science. Gli studenti e le studentesse che frequentano il corso sono invitati/e a discutere il proprio progetto in modo progressivo durante il corso e, ove possibile, prima dell'esame scritto. Chi non raggiunge lo standard richiesto con il progetto lo discuterà immediatamente dopo l'esame scritto. La discussione del progetto è pensata per valutare il raggiungimento dei LO di machine learning, nonché la capacità di pensiero critico nella scelta del dataset, nel suo pre-processing e nell'uso dei dati in tutte le fasi di un protocollo di machine learning.

La seconda componente è un esame scritto, che valuta il raggiungimento dei LO di programmazione in Python.

Ciascuna componente è descritta in dettaglio di seguito.

PROGETTO DI DATA SCIENCE

Dovrai realizzare un progetto di data science in cui sceglierai un dataset, lo analizzerai e applicherai un workflow completo di machine learning (ML). Il progetto deve essere sviluppato in un notebook Colab o Jupyter e caricato in una cartella Google Drive dedicata prima della discussione con la docente.

1. Scelta del dataset

Scegli un dataset che ti interessa esplorare. Puoi usare Kaggle o qualsiasi altra risorsa adatta. Prima di iniziare l'analisi, condividi la tua scelta con la docente per verificare che il dataset sia appropriato in termini di complessità e portata.

2. Struttura e contenuto del notebook

Il notebook deve includere le seguenti sezioni, nell'ordine indicato:

Obiettivo — indica chiaramente lo scopo del tuo studio e spiega perché hai scelto questo dataset

Descrizione del dataset — fornisci una descrizione analitica approfondita dei dati (variabili, dimensioni, fonte, limitazioni note, ecc.)

Pre-processing — descrivi e giustifica tutti i passi effettuati per pulire, trasformare e organizzare i dati

Analisi esplorativa dei dati — visualizza e descrivi le principali caratteristiche e pattern presenti nei dati

Workflow di ML — applica un protocollo completo di ML (un workflow di riferimento è disponibile qui); per ogni passo, dalla scelta del modello alla valutazione delle prestazioni, spiega le tue scelte e la strategia adottata

Risultati e discussione critica — presenta i risultati della tua analisi e discutili criticamente, includendo limitazioni e possibili miglioramenti

3. Documentazione

Ogni passo dell'analisi deve essere chiaramente descritto e spiegato. Ogni scelta deve essere giustificata. Il notebook deve avere la forma di un report coerente e autosufficiente, comprensibile anche a chi non era presente alla discussione.

Esame scritto (2h30)

L'esame scritto è composto da due esercizi che valutano le competenze di programmazione in Python e la capacità di lavorare in modo critico con codice generato da strumenti di intelligenza artificiale.

Esercizio 1 — Dallo pseudocodice a Python

Ti verrà fornito uno pseudocodice — una sequenza di istruzioni scritte in linguaggio naturale — e ti verrà chiesto di tradurlo in codice Python funzionante. L'esercizio si articola in due fasi:

Fase 1 (carta e penna): scrivi a mano la tua traduzione in Python, senza eseguirla.

Fase 2 (notebook): trascrivi il codice scritto a mano in un notebook ed eseguilo. Documenta nel notebook tutti gli errori prodotti dall'interprete Python, spiegando la causa di ciascun errore e come lo hai risolto. Questa fase valuta anche le tue capacità di debugging.

Esercizio 2 — Prompt engineering e confronto critico del codice

Ti verrà fornito uno script Python stampato, scritto dalla docente. Il tuo compito è:

Scrivere un prompt per ChatGPT progettato per riprodurre quello script nel modo più fedele possibile

Sottoporre il prompt a ChatGPT e confrontare il risultato con lo script originale

Annotare e spiegare le eventuali discrepanze tra le due versioni, discutendo le possibili cause

Questo esercizio valuta sia la capacità di comunicare in modo efficace un compito di programmazione a uno strumento di intelligenza artificiale, sia la capacità di valutare criticamente il codice generato dall'AI.

Sebastian Raschka - Introduction to Machine Learning

https://sebastianraschka.com/resources/ml-lectures-1/

Sebastian Raschka, Yuxi Liu, Vahid Mirjalili

Machine Learning with PyTorch and Scikit-Learn: Develop machine learning and deep learning models with Python (ISBN-10: 1801819319 ISBN-13: 978-1801819312)

Ulteriori materiali didattici (tra cui slide, tutorial, video, dispense ed estratti da libri di testo, esempi e script) saranno messi a disposizione dalla docente prima e durante il corso.

La psicobiologia è una disciplina che appartiene alle scienze della vita e più in particolare alle neuroscienze. Nell’ambito della psicobiologia si considera come i rapporti tra cervello e comportamento si siano modificati dal punto di vista evolutivo e da quello dello sviluppo. L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei rapporti tra sistema nervoso e comportamento, dai riflessi alle funzioni corticali. Lo studente è guidato lungo il percorso perché arrivi alla comprensione della relazione tra la struttura e la funzione del sistema nervoso e delle strategie di regolazione delle loro funzioni. Particolare attenzione verrà dedicata agli effetti dell’ambiente sulla struttura e funzione nervosa. Il corso prevede anche cenni di psicofarmacologia e le basi biologiche di patologie neurologiche e psichiatriche.
Conoscenza e comprensione Lo studente: - Conosce correttamente la terminologia neuroscientifica; - Conosce le basi neurobiologiche del comportamento; - Conosce i diversi livelli delle strutture nervose dal midollo spinale alla corteccia; - Conosce i meccanismi eccitatori e inibitori del SN; - Conosce le tecniche di base per lo studio del sistema nervoso, in vitro e in vivo;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente: - sa utilizzare correttamente la terminologia neuroscientifica - sa valutare la funzione di diverse strutture nervose e i loro rapporti funzionali; - sa valutare il ruolo dei mediatori nervosi nell’ambito delle diverse funzioni cerebrali è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio del sistema nervoso al fine di sondarne le funzioni.
Prerequisiti Non sono previste propedeuticità. Lo studente deve tuttavia avere le conoscenze di base della biologia cellulare e sistemica, con particolare attenzione a quella animale, con proprietà di linguaggio e padronanza scientifica.
Capacità critiche e di giudizio - saper analizzare in modo critico la letteratura scientifica nell’ambito della psicobiologia
Capacità di comunicare quanto appreso - capacità di comunicare oralmente le conoscenze apprese anche a non specialisti - capacità di comunicare le conoscenze attraverso una relazione scritta - capacità di sintetizzare e comunicare in modo semplice problemi complessi
Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita - capacità di affrontare autonomamente la letteratura nell’ambito delle neuroscienze e sviluppare un giudizio critico

