PRESENTAZIONE

L’insegnamento “Neurobiologia Evolutiva dello Sviluppo (evo-devo)” affronta alcuni aspetti dell’evoluzione del sistema nervoso e degli organi di senso dei metazoi. In particolare, analizza come cambiamenti nei meccanismi dello sviluppo embrionale hanno potuto generare la diversità di sistemi nervosi che si incontrano negli animali viventi. Indagare il sistema nervoso con un approccio evo-devo è fondamentale per comprenderne la complessità.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento affronta aspetti relativi all’evoluzione e allo sviluppo del sistema nervoso negli animali, approfondendo alcuni aspetti legati al sistema nervoso centrale e agli organi di senso.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento si pone l’obiettivo di fornire allo studente conoscenze avanzate di Neurobiologia dello Sviluppo, con particolare riferimento ai meccanismi alla base dell’evoluzione del sistema nervoso. Verranno analizzati i meccanismi cellulari e molecolari alla base del differenziamento e della morfogenesi del tessuto nervoso in diversi gruppi animali con approccio comparato. Verrà approfondita l’evoluzione dei placodi cranici e delle creste neurali con cenni sullo sviluppo di strutture sensoriali e neurosecretorie derivate dai placodi cranici nei cordati.

A tal fine, sono discusse le principali metodiche di base e avanzate per l'analisi dell'organizzazione e dello sviluppo del sistema nervoso dei diversi animali.

L'insegnamento si pone quindi i seguenti obiettivi:

1. Impartire nozioni di base di biologia evolutiva, con particolare riferimento ai meccanismi dello sviluppo che originano variabilità ereditabile (evo-devo);
2. Impartire nozioni di base di filogenesi dei metazoi e discutere in modo approfondito il corretto modo di interpretare un albero filogenetico;
3. Descrivere le diverse organizzazioni dei sistemi nervosi dei metazoi;
4. Introdurre il concetto di larva primaria, descriverne il sistema nervoso apicale e discuterne le implicazioni sull’evoluzione del sistema nervoso di invertebrati e vertebrati nonché sull’evoluzione delle larve stesse;
5. Descrivere i principali processi di sviluppo neurale e i le vie di segnalazione che dirigono le cellule verso la specificazione e il differenziamento neurale;
6. Comprendere i meccanismi alla base della regionalizzazione del sistema nervoso dei vertebrati;
7. Discutere le diverse ipotesi sull’origine e l’evoluzione del sistema nervoso integrando i dati embriologici e filogenetici presenti in letteratura;
8. Descrivere la storia evolutiva dei placodi cranici e delle creste neurali.

I risultati di apprendimento attesi sono:

1. Conoscenze e comprensione:

a. Conoscenza della terminologia propria della disciplina;

b. Conoscenza dei metodi di indagine in neuroanatomia comparata e neurobiologia evolutiva dello sviluppo;

c. Conoscenza dei meccanismi molecolari e cellulari che portano allo sviluppo del sistema nervoso in diversi modelli animali;

d. Comprensione dei diversi meccanismi con cui alterazioni dello sviluppo embrionale possono risultare nella comparsa di un nuovo fenotipo.

2. Capacità di applicare conoscenze e comprensione:

a. Leggere un albero filogenetico e utilizzarlo per ricostruire la storia evolutiva di un carattere.

b. Integrare le conoscenze relative ai meccanismi del differenziamento neurale e della filogenesi dei metazoi per rispondere a interrogativi riguardanti l’origine e l’evoluzione del sistema nervoso.

3. Competenze trasversali:

a. Gli argomenti trattati rappresentano un ponte tra la Zoologia, la Biologia Evolutiva, la Biologia dello Sviluppo e la Neuroanatomia e stimolano lo studente a guardare ad alcune conoscenze pregresse con un punto di vista nuovo.

b. Acquisire competenze di base ma solide sul processo dell’evoluzione biologica, che sottende ed è causa ultima di tutti i processi biologici, permette di partecipare con cognizione di causa al dibattito evolutivo anche e soprattutto al di fuori della comunità scientifica.

PREREQUISITI

Per affrontare efficacemente i contenuti dell’insegnamento sono necessarie conoscenze di base di Embriologia e di Zoologia. È inoltre consigliato aver frequentato prima il corso di Biologia dello Sviluppo.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di 16 ore di lezione frontale svolte mediante l’ausilio di presentazioni multimediali.

Gli studenti che hanno una certificazione valida di disabilità fisica o di apprendimento depositata presso l'Ateneo e che desiderano discutere possibili agevolazioni o altre circostanze riguardanti lezioni, compiti e esami, dovrebbero parlare sia con il docente sia con la Professoressa Sara Ferrando (sara.ferrando@unige.it), referente del Dipartimento per le disabilità.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Origine della variabilità ereditabile: evoluzione e sviluppo. Concetti chiave in biologia evolutiva dello sviluppo. Un caso studio di evoluzione del piano corporeo: come lo spinarello ha perso le spine.

Cosa sono gli alberi filogenetici e come leggerli. Filogenesi dei principali phyla animali. L’approccio comparativo. L’importanza della correttezza degli alberi filogenetici per comprendere l’evoluzione del sistema nervoso. Il concetto di larva. Tipi di larve dei gli invertebrati marini. Teorie sull’origine delle larve. Le larve primarie e il loro sistema nervoso.

