OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento di Biologia Cellulare e dello Sviluppo ha lo scopo di approfondire le conoscenze della cellula descrivendo nel dettaglio i processi biologici che regolano la comunicazione sia intercellulare che intracellulare tra i diversi compartimenti con particolare attenzione in ogni processo alla regolazione dell’espressione genica sia in condizioni fisiologiche che patologiche e durante lo sviluppo.

The course of Cellular and Developmental Biology aims to deepen the knowledge of the cell by describing in detail the biological processes that regulate both intercellular and intracellular communication between the different compartments with particular attention in every process to the regulation of gene expression both in conditions physiological and pathological and during development.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La Biologia Cellulare e dello Sviluppo ha lo scopo di approfondire le interazioni tra i diversi componenti cellulari, in particolare quelle che svolgono un ruolo nella regolazione dell’espressione genica, sia termini di produzione che di eliminazione delle proteine. Partendo dai meccanismi che regolano l’interazione tra l’ambiente extracellulare ed il nucleo con la finalità ultima della regolazione dell’espressione genica, si passerà ad analizzare altri pathways deputati alla regolazione dell’espressione genica mediante RNA non codificate e meccanismi di controllo di qualità delle proteine. Questo porterà quindi ad affrontare l’argomento della risposta cellulare alla formazione di aggregati proteici, i metodi utilizzabili per studiare questi processi a partire dalle colture cellulari fino alle cellule staminali e agli organoidi. Verranno approfonditi i meccanismi delle transizioni epitelio-mesenchima e mesenchima- epitelio e i meccanismi di comunicazione intercellulare e di migrazione. Una particolare attenzione verrà data al ruolo del citoscheletro in tutti i processi analizzati.
Ogni argomento sarà collegato ai precedenti e lo studente alla fine dell’insegnamento sarà in grado di connettere tutte le nozioni acquisite, di comprendere come le reti di segnali cellulari siano strettamente integrate e come il citoscheletro si inserisce nella regolazione dei segnali intra ed extra-cellulari.
Lo studio dei processi cellulari sarà affrontato sia da un punto di vista teorico, delineando il ruolo di diversi meccanismi sia in condizioni fisiologiche che nella patologia e nello sviluppo, sia da un punto di vista pratico, guidando con esempi pratici lo studente allo studio dei meccanismi cellulari.

Cellular and Developmental Biology aims at investigating the interactions between the different cellular components, in particular those that play a role in regulating gene expression, both in terms of production and elimination of proteins. Starting from the mechanisms that regulate the interaction between the extracellular environment and the nucleus with the ultimate aim of regulating gene expression, we will move on to analyzing other pathways assigned to regulate gene expression by means of non-coding RNAs and quality control mechanisms of proteins. This will therefore lead to address the topic of cellular response to the formation of protein aggregates and the methods that can be used to study these processes starting from cell cultures up to stem cells and organoids. The mechanisms of epithelium-mesenchyme and mesenchyme-epithelium transitions and the mechanisms of intercellular communication and migration will be studied in depth. Particular attention will be given to the role of the cytoskeleton in all the processes analyzed.
Each topic will be joined to the previous ones and at the end of the course the student will be able to connect all the acquired notions, to understand how the cellular signal networks are tightly integrated and how the cytoskeleton fits in the regulation of intra and extra-cellular signals.
The study of cellular processes will be addressed both from a theoretical point of view, outlining the role of different mechanisms both in physiological conditions, in pathology and during development, and from a practical point of view, guiding the student with examples to study the mechanisms.

PREREQUISITI

Per meglio comprendere tutti gli argomenti dell’insegnamento, è’ richiesto che lo studente abbia acquisito le conoscenze di base della citologia e della genetica.

To understand lessons well, it is required that the student has acquired the basic knowledge of Cytology and Genetics

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali mediante l’utilizzo di presentazioni multimediali corredate di alcune lezioni in laboratorio per approfondire determinati argomenti.
Si rimanda alla specifica richiesta didattica di AulaWeb per eventuali aggiornamenti dovuti all'evoluzione della situazione sanitaria ed epidemiologica.

Frontal lessons through the use of multimedia presentations and some laboratory sessions to deepen into specific arguments.