Il corso sarà incentrato sulla psicobiologia delle funzioni cognitive ed emotive di base e sulle nozioni fondamentali di psicofarmacologia necessarie per comprendere la relazione tra attività neurale e psichica. Il programma è volto alla comprensione della relazione tra struttura cerebrale e funzione psichica e alla sua complessità. Per questo si partirà dalle basi neuroanatomiche del cervello e dalle nozioni fondamentali di psicofarmacologia per poi arrivare alla classificazione delle principali funzioni di base del comportamento (sistema sensorimotorio, sonno e ritmi biologici, emozioni) e cognitive (memoria, apprendimento e linguaggio), sia in condizioni fisiologiche che patologiche. Nello specifico verranno trattati i seguenti argomenti:

1) Basi neuroanatomiche del cervello e del comportamento

2) Psicofarmacologia di base

3) Sistemi neurotrasmettitori: biologia e funzione

4) Tecniche e compiti comportamentali

5) Sviluppo del comportamento

6) Sistemi di controllo del movimento

7) Sonno e ritmi biologici

8) Emozioni

9) Funzioni superiori: apprendimento, memoria e linguaggio

10) Psicobiologia delle malattie cerebrali: Parkinson, schizofrenia, Alzheimer, depressione

La prova orale ha lo scopo di valutare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti trattati e la capacità di ragionamento critico sviluppata dagli studenti.

La valutazione finale sarà espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode), sulla base della risposta a 3-4 domande aperte. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, la capacità di ragionare in modo critico e fare collegamenti interdisciplinari.

Watson, N. V., & Breedlove, S. M.. Il cervello e la mente: le basi biologiche del comportamento. Zanichelli

Carlson, N. R., Birkett, M.A.. Fisiologia del comportamento. Piccin

L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei meccanismi alla base del controllo dell’espressione genica che agiscono ai diversi livelli, trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale. L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione dei complessi meccanismi molecolari responsabili della struttura ed espressione del genoma.
Conoscenza e comprensione Lo studente: - Conosce correttamente la terminologia di biologia molecolare; - Conosce le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici; - Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, e la loro integrazione; -Conosce le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente: - sa utilizzare correttamente la terminologia di biologia molecolare; - sa orientarsi nella comprensione e nel disegno di approcci di modulazione dell’espressione genica a scopo terapeutico o biotecnologico; - è in grado di utilizzare le conoscenze sulle tecniche per lo studio degli acidi nucleici per disegnare un esperimento in ricerca.

MODULO II
Modulo: MODULO II
1. Imprinting e compensazione del dosaggio del cromosoma X

2. Controllo di qualità dell’RNA (“Non-sense mediated decay”, “non stop decay” e “no GO decay”)

3. L’esporto dell’RNA

4. Degradazione dell’mRNA

5. Controllo traduzionale dell’mRNA

6. Modiche dell'RNA e regolazione dell'espressione genica

7. RNA editing

Modulo: MODULO I
1. Complessità dei genomi

2. Cromatina e regolazione trascrizionale

3. Terminazione della trascrizione

4. Maturazione dell’mRNA: capping, splicing e poliadenilazione

5. “RNA Factory”: accoppiamento dei processi trascrizionali e post-trascrizionali per la biosintesi degli mRNA

6. Splicing e poliadenilazione alternativa come meccanismi regolativi dell'espressione genica

7. Il macchinario di processamento e degradazione dell’RNA

8. RNA non codificanti nella regolazione dell’espressione genica

Modulo: MODULO II

• Esporto RNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA interference
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• microRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• LncRNA citoplasmatici
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA circolari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Deadenilazione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Decapping
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Regolazione della traduzione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Controllo qualità mRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Epitrascrittomica
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Modulo: MODULO I

• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP)
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Regolazione trascrizione negli eucarioti
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Maturazione dell'mRNA (capping, splicing e poliadenilazione)
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Processamento RNA non codificanti
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Imprinting genomico e compensazione del dosaggio
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Meccanismo di azione dei lncRNA nucleari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Metodologie di editing genomico
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

MODULO I
Modulo: MODULO II
1. Imprinting e compensazione del dosaggio del cromosoma X

2. Controllo di qualità dell’RNA (“Non-sense mediated decay”, “non stop decay” e “no GO decay”)

3. L’esporto dell’RNA

4. Degradazione dell’mRNA

5. Controllo traduzionale dell’mRNA

6. Modiche dell'RNA e regolazione dell'espressione genica

7. RNA editing

Modulo: MODULO I
1. Complessità dei genomi

2. Cromatina e regolazione trascrizionale

3. Terminazione della trascrizione

4. Maturazione dell’mRNA: capping, splicing e poliadenilazione

5. “RNA Factory”: accoppiamento dei processi trascrizionali e post-trascrizionali per la biosintesi degli mRNA

6. Splicing e poliadenilazione alternativa come meccanismi regolativi dell'espressione genica

7. Il macchinario di processamento e degradazione dell’RNA

8. RNA non codificanti nella regolazione dell’espressione genica

Modulo: MODULO II

• Esporto RNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA interference
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• microRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• LncRNA citoplasmatici
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• RNA circolari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Deadenilazione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Decapping
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Regolazione della traduzione
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Controllo qualità mRNA
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Epitrascrittomica
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

Modulo: MODULO I

• Metodologie per l'analisi dell'espressione genica
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Tecniche di immoprecipitazione (RIP, CLIP e ChIP)
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Regolazione trascrizione negli eucarioti
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Metodologie e applicazioni per il sequenziamento dell'RNA
• Testi di riferimento: Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE
• Maturazione dell'mRNA (capping, splicing e poliadenilazione)
• Testi di riferimento: James D Watson, Tania A Baker, Stephen P Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard LosickBIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE
• Processamento RNA non codificanti
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Imprinting genomico e compensazione del dosaggio
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Meccanismo di azione dei lncRNA nucleari
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning
• Metodologie di editing genomico
• Testi di riferimento: Materiale didattico su piattaforma Sapienza e_learning

MODULO II
Alla fine del primo modulo per gli studenti frequentanti è possibile sostenere un esonero scritto con domande aperte. L'esame finale è orale con domande

MODULO I
Alla fine del primo modulo per gli studenti frequentanti è possibile sostenere un esonero scritto con domande aperte. L'esame finale è orale con domande

MODULO II
Modulo: MODULO II
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO I
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO II
Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Modulo: MODULO I
Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

MODULO I
Modulo: MODULO II
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO I
Materiale didattico disponibile sul sito http://elearning2.uniroma1.it/

Francesco Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani

TECNICHE E METODI PER LA BIOLOGIA MOLECOLARE

ZANICHELLI

Modulo: MODULO II
Krol J, Loedige I, Filipowicz W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nat Rev Genet. 2010 Sep;11(9):597-610. doi: 10.1038/nrg2843.

