PRESENTAZIONE

Biologia Molecolare è un insegnamento intensivo di 64 ore articolato in 32 lezioni frontali di due ore, collocato nel secondo semestre del secondo anno del Corso di Studi di Biotecnologie. L'orario prevede tre lezioni a settimana. Il programma dell'insegnamento copre gli aspetti generali della biologia molecolare, dalla struttura dei genomi e i meccanismi che ne controllano l'integrità agli aspetti di regolazione dell'espressione genica in procarioti ed eucarioti.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Biologia Molecolare è un corso intensivo diviso in 32 lezioni di due ore, per un totale di sei ore a settimana. Il corso si prefigge di fare acquisire conoscenze sulla struttura e complessità del genoma eucariotico, sulla sua organizzazione strutturale e funzionale anche mediante il confronto con l'organizzazione dei genomi batterici e tenendo conto degli aspetti evolutivi connessi. Il corso si prefigge inoltre di chiarire i meccanismi preposti al controllo della stabilità del genoma, quali l'accuratezza della replicazione e i meccanismi riparativi del DNA. Particolare risalto è dato ai meccanismi di regolazione dell'espressione genica, sia nei batteri, sia negli eucarioti. Il corso si prefigge inoltre di fornire informazioni sulle tecniche di biologia molecolare utilizzate per la produzione di organismi transgenici. Il corso è svolto in modo interattivo, al fine di coinvolgere lo studente in esperimenti teorici e spingerlo a elaborare ipotesi e possibili strategie sperimentali per verificarle. Il corso prevede ogni anno un'unità dedicata all'analisi di letteratura scientifica primaria (uno o più articoli correlati) e un'unità dedicata ad un seminario su argomenti di biologia molecolare dei tumori.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento si prefigge di fare acquisire allo studente conoscenze sulla struttura, organizzazione e complessità dei genomi procariotici ed eucariotici, sui meccanismi di replicazione e riparazione del DNA e loro accuratezza, sulla regolazione dell'espressione genica nei procarioti e negli eucarioti, con particolare enfasi sui metazoi. Le lezioni sono organizzate in modo da stimolare la partecipazione attiva degli studenti che sono incentivati a ragionare criticamente sui temi affrontati e a risolvere problemi e con esperimenti concettuali in modo.

Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:

- descrivere con terminologia corretta i processi di trasmissione dell'informazione genica, la struttura generale dei genomi procariotici ed eucariotici, i meccanismi che sottostanno alla regolazione dell'espressione genica.

- inquadrare il ruolo che i processi evolutivi hanno avuto nel definire l'accuratezza dei vari livelli di trasmissione dell'informazione genica.

- apprezzare il grado di affidabilità di tesi ed affermazioni relative alla biologia molecolare della cellula sulla base del tipo di evidenze sperimentali su cui sono basate

-applicare le conoscenze acquisite per ideare semplici disegni sperimentali volti a dimostrare semplici ipotesi relative a problemi di biologia molecolare.

PREREQUISITI

Oltre alle propedeuticità da regolamento, per seguire con maggior facilità il corso sarebbe opportuno avere chiari i concetti di base del corso di informatica (informazione, logica booleana) e matematica (proprietà dei logaritmi, generalità su funzioni continue).

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali, questionari di riepilogo svolti con strumenti informatici, lezione seminariale

PROGRAMMA/CONTENUTO

Lezione 1: Biomolecole, controllo dei processi biologici e catalisi. Le aminoacil-tRNA sintetasi e il mantenimento del codice genetico.

Lezione 2: Catalisi a RNA: introni di gruppo I; ribozimi hammerhead. Il mondo a RNA.

Lezione 3: Le basi del DNA, appaiamento, solco maggiore e minore, interazioni DNA-proteina. Il codice genetico, quadri di lettura, frequenza dei codoni.

Lezione 4: Struttura dei genomi batterici e genomi eucariotici. Considerazioni sull'organizzazione del genoma procariotico.

Lezione 5: Famiglie geniche e duplicazioni di regioni genomiche. Il crossing over ineguale. Evoluzione del cluster delle globine.

Lezione 6: Modularità delle proteine. L’organizzazione ad introni ed esoni e il suo probabile significato evolutivo. I Trasposoni come motore dei riarrangiamenti genomici

Lezione 7: Cinetiche di riassociazione e curve C0t. Sequenze ripetute. Il DNA satellite. La dinamica delle sequenze ripetute semplici. Mini e microsatelliti.

Lezione 8: Elementi trasponibili. Elementi IS e trasposoni batterici tipici. ll ciclo vitale dei retrovirus. Retrotrasposoni non retrovirali. Elementi trasponibili nel genoma dei mammiferi. LINES e SINES

Lezione 9: La replicazione del DNA considerazioni generali sulla frequenza di mutazioni. Considerazioni sull’accuratezza di replicazione e sulla necessità di primers a RNA.

Lezione 10: Considerazioni sull’accuratezza di replicazione e sulla necessità di primers a RNA. Anatomia molecolare della forca replicativa. Polimerasi III oloenzima. Elicasi, Ssbp, ligasi.

