OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento di genetica molecolare umana riguarda l'organizzazione e l'espressione del genoma umano, i metodi molecolari per lo studio della funzione genica e gli approcci terapeutici per il trattamento delle malattie genetiche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento di Genetica Umana Molecolare si prefigge di approfondire le conoscenze e la comprensione dei meccanismi biologici e genetici che controllano e regolano l’espressione genica, sia durante la normale crescita cellulare sia nel caso di trasformazione neoplastica. Saranno forniti gli strumenti per comprendere le principali strategie e tecniche di genetica molecolare utilizzate per lo studio di geni e genomi. Lo studente avrà acquisito competenze teoriche e metodologiche che gli permetteranno di applicare i corretti metodi di studio per risolvere specifici problemi nel campo della genetica umana molecolare.

PREREQUISITI

Per affrontare i contenuti dell’insegnamento sono necessarie le conoscenze dei concetti base di genetica e biologia molecolare.

PROGRAMMA/CONTENUTO (Biotecnologie Biomediche)

Per il modulo di Biotecnologie, in dettaglio saranno affrontate le seguenti tematiche:

Produzione di organismi unicellulari geneticamente modificati, tecniche e impieghi.

Produzione di proteine ricombinanti in batteri, lieviti e cellule di insetto e di mammifero.

Animali transgenici, tecniche biotecnologiche produzione dagli invertebrati (C. Elegans, D. melanogaster) ai mammiferi (M. musculus).

Terapie cellulari con cellule staminali adulte: HSC ed MSC

La scoperta delle iPSC e i loro possibili impieghi in campo biomedico

La terapia genica: introduzione alla tecnica, metodi di trasferimento virali e non virali, protocolli di terapia genica dal 1990 ad oggi

Moderne tecniche di editing del genoma: meganucleasi, zinc finger nucleasi, TALE nucleasi e sistema CRISPR/CAS9

I principi delle 3R: i limiti della sperimentazione animale e lo sviluppo di nuove tecnologie alternative più predittive rispetto al modello animale, la produzione di organoidi, i sistemi cellulari 3D dinamici, micro-fluidica e milli-fluidica.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento è costituito da lezioni frontali, erogate mediante presentazioni multimediali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo prevede la presentazione e la discussione dei seguenti argomenti:

- METODI DI ANALISI DEL DNA E DELL'ESPRESSIONE GENICA: Metodi di amplificazione del DNA; principi e applicazioni attuali del sequenziamento di acidi nucleici; utilizzo di microarray; applicazioni tramite NGS; analisi di regioni modificate epigeneticamente.

- STUDIO DELLA FUNZIONE GENICA: Analisi dell’espressione genica mediante microarray e NGS, inattivazione genica, identificazione di partner molecolari .

- ORGANIZZAZIONE DEL DNA: Istoni, nucleosomi, eucromatina e eterocromatina (costitutiva e facoltativa); cromatina e cromosomi eucariotici; identificazione dei territori cromosomici.

- CENTROMERI: Struttura e funzione deI centromeri e dei cinetocori; checkpoint mitotico.

- TELOMERI: Replicazione del DNA alla fine dei cromosomi ed erosione dei telomeri; struttura e funzione dei telomeri; minisatellite telomerico; telomerasi e shelterin; struttura del “t-loop”; fusione e instabilità dei cromosomi per deficit da telomerasi (NHEJ).

- GENOMA UMANO: Composizione: geni codificanti per polipeptidi, geni a RNA, sequenze ripetute in tandem e sequenze ripetute intersperse; genoma mitocondriale; meccanismo di instabilità dei microsatelliti; ruolo della duplicazione genica e intragenica nell’evoluzione del genoma.

- LA MODIFICAZIONE DELLA CROMATINA E I FATTORI EPIGENETICI NELLA REGOLAZIONE GENICA: Meccanismi epigenetici (metilazione del DNA, metilazione e acetilazione degli istoni) e ruolo; proteine coinvolte nella metilazione del DNA e modificazione degli istoni; epigenomi; imprinting genomico; RNA lunghi non codificanti.

- INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X: Importanza del dosaggio genico; inattivazione del cromosoma X nei mammiferi; centro di inattivazione del cromosoma X; meccanismo di inattivazione del cromosoma X; regioni pseudoautosomiche dei cromosomi sessuali.  

- ORIGINI DELLA VARIABILITÀ DELLA SEQUENZA DEL DNA Errori endogeni nella replicazione del DNA, nella segregazione cromosomica ed errori di ricombinazione; danno esogeno.

- RIPARAZIONE DEL DNA Riparazione del danno al DNA su singolo e doppio filamento; disordini ereditari dei meccanismi di riparazione del DNA.

- EFFETTI DELLA VARIABILITA’ GENETICA SUL FENOTIPO Effetti neutri ed effetti dannosi; variabilità funzionale, selezione positiva ed evoluzione adattativa.

- MALATTIE GENETICHE UMANE: Approcci molecolari  e cellulari per lo studio e la cura di alcune malattie genetiche; meccanismi alla base di malattie genetiche da espansione di triplette.

 - GENETICA E GENOMICA DEL CANCRO: Caratteristiche e capacità delle cellule tumorali; oncogeni e geni oncosoppressori; meccanismi di attivazione di oncogeni (amplificazione, mutazioni puntiformi, gene chimerico da traslocazione, traslocazione in regioni trascrizionalmente attive); geni coinvolti nel controllo del ciclo cellulare; instabilità genomica e disregolazione epigenetica nel cancro; teoria della mutazione somatica (SMT); critiche alla SMT e sviluppo di teorie alternative: Tissue Organisation Field Theory (TOFT).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- T. STRACHAN, J. GOODSHIP. P. CHINNERT, Genetica & genomica, Zanichelli, 2016

- T. STRACHAN, A. P. READ, Genetica molecolare umana, Zanichelli, 2012

Articoli e presentazioni selezionate, utilizzate durante le lezioni, saranno disponibili su AulaWeb al termine di ogni ciclo di lezioni dedicate a un argomento del programma.