Passmore LA, Coller J. Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022 Feb;23(2):93-106. doi: 10.1038/s41580-021-00417-y.

Jackson RJ, Hellen CU, Pestova TV. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb;11(2):113-27. doi: 10.1038/nrm2838.

Kervestin S, Jacobson A. NMD: a multifaceted response to premature translational termination. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):700-12. doi: 10.1038/nrm3454.

Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Oct;20(10):608-624. doi: 10.1038/s41580-019-0168-5

Schimmel P. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 Jan;19(1):45-58. doi: 10.1038/nrm.2017.77.

Modulo: MODULO I
Bergman Y, Cedar H. DNA methylation dynamics in health and disease. Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):274-81. doi: 10.1038/nsmb.2518.

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007 Feb 23;128(4):693-705. doi: 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Lee TI, Young RA. Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell. 2013 Mar 14;152(6):1237-51. doi: 10.1016/j.cell.2013.02.014.

Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA sequencing: the teenage years. Nat Rev Genet. 2019 Nov;20(11):631-656. doi: 10.1038/s41576-019-0150-2

Wahl MC, Will CL, Lührmann R. The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine. Cell. 2009 Feb 20;136(4):701-18. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.009.

Chlebowski A, Lubas M, Jensen TH, Dziembowski A. RNA decay machines: the exosome. Biochim Biophys Acta. 2013 Jun-Jul;1829(6-7):552-60. doi: 10.1016/j.bbagrm.2013.01.006.

Schmid M, Jensen TH. Controlling nuclear RNA levels. Nat Rev Genet. 2018 Aug;19(8):518-529. doi: 10.1038/s41576-018-0013-2.

Porrua O, Libri D. Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015 Mar;16(3):190-202. doi: 10.1038/nrm3943

Engreitz JM, Ollikainen N, Guttman M. Long non-coding RNAs: spatial amplifiers that control nuclear structure and gene expression. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016 Dec;17(12):756-770. doi: 10.1038/nrm.2016.126

Obiettivi generali Illustrare principi avanzati di struttura e strutturazione delle proteine e dei loro complessi macromolecolari. Rendere abili gli studenti alla presentazione/divulgazione/discussione delle relazioni struttura-funzione di proteine. Introdurli alle conoscenze attuali sulle “macchine molecolari”.
Obiettivi specifici • Conoscenze preliminari Lo studente che affronta questo corso deve possedere nozioni di base di biochimica delle proteine (indispensabile), biologia molecolare (indispensabile), genetica (importante) e biologia cellulare (importante). • Conoscenze dello studente alla fine del corso: Con questo corso gli studenti acquisiscono competenze sia sulla complessa serie di eventi dinamici che conducono le catene polipeptidiche neoformate ad assumere strutture e funzioni biologiche, che conoscenze delle strategie sperimentali nello studio delle strutture proteiche. • Capacità acquisite dello studente con questo corso Al termine del corso lo studente sarà in grado di interrogare le basi dati di coordinate 3D e di utilizzare programmi di grafica molecolare nella descrizione di strutture proteiche. • Capacità critiche e di giudizio acquisite a fine corso Lo studente saprà discutere in modo competente relazioni struttura-funzione di specifiche proteine, interpretare in chiave strutturale le conseguenze biologiche delle mutazioni genetiche, e affrontare la progettazione di strutture proteiche modificate. • Capacità di comunicazione sui contenuti del corso Lo studente sarà valutato, oltre che sulla base delle conoscenze acquisite, anche sulle sue abilità nell’utilizzo di programmi di grafica molecolare, per scopi sia divulgativi che speculativi. • Capacità di proseguire in modo autonomo Dalla conoscenza dei temi trattati, lo studente avrà acquisito quelle competenze e quel background culturale necessari ad affrontare un’ampia gamma di problemi concernenti la Biochimica delle Proteine.

Aminoacidi: proprietà e struttura chimico-fisiche

Visualizzazione di macromolecole con visualizzatori molecolari

Database di sequenze proteiche

Allineamenti di sequenza proteica

Il legame peptidico in vitro e in vivo

Struttura secondaria

Struttura terziaria - Stabilità proteica e folding

Domini, motivi, moduli e ripetizioni - Struttura quaternaria

Microscopia elettronica e cristallografia a raggi X.

Risonanza magnetica nucleare delle proteine

Predizione della struttura proteica

Dinamica molecolare e drug design

Esempi selezionati di meccanismi proteici

• Introduction and review of general biochemistry
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi di biochimica generale consigliati sulla pagina eLearning del corso
• Biosintesi polipeptidica ribosomiale e non-ribosomiale
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• La catena polipeptidica: angoli di rotazione e interazioni
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Ripiegamenti ad elica e strutture beta
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• COnnettivià e topologia
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Cristallogenesi e cristallografia
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Cryo-EM e metodologie avanzate per lo studio della struttura delle proteine
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Folding e proteine intrinsecamente disordinate
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Purificazione di proteine ricombinanti: organismi, vettori e metodologie di purificazione
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Strategie e metodologie per l'incorporazione di amminoacidi non canonici nelle proteine
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• La bioinformatica nello studio delle proteine
• Testi di riferimento: Programmi di grafica molecolare. Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Predizione di strutture tridimensionali delle proteine
• Testi di riferimento: Esercizi in classe. Programmi di grafica molecolare. Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Equilibri di legame e interazione tra macromolecole. Interazine proteina-proteina e proteine-acidi nuceici. Metalloproteine
• Testi di riferimento: Esercizi in classe. Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Determinazione di Kd all'equilibrio
• Testi di riferimento: Esercitazione in laboratorio: dispense e protocolli
• Proteine di membrana
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• La spettroscopia di massa nello studio delle proteine
• Testi di riferimento: Relativi capitoli dei testi consigliati. Dispense e pubblicazioni scientifiche fornite a lezione
• Modelli molecolari
• Testi di riferimento: Esercitazioni in classe
• Produzione di proteine ricombinanti
• Testi di riferimento: Esercitazione in laboratorio: dispense e protocolli
• Mutagenesi sito-specifica
• Testi di riferimento: Esercitazione in laboratorio: dispense e protocolli