Lezione 11: Topologia del DNA, numero di legame. Topoisomerasi di classe I e II.

Lezione 12: Le DNA-polimerasi eucariotiche. Importanza della metilazione. Origini di replicazione negli eucarioti. Velocità di replicazione. Telomerasi

Lezione 13: Riparazione degli appaiamenti errati sul filamento neosintetizzato.

Lezione 14: Danni al DNA e strategie di riparazione dei danni più comuni. NER, BER, sistemi SOS.

Lezione 15: Ricombinazione generale, crossing-over e conversione genica.

Lezione 16: Animali transgenici knock-out e knock-in. Costrutti per il targeting, metodi per la selezione dei ricombinanti omologhi. Ricombinazione sito specifica CRE/LoxP . Knock-out condizionali.

Lezione 17: Esempio d'uso di animali transgenici e della ricombinazione Cre/Lox: La progenie della glia radiale (Organizzato sul modello di seminario scientifico con materiale in inglese).

Lezione 18: Le proprietà emergenti dei sistemi complessi. I sistemi di regole iterative locali e gli automi cellulari.

Lezione 19: Il controllo dell'espressione genica. Controlli trascrizionali: il paradigma dei batteri. Le RNA polimerasi e la struttura della RNA polimerasi di E-coli

Lezione 20: Strategie di controllo della trascrizione di operoni. Subunità sigma. Terminazione della trascrizione. Strategie di controllo basate su la terminazione Rho dipendente

Lezione 21: Repressori trascrizionali batterici, domini di legame al DNA. Attenuatore dell'operone del triptofano. Ribointerruttori. Le polimerasi eucariotiche. Differenze strutturali e funzionali

Lezione 22: Le RNA polimerasi eucariotiche. Distribuzione del lavoro di trascrizione. Factories trascrizionali e nucleolo. Il ruolo di Pol-III.

Lezione 23: La regolazione della trascrizione da Pol-II. Promotori basali della RNA polimerasi II. Fattori "generali" e tessuto specifici. Strategie cooperative e combinatoriali di attivazione/inibizione.

Lezione 24: Fattori di trascrizione, loro domini strutturali più comuni. La determinazione dell’asse antero-posteriore di Drosophila. I geni Gap. Promotori dei Geni pair-rule primari e secondari.

Lezione 25: Circuiti logici di regolazione trascrizionale. Controlli ad ampio raggio, Modificazioni istoniche. Rimodellamento della cromatina. Metilazione del DNA e imprinting.

Lezione 26: Processi post-trascrizionali. Capping e poliadenilazione. L'editing dei messaggeri. Lo splicing. Ruolo delle SnuRPs e la catalisi a RNA. Ordine di splicing e splicing alternativo. I

Lezione 27 ll controllo dello splicing e la determinazione del sesso in Drosophila. Il trasporto nucleare ed il controllo NMD. Localizzazione dei messaggeri.

Lezione 28 La stabilità dei messaggeri. Nanos e Bicoid nel controllo della stabilità dei messaggeri. L'RNA interference e i MicroRNA ed il concetto di nucleasi "programmabili". L'uso dei microRNA artificiali in laboratorio

Lezione 29: Nucleasi programmabili per DNA: la scoperta dei sistemi CRISPR-CAS. Editing genomico ed altri esempi di utilizzazione dei sistemi CRISPR-CAS nella pratica di laboratorio.

Lezione 30: Traduzione: meccanica, energie in gioco, controllo dell’accuratezza.

Lezione 31: Controllo del folding: le chaperonine hsp70 e hsp60.

Lezione 32: Esame di un articolo da letteratura

TESTI/BIBLIOGRAFIA

BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA - ALBERTS et al. Ed. 6 -2016

BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE – WATSON et al. Ed. 7 - 2015

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

IRENE APPOLLONI (Presidente)

PAOLO MALATESTA (Presidente)

DAVIDE CERESA

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Prima giornata disponibile da orario lezioni del secondo semestre.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame Orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi del corso è valutato, durante lo svolgimento del corso stesso, con 3 prove in itinere costituite da questionari con domande a scelta multipla il cui risultato NON si riflette sul voto dell'esame, ma che permette di valutare l'efficacia dell'insegnamento in corso d'opera, permettendo eventuali aggiustamenti.

L'esame di profitto al termine del corso consiste in una prova orale della durata media di un'ora per candidato, suddivisa in tre parti: la prima consiste nel richiedere al candidato di disegnare la formula di struttura di uno dei nucleotidi, o coppie di basi correttamente appaiate. Qualsiasi errore in questa fase preclude il proseguimento della prova. La seconda parte verte su un argomento a scelta del candidato al quale vengono fatte domande approfondite nell'assunzione che l'argomento scelto sia quello conosciuto meglio. Infine la terza parte consiste in tre o quattro domande su punti qualsiasi del programma volti a chiarire il livello di copertura del programma stesso.

Calendario appelli