Please refer to the AulaWeb specific teaching request for any updates due to changes in the health and epidemiological situation.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1. Interazioni tra nucleo e citoscheletro nella regolazione dell'espressione genica in risposta a stimoli esterni (mechanosensing-mechanotransduction)
2. Classificazione e funzionamento dei tipi di RNA non codificante nell'espressione genica (microRNA, long ncRNA, circ-RNA) e ruolo nello sviluppo (es. inattivazione del cromosoma X)
3. Sistema ubiquitina-proteasoma: funzionamento, regolazione, assemblaggio
4. Sistemi di controllo di qualità della cellula (UPR, ERAD, RQC)
5. Tipi di autofagia (microautofagia, mediata da chaperone, macroautofagia, organellofagia ubiquitina indipendente e dipendente); ruolo dell’autofagia nella riproduzione.
6. Ruolo del citoscheletro nella macroautofagia: microfilamenti e microtubuli nella formazione degli autofagosomi e nel trasporto delle vescicole.
7. Regolazione reciproca tra autofagia e apoptosi (ruolo delle proteine autofagiche, del citoscheletro e degli autofagosomi)
8. Proteine da aggregazione e risposta cellulare
9. Descrizione di tools cellulari e molecolari per lo studio dei meccanismi analizzati (plasmidi sensori per valutare il funzionamento del sistema UPS, dell’autofagia, plasmidi reporter per studiare l’effetto di microRNA, pianificazione di approcci sperimentali ed esempi)
10. Migrazione cellulare: espressione genica differenziale, citoscheletro e regolazione della formazione delle adesioni focali, migrazione in 2D e 3D, singola e collettiva. Modificazioni post-traduzionali del citoscheletro. Migrazione cellulare durante l’embriogenesi e conseguenze dei difetti di migrazione cellulare.
11. Sistemi a complessità crescente per lo studio di processi di biologia cellulare (colture cellulari monostrato, 2D, 3D, organoidi, sistemi 4D).
12. Cellule staminali: classificazione, caratteristiche; produzione e utilizzo di cellule pluripotenti staminali indotte (iPSCc) e delle MSCs con particolare attenzione al loro secretoma
13. Transizione epitelio mesenchima e mesenchima epitelio: eventi che caratterizzano i due processi e i meccanismi di regolazione reciproca e il loro ruolo nella generazione delle iPSCs
14. Comunicazione intercellulare tramite processi cellulari citonema e "tunneling nanotubes": ruolo del citoscheletro nella loro formazione; utilizzo di questi meccanismi nella segnalazione tra le cellule staminali e nella propagazione di aggregati proteici o di organelli tra neuroni ed astrociti. Ruolo nella segnalazione elettrica durante l’embriogenesi.

1. Interactions between nucleus and cytoskeleton in the regulation of gene expression in response to external stimuli (mechanosensing-mechanotransduction)

2. Classification and functioning of the types of non-coding RNA in gene expression (microRNA, long ncRNA, circ-RNA) and role in development (i.e. inactivation of the X chromosome,

3. Ubiquitin-proteasome system: operation, regulation, assembly

4. Cell quality control systems (UPR, ERAD, RQC)

5. Types of autophagy (microautophagy, mediated by chaperone, macroautophagy, independent and dependent ubiquitin organellophagy); role of autophagy in reproduction.

6. Role of the cytoskeleton in macroautophagy: microfilaments and microtubules in the formation of autophagosomes and in the transport of vesicles.

7. Mutual regulation between autophagy and apoptosis: role of autophagic proteins, cytoskeleton and autophagosomes

8. Proteins aggregation and cellular response

9. Description of cellular and molecular tools for the study of the analysed mechanisms (sensor plasmids to evaluate the functioning of the UPS system, autophagy, reporter plasmids to study the effect of microRNA, planning of experimental approaches and examples)

10. Cell migration: differential gene expression, cytoskeleton and regulation of focal adhesion formation, migration in 2D and 3D, single and collective migration. Post-translational modifications of the cytoskeleton. Cell migration during embryogenesis, consequences of cell migration defects.

11. Increasingly complex systems for the study of cell biology processes (single-layer, 2D, 3D, organoid, 4D systems).

12. Stem cells: classification, characteristics; production and use of induced pluripotent stem cells (iPSCc) and MSCs with main attention to their secretome

13. Epithelium-mesenchyme transition and mesenchyme-epithelium transition: events that characterize the two processes and mechanisms of mutual regulation and their role in the generation of iPSCs

14. Intercellular communication through cellular processes cytonema and "tunneling nanotubes": role of the cytoskeleton in their formation; use of these mechanisms in signaling between stem cells and in the propagation of protein aggregates or organelles between neurons and astrocytes. Role in electrical signalling during embryogenesis.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Per ogni lezione verranno forniti su AulaWeb articoli inerenti l’argomento.

Per alcuni argomenti può essere utilizzato il libro Bruce Alberts Alexander Johnson Julian Lewis David Morgan Martin Raff Keith Roberts Peter Walter “Biologia molecolare della cellula”, ed. Zanichelli

For each lesson, articles on the topic will be provided on AulaWeb, in addition to slides used during frontal lessons

For some topics the book Bruce Alberts Alexander Johnson Julian Lewis David Morgan Martin Raff Keith Roberts Peter Walter "Molecular biology of the cell", ed. Zanichelli can be used