Presentazione originale delle relazioni struttura-funzione di un sistema proteico a scelta mediante grafica molecolare, comprendente:

• la descrizione dei livelli di organizzazione strutturale (organizzazione in domini, aspetti topologici e connettività tra elementi di struttura secondaria, motivi strutturali e fold) e aspetti eventualmente noti del processo di strutturazione;
• l’approfondimento a livello amminoacidico di uno specifico dettaglio delle relazioni struttura-funzione

eventuali considerazioni evolutive o applicative.

La discussione sull’argomento scelto prevederà una particolare attenzione alla trattazione metodologica.

La modalità di valutazione consiste inoltre in un completamento dell’esame orale durante il quale verranno discusse tutte le parti del programma.

• C. I. Branden, J. Tooze. Introduction to protein structure - Garland Science
• David Whitford, PROTEINS STRUCTURE AND FUNCTION (Wiley; http://books.google.it/books?id=qbHLkxbXY4YC)
• Voet D & Voet JG - Fondamenti di Biochimica - Zanichelli
• Petsko & Ringe - Struttura e Funzione delle Proteine - Zanichelli

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso.

Obiettivi generali Illustrare principi avanzati di struttura e strutturazione delle proteine e dei loro complessi macromolecolari. Rendere abili gli studenti alla presentazione/divulgazione/discussione delle relazioni struttura-funzione di proteine. Introdurli alle conoscenze attuali sulle “macchine molecolari”.
Obiettivi specifici • Conoscenze preliminari Lo studente che affronta questo corso deve possedere nozioni di base di biochimica delle proteine (indispensabile), biologia molecolare (indispensabile), genetica (importante) e biologia cellulare (importante). • Conoscenze dello studente alla fine del corso: Con questo corso gli studenti acquisiscono competenze sia sulla complessa serie di eventi dinamici che conducono le catene polipeptidiche neoformate ad assumere strutture e funzioni biologiche, che conoscenze delle strategie sperimentali nello studio delle strutture proteiche. • Capacità acquisite dello studente con questo corso Al termine del corso lo studente sarà in grado di interrogare le basi dati di coordinate 3D e di utilizzare programmi di grafica molecolare nella descrizione di strutture proteiche. • Capacità critiche e di giudizio acquisite a fine corso Lo studente saprà discutere in modo competente relazioni struttura-funzione di specifiche proteine, interpretare in chiave strutturale le conseguenze biologiche delle mutazioni genetiche, e affrontare la progettazione di strutture proteiche modificate. • Capacità di comunicazione sui contenuti del corso Lo studente sarà valutato, oltre che sulla base delle conoscenze acquisite, anche sulle sue abilità nell’utilizzo di programmi di grafica molecolare, per scopi sia divulgativi che speculativi. • Capacità di proseguire in modo autonomo Dalla conoscenza dei temi trattati, lo studente avrà acquisito quelle competenze e quel background culturale necessari ad affrontare un’ampia gamma di problemi concernenti la Biochimica delle Proteine.

Lo studio della virologia permette di realizzare con relativa semplicità scoperte fondamentali sui meccanismi che regolano l’esistenza del complesso mondo dei viventi e sull’origine della vita. Grazie allo studio della biologia dei virus, nel tentativo di combattere gli effetti negativi che hanno sui loro ospiti, è stato possibile utilizzarli a nostro favore così che oggi la Virologia trova numerose applicazioni in campo biotecnologico. Le scoperte nel campo della virologia aumentano ad un ritmo incessante fornendo sempre maggiori conoscenze dei dettagli molecolari dei virus, compresa l’interazione con i loro ospiti. La vastità delle informazioni, vecchie e nuove, rende necessario, nell’insegnamento della Virologia, restringere la numerosità dei virus da trattare, operando delle scelte negli esempi da illustrare, che permettano di mettere in luce principi generali e, contemporaneamente anche dettagli specifici. Attraverso la trattazione approfondita di tematiche e argomenti selezionati, l’insegnamento della Virologia Molecolare ha l’obiettivo di fornire una visione complessiva del mondo dei virus, caratterizzato da una così grande diversità, le conoscenze dei meccanismi molecolari del ciclo replicativo e della loro influenza sulla fisiologia della cellula ospite, e le basi molecolari del loro utilizzo in biotecnologie. Infine, mediante le lezioni capovolte, il Corso di Virologia Molecolare ha l’obiettivo di sviluppare le capacità comunicative dello studente rivolte sia ad un pubblico competente che non.
Risultati di apprendimento previsti del corso
Alla fine del Corso di Virologia Molecolare, gli studenti avranno acquisito conoscenze su:

• L’impatto che la ricerca in virologia molecolare ha avuto sulla comprensione dei principali processi biologici; - i meccanismi attraverso i quali l’ospite controlla l’infezione virale e come questa viene evasa dai diversi virus; - il ciclo replicativo di esempi di virus a DNA e a RNA; - le basi molecolari che spiegano perché alcuni virus sono responsabili di malattie; - perché i virus possono essere associati a crescita neoplastica; - le basi molecolari della terapia antivirale - lo stato attuale delle conoscenze su alcuni sistemi virali in corso di studio; - le basi molecolari della costruzione di virus ricombinanti.
  Alla fine del Corso di Virologia Molecolare, gli studenti dovrebbero avere acquisito competenze per:
• comprendere la biologia molecolare di un virus ed elaborare idee originali volte alla costruzione di strumenti biotecnologici da utilizzare in un contesto di ricerca; - applicare le loro conoscenze nella risoluzione di problemi in ambito medico derivanti dalle interazioni virus-ospite, identificando bersagli potenziali per lo sviluppo di farmaci antivirali; - integrare le conoscenze acquisite per affrontare infezioni virali emergenti, esprimere un giudizio consapevole e coerente rispetto ai grandi temi etico-sociali quali le vaccinazioni o l’editing genomico - comunicare responsabilmente e illustrare correttamente, ad un pubblico di specialisti e non, le potenzialità di nuove tecnologie basate sull’utilizzo di virus ricombinanti sia nell’allestimento di nuovi vaccini che nella manipolazione di cellule eucariotiche; - approfondire in modo autonomo aspetti bio-molecolari volti a comprendere e spiegare nuove infezioni virali, le loro conseguenze a livello cellulare e dell’intero organismo.

