EPIGENETICA E REGOLAZIONE GENICA
Esame finale orale
Obiettivo del corso è fornire allo studente conoscenze nel campo della biologia molecolare di base ed applicata, partendo dalla comprensione dei meccanismi che controllano l'espressione dei geni eucariotici a livello trascrizionale e post-trascrizionale per arrivare alla progettazione di nuove terapie molecolari, come ad esempio i farmaci epigenetici o cellule staminali.
Lo studente sarà inoltre competente sulle principali e più moderne tecnologie sperimentali per lo studio di fenomeni biologici complessi. Inoltre il corso si prefigge l’obiettivo di rendere lo studente indipendente nell’analisi di dati sperimentali, applicando le proprie conoscenze, ed di affinare le sue abilità comunicative, attraverso l’analisi e la presentazione di dati scientifici presenti in letteratura. Al termine del corso lo studente possiederà gli strumenti necessari per acquisire autonomia di giudizio.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- analizzare e discutere con padronanza argomenti di regolazione dell'espressione genica;
- proporre strategie d’indagine dell'espressione genica;
- comprendere e analizzare criticamente la letteratura biomolecolare in tutti i suoi aspetti;
- progettare approcci sperimentali dettagliati su problematiche generali di carattere biomolecolare.
In particolare, lo studente tramite lezioni di tipo frontale, Journal Clubs ed esercitazioni pratiche, acquisirà conoscenze avanzate sugli argomenti trattati nella durata del corso.
Lo studente dovrà inoltre dimostrare i) autonomia di giudizio e valutazione dei risultati sperimentali ottenuti in laboratorio grazie al confronto con il proprio team di lavoro e alle competenze tecnico-scientifiche acquisite e ii) acquisire competenze inerenti alla comunicazione dei risultati sperimentali mediante l'utilizzo di un linguaggio tecnico-scientifico adeguato. Capacità di lavorare in team, analizzando le criticità operative riscontrate e adottando misure di correzione condivise e appropriate.
A. TECNICHE DI ANALISI DELL’ESPRESSIONE GENICA
Tecniche di base nello studio della funzione dei geni.
Gene targeting 1.0: Manipolazione genetica negli animali. Metodi per la produzione di topi transgenici. Ricombinazione sito-specifica e topi knock-out inducibili.
Gene targeting 2.0: Genome-editing nuclease: ZFN, TALEN, CRISPR-Cas9.
B. REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA
REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA A LIVELLO EPIGENETICO E TRASCRIZIONALE
- La trascrizione
- Ruolo delle modificazioni della cromatina nella regolazione dell’espressione genica
- Struttura ed organizzazione della cromatina.
- Sistemi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti
- Modificazioni post-traduzionali degli istoni: acetilazione, fosforilazione e metilazioni. Gli enzimi che modificano gli istoni ed i loro domini strutturali
- La fosforilazione degli istoni e’ implicata in molteplici processi biologici (. Le varianti istoniche di H2A ed H3.
- Ruolo biologico della metilazione degli istoni
- L’etrocromatina e la regolazione epigenetica dell’espressione genica
- Imprinting genomico. Meccanismi d’espressione monoallelica. Inattivazione cromosoma X.
- Controllo epigenetico degli elementi trasponibili
A LIVELLO POST-TRASCRIZIONALE
- Struttura primaria, secondaria e terziaria dell'RNA; proteine che legano l'RNA
- Geni codificanti per RNA: Interferenza dell'RNA e geni codificanti per miRNA; organizzazione genica ed attività biologica di snoRNA; lncRNA e circRNA
- RNA non codificanti e modificazioni epigenetiche. L’esempio del DNA centromerico
- Splicing: modalita’ e regolazione dell splicing alternativo. Lo splicing alternativo nella determinazione del sesso di Drosophila
- Editing: Editing per insersione/delezione di basi. Ruolo degli RNA guida Editing per modificazione di basi. Editing dell’RNA e patologie umane
- Trasporto e degradazione degli mRNA
A LIVELLO TRADUZIONALE e POST-TRADUZIONALE
La traduzione: principi e regolazioni
Le modificazioni post-traduzionali delle proteine
Il sistema di degradazione mediato dall'ubiquitina.
C. REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA IN CONTESTI FISIOLOGICI E PATOLOGICI
EPIGENETICA, CICLO CELLULARE E TRASFORMAZIONE TUMORALE
Regolazione dell’espressione genica durante il ciclo cellulare. I complessi ciclina-chinasi e la regolazione della loro attivita’. Le fasi del ciclo cellulare e i meccanismi molecolari che sottointednono le trasnsizioni di fase. Meccanismi di controllo del ciclo cellulare: il ruolo della proteina del retinoblastoma e di p53.
Alterazioni del ciclo cellulare e modificazioni epigenetiche coinvolte nella trasformazione tumorale
REGOLAZIONE GENICA A LUNGO TERMINE: DIFFERENZIAMENTO E SVILUPPO
La Drosophila come sistema modello.
I geni materni e la polarita’ dorso-ventrale ed antero-posteriore.
I geni della segmentazione e l’effetto zigotico.
I geni omeotici e la definizione di mutazione omeotica. I complessi antennipedia e bithorax. L’omeodominio. le proteine del gruppo polycomb ed il “congelamento delle decisioni prese”.
REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA e CELLULE STAMINALI
Caratteristiche biologiche delle cellule staminali embrionali, amniotiche ed adulte. Circuiti di regolazione trascrizionale associati alla pluripotenza: la triade Oct4, Nanog e Sox2; Epigenetica ed identità cellulare in cellule staminali. La riprogrammazione nucleare e le metodologie per l’induzione della pluripotenza (iPS). Applicazioni delle cellule iPS Le cellule staminali tumorali: caratteristiche biomolcolari. Potenzialità terapeutiche delle cellule staminali
RNA TERAPEUTICI
-Attameri: Il Pegaptanib (macugen) nel trattamento della maculapatia degenerativa
- RNA antisenso
- RNA modificatori di splicing
-Tecnologia antimiR: l’esempio del miraven; mir122 ed HCV.
1) L. Armstrong Epigenetics- Garland Science
2) Epigenetics © 2006 Cold Spring Harbor Laboratory Press
3) Biologia Molecolare del Gene- Watson et al.,
4) Rassegne su specifici argomenti (review) ed articoli scientifici
Le Diapositive e gli altri materiali didattici utilizzati a lezione verranno messi a disposizione degli studenti sulla piattaforma di elering Moodle.
Lezioni frontali, con l'ausilio di diapositive e video. Esercitazioni teoriche e pratiche. Discussione e presentazione di articoli scientifici (Journal Club)
1) Disponibilità a fornire un servizio di tutorato anche in lingua inglese per studenti Erasmus o in mobilità
2) Disponibilità di materiale didattico e riferimenti bibliografici anche in lingua inglese per gli studenti Erasmus.
Lista- :.Epigenetics. Allis, Jenuwein, Reinberg and Caparros. Cold Spring Harbour Laboratory Press. ISBN-13:978-0879697242 |Edition:1
3) Disponibilità a far sostenere gli esami anche con l’ausilio di una lingua straniera (Inglese) per la prova scritta e/o orale