Morfologia del sistema nervoso nei diversi gruppi animali. Tecniche per lo studio morfo-moelcolare del sistema nervoso. Sistemi nervosi diffusi e centralizzati. Tipi di cervelli. Tipi di cordoni nervosi. Il sistema nervoso dei deuterostomi: echinodermi, emicordati, tunicati, cefalocordati e vertebrati.

Acquisizione del potenziale neurogenico. L’induzione neurale negli anfibi: l’organizzatore. L’induzione neurale negli invertebrati cordati. L’induzione neurale dei vertebrati oltre il modello di default. Ricerca di un organizzatore negli cnidari.

Fasi della neurogenesi. Neurogenesi in drosofila: geni proneurali, inibizione laterale, specificazione e differenziamento di SOP e neuroblasti. Neurogenesi nei vertebrati. Neurogenesi negli cnidari. Neurogenesi in emicordati e cefalocordati. Considerazioni sull’evoluzione della neurogenesi.

Patterning anteroposteriore del sistema nervoso cenrale dei vertebrati: modello attivatore-trasformatore, organizzatori secondari, acido retinoico e codice Hox. Patterning anteroposteriore del tubo neurale dei cefalocordati e origine evolutiva del sistema nervoso dei vertebrati. Patterning mediolaterale del sistema nervoso dei vertebrati: ricerca di una zona proliferativa Notch-dipendente nel tubo neurale di lampreda e anfiosso. Origine evolutiva della complessità del midollo spinale dei vertebrati.

Patterning dorsoventrale del sistema nervoso cenrale dei vertebrati. Evoluzione del patterning neurale dipendente da hedgehog nei cordati. Analisi dell’ipotesi dell’evoluzione convergente dei cordoni nervosi dei bilateri. Ipotesi della nuova testa per spiegare l’origine dei vertebrati. Il confine della piastra neurale dei vertebrati. Cresta neurale: regionalizzazione, tipi cellulari prodotti e gene regulatory network. Placodi cranici: regionalizzazione e tipi cellulari prodotti. Ricerca di omologhi di creste neurali e placodi cranici negli invertebrati cordati. Ipotesi dell’origine evolutiva comune di placodi cranici e creste neurali. Evoluzione delle creste neurali dei vertebrati.

Sistemi nervosi elementari e l’origine dei neuroni. Interazione con l’ambiente nei metazoi privi di sistema nervoso: spugne e placozoi. Ipotesi sull’origine del sistema nervoso: prospettive cellulari e prospettive tissutali a confronto. Single-cell RNA sequencing ed evoluzione dei tipi cellulari neurali. Analisi dei tipi cellulari neurali negli cnidari. Ricerca di protoneuroni nelle spugne: le cellule neuroidi di Spongilla.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le presentazioni PowerPoint del corso e altro materiale didattico saranno disponibili su AulaWeb. Il materiale didattico fornito è in lingua inglese.

Uno dei seguenti testi può essere utilizzat come supporto per alcuni argomenti generali:

• Wolpert, Tickle, Martinez Arias. Principles of Development (6th ed.). Oxford University Press – Italian edition: Wolpert, Tickle, Martinez Arias. Biologia dello Sviluppo (2a ed.). Zanichelli
• Gilbert, Barresi. Developmental Biology (11th ed.). Sinauer Associates Inc. – Italian edition: Gilbert, Barresi. Biologia dello Sviluppo (5a ed.). Zanichelli

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MATTEO BOZZO (Presidente)

SARA FERRANDO

SIMONA CANDIANI (Presidente Supplente)

STEFANO AICARDI (Supplente)

ANDREA AMAROLI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Inizio delle lezioni: Marzo 2025

Consultare orario dettagliato al seguente link: https://easyacademy.unige.it/portalestudenti/

Orari delle lezioni

NEUROBIOLOGIA EVOLUTIVA DELLO SVILUPPO (EVO-DEVO)

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Prova orale.

È possibile che situazioni emergenziali impediscano lo svolgimento dell’esame in presenza. In tal caso le modalità di svolgimento dell’esame potrebbero subire delle modifiche che prevedono l’utilizzo della piattaforma Teams.

Per i casi con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali, si applicano la normativa e i regolamenti in tema di disabilità e DSA di Ateneo (https://unige.it/disabilita-dsa/studenti-disabilit%C3%A0-normativa).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame è finalizzato a valutare le conoscenze degli elementi fondamentali della materia e la capacità di collegamento tra i vari argomenti. L’esame orale verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare sia la corretta comprensione degli argomenti, sia la capacità dello studente di applicare quanto acquisito. Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese durante il corso. La commissione valuterà anche la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e con una terminologia corretta.

Con queste modalità la commissione sarà in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare.

È possibile che situazioni emergenziali impediscano lo svolgimento dell’esame in presenza. In tal caso le modalità di svolgimento dell’esame potrebbero subire delle modifiche che prevedono l’utilizzo della piattaforma Teams.

L’esame è finalizzato a valutare le conoscenze degli elementi fondamentali della materia e la capacità di collegamento tra i vari argomenti.

L’esame orale verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare sia la corretta comprensione degli argomenti, sia la capacità dello studente di applicare quanto acquisito. Lo studente dovrà essere in grado di collegare e integrare le conoscenze apprese durante il corso.

La commissione valuterà anche la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e con una terminologia corretta.

Con queste modalità la commissione sarà in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte dei docenti titolari.

Calendario appelli