Caratteristiche generali dei virus e del loro ciclo vitale.

Lo schema di Baltimore: le sette classi di replicazione con alcuni esempi

Storia naturale delle infezioni: infezione acuta, infezione persistente, infezione latente, infezione abortiva

Risposta immunitaria antivirale: induzione dell’espressione dell’interferone; lo stato antivirale e gli effettori della risposta interferonica; principali meccanismi di risposta cellulare ed umorale ed esempi di meccanismi di evasione della risposta immune.

I retrovirus: ciclo replicativo, retrotrascrizione, integrazione e modalità di espressione del provirus. Retrovirus endogeni

Il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) e l’AIDS: il virione, il genoma, fasi del ciclo vitale, regolazione dell’espressione del provirus e la latenza post-integrazione; funzioni delle proteine virali importanti nella patogenesi dell’infezione da HIV, storia dell'HIV e strategie antivirali

Il virus dell'Influenza: il virione, il genoma, fasi del ciclo vitale, variabilità genetica e fattori molecolari importanti per la comparsa di ceppi ad alta patogenicità e di nuove pandemie, cenni di epidemiologia

Virus come agenti trasformanti-basi molecolari della cancerogenesi: gli oncogeni dei retrovirus trasformanti acuti, origine, meccanismi di attivazione e funzione; gli oncogeni dei virus tumorali a DNA e il loro meccanismo di trasformazione. Approfondimento su HPV

Gli Herpevirus : HSV1 ed EBV - ciclo litico, ciclo latente e riattivazione, fattori virali e cellulari coinvolti nell’instaurarsi e nel mantenimento dello stato latente.

Epatiti virali: HBV e HCV, fattori e meccanismi alla base della cronicizzazione dell’infezione e dell'epatocarcinogenesi.

Virus/infezioni virali emergenti e riemergenti: cause e conseguenze. Esempi di Arbovirus, Virus delle febbri emorragiche e Poxvirus

Interazione virus-ospite: modulazione del processo autofagico

I vettori virali: esempi ed applicazioni

Prevenzione e trattamento: piattaforme vaccinali e antivirali

Metodi di studio dei virus: le tecniche molecolari, biochimiche e cellulari

La valutazione si baserà su una prova orale finalizzate a verificare le conoscenze teoriche.

In alternativa, sarà possibile sostenere un esonero scritto che sarà costituito da domande aperte sui principali argomenti affrontati nel corso

In caso di esito positivo, l’esonero consentirà di escludere le relative tematiche dall’esame orale.

Sarà inoltre valutata la partecipazione diretta degli studenti alle lezioni capovolte.

Il materiale didattico sarà fornito sulle piattaforme accessibili agli studenti e sarà principalmente costituito da Revisioni della Letteratura selezionate dal docente

a supporto di questo materiale il libro di testo che segue potrà essere consultato per i concetti di virologia generale

Introduzione alla Virologia Molecolare

NJ Dimmock

AJ Easton

KN Leppard

La bibliografia di riferimento sarà disponibile sul sito eLearning del corso e comunicata a lezione dal docente.

Alcune referenze sono indicate qui di seguito:

DOI 10.15252/embj.2022112907

doi.org/10.1016/j.molmed.2020.09.014

doi.org/10.1038/s41392-024-02083-w

DOI: 10.1016/j.virol.2024.110324

https://doi.org/10.1080/21645515.2025.2514356

https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.12.002

Obiettivi generali Il corso si propone di preparare gli studenti sui principali aspetti della biodiversità umana in un quadro di riferimento evoluzionistico, rendendoli consapevoli della rilevanza di tale disciplina per la ricerca sia di base che biomedica. Obiettivi specifici Sviluppare la “conoscenza e comprensione” della biodiversità umana, in particolare negli aspetti biomolecolari. Stimolare la “capacità di applicare conoscenza e comprensione” attraverso l’utilizzazione di risorse online e software dedicati di uso corrente negli studi sulla biodiversità umana a livello genetico e genomico. Sviluppare la “capacità critiche e di giudizio” attraverso la discussione in aula di argomenti prescelti nel corso delle lezioni frontali. Promuovere la “capacità di comunicare quanto si è appreso” attraverso l’esposizione di un argomento a scelta al termine del corso.

Il corso è diviso in due moduli:

Modulo I

• Evoluzione umana: attuali indirizzi di ricerca e radiazione evolutiva dei Primati.
• Metodi di studio: analisi della variabilità biologica del record fossile; metodi di datazione; definizione delle specie fossili.
• Tratti evolutivi umani: bipedismo ed encefalizzazione – costi e benefici.
• Neanderthal, Denisoviani e aDNA: confronto tra specie.
• Clima e cultura: transizioni climatiche (Pleistocene/Olocene) e culturali (Paleolitico/Neolitico).
• Variabilità Umana e Biodiversità: Conoscenze sulla variabilità fenotipica e genetica dell'uomo. Studio della diffusione di Homo sapiens e il popolamento dei continenti.

Modulo II

• Popolamento globale e antropologia: studio dei marcatori uniparentali (mtDNA, chrY) e autosomici.
• Evoluzione biologico-culturale: esempi di coevoluzione geni-cultura (es. persistenza della lattasi).
• Adattamento ambientale e geni: analisi di geni ad alta variabilità in popolazioni specifiche (es. EGLN1/EPAS1 per l’altitudine, geni della pigmentazione cutanea). • Epigenetica, plasticità e biodiversità umana: metodologie di studio dell’epigenoma (es. metilazione del DNA, ChIP-seq); impatto dell’ambiente e della cultura sui profili epigenetici.
• Modelli predittivi e sanità pubblica: utilizzo di GWAS e polygenic scores in popolazioni diverse; implicazioni per la medicina personalizzata e la salute globale.
• Questioni etiche e grandi progetti genomici.
• Modulo I (Settimane 1-10)
• Testi di riferimento: - Testi di riferimento. - Articoli scientifici recenti assegnati dal docente. - Materiali integrativi (slide e risorse online).
• Modulo II (Settimane 11-20)
• Testi di riferimento: - Testi di riferimento. - Articoli scientifici recenti assegnati dal docente. - Materiali integrativi (slide e risorse online).

Prova orale, con eventuale presentazione di un argomento a scelta per gli studenti frequentanti.

L’esame verifica le conoscenze in ambito (a) evolutivo, (b) molecolare e (c) paleoantropologico con riferimento all’evoluzione umana.

Determinazione del voto finale (frequentanti):

Presentazione in classe di un articolo scientifico con discussione – 30%

Esame orale finale – 70%

Criteri di valutazione:

a) padronanza dei contenuti scientifici;

b) capacità di analisi critica e di argomentazione logica;

c) uso di un linguaggio e di una terminologia appropriati;

d) abilità comunicative e capacità di sintesi nella presentazione.

Non frequentanti / studenti senza presentazione:

La valutazione sarà basata esclusivamente sull’esame orale (100%)

Luca Sineo, Jacopo Moggi Cecchi, Manuale di Antropologia. Evoluzione e biodiversità umana, UTET Università, 2022.

Mark A. Jobling, Brenna Henn, Edward Hollox, Toomas Kivisild, Luca Pagani, Chris Tyler-Smith, Human Evolutionary Genetics (III ed., in uscita 2026).

All’inizio del corso la docente presenterà e discuterà i testi di riferimento, chiarendo modalità e priorità di studio.

Sarà inoltre fornita una selezione di articoli scientifici recenti pertinenti agli argomenti trattati; tali articoli saranno presentati dagli studenti in aula e discussi collettivamente.

Eventuali materiali integrativi (slide, capitoli, risorse online) saranno messi a disposizione durante il corso.

Il ciclo di divisione cellulare è alla base di processi fondamentali come lo sviluppo, la crescita, la rigenerazione, il mantenimento delle cellule staminali e la differenziazione. Esso integra tutti i livelli di controllo che operano nella biologia molecolare; la perdita di tali controlli favorisce la trasformazione cellulare e la crescita neoplastica. Il corso esaminerà criticamente i concetti emergenti, i modelli sperimentali e i metodi all'avanguardia negli studi sul ciclo cellulare con l'obiettivo di comprenderne i meccanismi regolatori e chiarire i percorsi convergenti tra sviluppo e cancro.

Il corso sul ciclo cellulare mira a fornire conoscenze molecolari aggiornate per affrontare questi problemi. A tal fine il programma prevede due moduli:

1. Basi molecolari del ciclo cellulare e dei suoi checkpoint.

2. I meccanismi di divisione cellulare e la loro importanza nell'origine e nella terapia del cancro.

MODULO 1. Basi molecolari del ciclo cellulare e dei suoi punti di controllo.

Il motore del ciclo cellulare: concetti e percorsi

Il ciclo cellulare al centro dei processi vitali. Il motore del ciclo cellulare e i livelli di controllo. Cicline, funzione e conservazione di molecole oscillatorie e checkpoint. Panoramica dei diversi meccanismi di regolazion: trascrizionali, post-trascrizionali e di proteolisi.

Ingresso nel ciclo cellulare vs. quiescenza

La proliferazione è spesso antagonista della differenziazione; la fase G0 e G1 sono fasi molecolarmente distinte; il punto di restrizione; le cicline di tipo D; la parte iniziale del ciclo cellulare è in gran parte sotto controllo trascrizionale; la famiglia delle proteine del retinoblastoma; i fattori di trascrizione E2F; gli inibitori delle chinasi ciclina-dipendenti.

Ciclo cellulare nello spazio e nel tempo

Il ciclo cellulare varia da organismo a organismo e da cellula a cellula. Modulazione del ciclo cellulare in base alle esigenze della cellula; cambiamenti nel ciclo cellulare durante lo sviluppo precoce della Drosophila; rigenerazione e sviluppo; rilevanza funzionale della poliploidia nella salute e nella malattia.

Checkpoint di senescenza - quando le cellule invecchiano

Tipi di arresto della senescenza; attivatori della senescenza; esempi di senescenza cellulare; meccanismi molecolari di arresto irreversibile; fenotipi associati alla senescenza, compresi i cambiamenti della cromatina e l'attivazione delle vie secretorie; cambiamenti nel microambiente dei tessuti; livello organismico;

ESERCIZIO DI GRUPPO: Pleiotropia antagonista dell'invecchiamento umano - esplorare e spiegare.

Replicazione del DNA, danno al DNA e sindromi dello sviluppo -

Identificazione delle origini di replicazione del DNA; controllo epigenetico dei complessi di riconoscimento delle origini; esperimenti di fusione cellulare; complessi di pre-replicazione e loro attivatori; la regola dell'una e una sola volta per lo svolgimento delle origini del DNA; molti componenti interagiscono nell'iniziazione della replicazione del DNA; errori di licenza, iperplicazione e cancro; progressione attraverso la fase S; coesine; coesinopatie; condensine; la licenza del DNA è coordinata con la licenza del centrosoma.

ESERCIZIO DI GRUPPO: Il DNA replicante è intrinsecamente fragile e possono verificarsi diversi tipi di danni - Presentare in dettaglio gli errori replicativi e i risultati.

CRISPR e ingegneria del DNA ripetitivo

Conferenza speciale e panoramica della ricerca: Evelyne Tassone (Laboratorio Giunta)

MODULO 2. I meccanismi della divisione cellulare e la loro importanza nell'origine e nella terapia del cancro

Cromatina, architettura nucleare e destino cellulare

Organizzazione della cromatina, modificazioni degli istoni, architettura nucleare, laminazione, complesso della coesina

Preparazione della segregazione cromosomica: Antefase, rottura dell'involucro nucleare e condensazione cromosomica.

Anelli di feedback positivo nell'attivazione di Cdk1. Substrati citoplasmatici e nucleari. Ripristino della mitosi in base alle attività del ciclo cellulare. Condensazione cromosomica: struttura e ruolo della condensina e dei complessi di coesione. Risoluzione dei cromatidi fratelli e individualizzazione dei cromosomi. Rottura dell'involucro nucleare e disassemblaggio del poro nucleare.

Preparazione della segregazione dei cromosomi: Assemblaggio dell'apparato mitotico e forze del fuso.

Struttura dei microtubuli e loro instabilità dinamica. Proteine motrici dell'estremità inferiore e superiore. Le chinesine e la dineina nella formazione del fuso mitotico. Le diverse vie di assemblaggio del fuso mitotico.

I cinetocori e il checkpoint dell'assemblaggio del fuso.

Centromeri puntiformi e regionali. Determinazione epigenetica della funzione dei centromeri. Proteine costitutive del cinetocoro e assemblaggio del cinetocoro in mitosi. Interazioni microtubulo-cinetocoro: dalle interazioni laterali a quelle terminali. Attacchi microtubulo-cinetocore. Approcci genetici, di biologia cellulare e biochimici nella scoperta del checkpoint di assemblaggio del fuso. Il ruolo di APC/C nella promozione dell'anafase e la sua regolazione da parte della SAC. Formazione del complesso MCC.

Interazioni cinetocoro-microtubulo, correzione degli errori e segregazione cromosomica.

Interazioni errate cinetocoro-microtubulo e loro ruolo nella SAC. Scoperta e conseguenze degli attacchi merotelici. Il complesso CPC: struttura, localizzazione e substrati. Correzione degli errori dipendente da Aurora B e ruolo della tensione. Oscillazioni in metafase e movimento dei cromosomi in anafase.

Uscita mitotica: molteplici meccanismi all'opera.

Il complesso promotore dell'anafase: struttura, attivazione multistep, substrati precoci e tardivi. Il caso della ciclina A. Proteolisi regolata dall'anafase al G1. Licenza di replicazione. Contrasto delle attività di chinasi e fosfatasi all'uscita dalla mitosi. PP1 e PP2A nell'uscita mitotica. Riforma dell'involucro nucleare e dei pori nucleari. Inversione dell'individualizzazione dei cromosomi

La mitosi come bersaglio terapeutico nel cancro.

Inibitori dei microtubuli nella terapia del cancro: la complessità del destino cellulare dopo gli inibitori dei microtubuli. Lo slittamento mitotico e il modello delle reti concorrenti. Vie apoptotiche nelle cellule in arresto mitotico e ruolo di Myc. Altri bersagli mitotici. Induzione di alti livelli di instabilità cromosomica come strategia terapeutica. Stabilità del legame cinetocoro-microtubulo e terapia del cancro.

ESERCIZIO DI GRUPPO: Discutete le origini della resistenza ai chemioterapici.

Errore mitotico, aneuploidia, CIN e cancro.

Le diverse fonti di errore mitotico: difetti del checkpoint e della coesione, attacchi merotelici, vie di amplificazione del centrosoma e tetraploidia. Effetti a breve termine dell'aneuploidia cromosomica. Cromotropia. Attivazione di P53 in seguito a missegregazione cromosomica.

Aneuploidia e instabilità cromosomica e loro presenza nel cancro: studi cromosomici e genomici. Prove sperimentali del ruolo dell'instabilità cromosomica nel cancro. Modelli umani di instabilità cromosomica e predisposizione al cancro. Modelli murini di mutazioni nelle proteine mitotiche. Cambiamenti genomici e proteomici nelle cellule aneuploidi. Stress associati all'aneuploidia.

ESERCIZIO DI GRUPPO: Disegnate il ciclo BFB nei dettagli.

I checkpoint di integrità del DNA: risposta locale e globale e segnalazione al macchinario di ingresso mitotico.

Tipi di danno al DNA; numerose vie di riparazione del DNA; organizzazione formale della risposta al danno al DNA; attori comuni nei checkpoint di replicazione e riparazione del DNA; mutazioni DNA-defettive e mutazioni checkpoint-defettive: L'Atassia Telangectasia (e il RAD9 del lievito) sono efficienti nella riparazione ma difettosi nel checkpoint; le chinasi ATM/ATR e i loro effettori a valle; i checkpoint di replicazione e riparazione del DNA: risposte locali e globali; i sistemi di checkpoint convergono sulla regolazione della ciclina B1.

ESERCIZIO DI GRUPPO: Catalogare i tipi di danno al DNA con le relative risposte e vie di riparazione.

Esame orale con presentazione di un articolo da concordare con le docenti.

Alberts et al. Molecular Biology of the Cell – 7th Ed (2022)

Pollard et al. Cell Biology – 4th Edition (2023)

La bibliografia di riferimento verrà indicata durante le lezioni e sarà presente sul materiale a disposizione sul sito eLearning del corso."

Obiettivi generali: l’obiettivo principale dell’insegnamento è quello di fornire agli studenti le conoscenze di base sullo smistamento ed il traffico di molecole nella cellula, con speciale attenzione all’indirizzamento delle proteine nei diversi distretti sub-cellulari. Le lezioni prevedono un percorso formativo che riprende i concetti di base di biologia cellulare per proseguire con l’approfondimento dei meccanismi molecolari alla base dei processi di differenziamento spaziale e funzionale delle diverse regioni che costituiscono la cellula. Saranno inoltre analizzate le alterazioni che si riscontrano in tali processi, in associazione con diverse patologie.
Obiettivi specifici: gli studenti che avranno superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) le diverse destinazioni che interessano il traffico intracellulare al fine di definire la specializzazione e il differenziamento della cellula. Si approfondirà il concetto di smistamento basato su sequenze segnale specifiche, e i principali tipi di trasporto: da quello selettivo che interessa lo spostamento di materiale tra nucleo e citoplasma (e vice versa), al trasporto attraverso le membrane dei diversi compartimenti quali il reticolo endoplasmatico e i mitocondri, a quello vescicolare come via di comunicazione tra i compartimenti della via secretoria e la membrana plasmatica. Il trasporto vescicolare sarà anche descritto in entrata con il processo dell’endocitosi e cenni sull’esocitosi regolata saranno focalizzati alla descrizione dei meccanismi che regolano il rilascio dei neurotrasmettitori ai terminali presinaptici. Saranno inoltre trattati argomenti relativi ai checkpoints presenti nella cellula per assicurarsi che lo smistamento avvenga in maniera corretta. Il ripiegamento delle proteine e i sistemi di controllo di qualità di tale processo. Infine saranno descritte le vie degradative della cellula: proteosoma per le proteine citosoliche e di provenienza dal reticolo endoplasmatico Gli studenti che avranno superato l’esame saranno in grado (competenze acquisite) di argomentare e ragionare sui diversi meccanismi molecolari alla base del funzionamento della cellula; e di descrivere le metodologie sperimentali che hanno portato a comprendere tali meccanismi. La capacità di esporre le nozioni apprese durante il corso, verrà valutata a fine corso dando la possibilità agli studenti di preparare una breve relazione orale (anche di gruppo) supportata dalla proiezione di slides su un articolo sperimentale inerente ad uno degli argomenti trattati nella parte generale del corso. Questa prova permetterà agli studenti di maturare il lessico scientifico appropriato per esporre argomenti di biologia cellulare da un punto di vista della problematica affrontata e degli approcci sperimentali e di esercitarsi perciò a comunicare quanto appreso. Gli studenti vengono stimolati a studiare autonomamente gli argomenti trattati durante il corso, integrando gli appunti personali e le dispense con gli articoli scientifici e le reviews messe a disposizione dal docente. Tra gli obiettivi che il corso si prevede, infatti vi è lo stimolare il senso critico verso la comprensione di un articolo scientifico. Inoltre il docente invita all’approfondimento individuale di argomenti che suscitano maggiore interesse negli studenti, tramite la richiesta di ulteriore materiale di approfondimento. Al fine di sviluppare negli studenti un maggior collegamento tra una problematica di studio e l’approccio sperimentale per studiarla, il corso prevede almeno 4 lezioni seminario tenute da ricercatori di questa Università e di altri istituti di ricerca che espongono la loro linea di studio e ricerca su una patologia che insorge per problemi ai meccanismi molecolari e cellulari trattati nel corso. Questo espone gli studenti all’interazione diretta con ricercatori di varie aree di studio ed offre la possibilità di rendere meno teorici gli argomenti trattati e più applicativi. Inoltre gli studenti possono considerare la possibilità di svolgere la tesi magistrale presso i laboratori dei ricercatori invitati.

Lezioni frontali (6 crediti formativi, 48 ore svolte in 24 lezioni), divise nelle seguenti sezioni:

Concetti di base (2 lessons, 4 hours)

Introduzione ai concetti di smistamento e trafficking delle proteine nella cellula. Il concetto di sequenza segnale.

Trasporto nucleo/citoplasma (3 lessons: 6 hours)

il complesso del poro e meccanismi di regolazione. Esempi specifici di modificazioni post-traduzionali che regolano il trasporto di diversi fattori di trascrizione: NF-KB, p53, FOXO, NF-AT e le -catenine. L’uscita degli RNA messaggeri dal nucleo al citoplasma.

La via secretoria (9 lezioni: 18 ore)

Il complesso della SRP e la traslocazione delle proteine nella membrana del reticolo endoplasmatico. Concetti generali sul folding delle proteine (citoplasma e reticolo endoplasmatico a confronto), classi di molecole coinvolte. Degradazione e ERAD ed il ruolo della glicosilazione. Condizioni di stress del reticolo endoplasmatico, quando il folding diventa misfolding e l’attivazione della risposta alle proteine malripiegate (UPR). Il traffico vescicolare dal RE al Golgi passando per l’ERGIC. I rivestimenti delle vescicole. La stazione di smistamento del Trans Golgi Network. I segnali di smistamento per le idrolasi acide dei lisosomi. Esocitosi regolata ed endocitosi. La via citoplasmatica: mitocondri e perossisomi.

Lezioni seminario (7 lezioni: 14 ore):

1) La fibrosi cistica e le mutazioni del recettore transmembrana CFTR come esempio di malripiegamento proteico e ritenzione della proteina mutata nel reticolo endoplasmatico. Potenziatori e correttori per ripristinare il corretto traffico sulla superficie.

2) Analisi di una mutazione, associata all’autismo, nel gene Neurolighina3 che altera il ripiegamento proteico e favorisce il trattenimento nel reticolo endoplasmatico.

3) Fenib, demenza senile come esempio di patologia neurodegenerativa caratterizzata da accumulo di polimeri della proteina neuroserpina.

4) Sindrome dell’oligofrenina, studio di modelli cellulari di patologia tramite iPSC.

5) Sclerosi Laterale Amiotrofica: l'impatto di mutazioni sul trasporto nucleo-citoplasma.

6) Malattie da prioni

7) Autofagia-la scoperta della proteina Ambra: meccanismi molecolari.

Tesine degli studenti su un articolo scientifico a scelta dello studente sugli argomenti correlati

al programma del corso (3 lezioni: 6 ore)

L'esame è orale e comprende almeno due domande sugli argomenti spiegati (che comprendono anche le lezioni seminario)

e una domanda tecnica sugli approcci sperimentali affrontati durante il corso.

Testo di base di riferimento per la biologia cellulare e molecolare:

Biologia molecolare della cellula di B. Alberts, Watson Jamnes D.

Articoli, sia lavori sperimentali originali che reviews, che vengono messi a disposizione degli studenti.

Per ogni argomento sono resi disponibili sulla piattaforma di elearning2 articoli e review relative

agli argomenti esposti in classe.

La bibliografia di riferimento aggiornata è consultabile alla pagina web del corso:

https://elearning2.uniroma1.it

La prova finale consiste nella presentazione di un elaborato scritto e di un a discussione orale su una attività sperimentale svolta dal laureando come parte fondamentale del percorso formativo della Laurea Magistrale GBM.

I CFU attribuiti all’attività di tirocinio possono essere acquisiti attraverso attività svolta in laboratorio o la frequenza di seminari scientifici certificati da attestato di presenza e approvati dal CLM.

I CFU attribuiti all’attività di tirocinio possono essere acquisiti attraverso attività svolta in laboratorio o la frequenza di seminari

scientifici certificati da attestato di presenza e approvati dal CLM.

• Attività svolta in laboratorio o frequenza di seminariscientifici certificati da attestato di presenza e approvati dal CLM.

I CFU attribuiti all’attività di tirocinio possono essere acquisiti attraverso attività svolta in laboratorio o la frequenza di seminari scientifici certificati da attestato di presenza e approvati dal CLM.

Articoli scientifici di riferimento e altro materiale didattico indicati dal supervisore dell'attività di laboratorio o dai relatori dei seminari.

Articoli scientifici di riferimento e altro materiale didattico indicati dal supervisore dell'attività di laboratorio o dai relatori dei seminari.