BIOLOGIA MOLECOLARE E BIOLOGIA MOLECOLARE AVANZATA 4

Modulo BIOLOGIA MOLECOLARE AVANZATA

Agli studenti verrà impartita una chiara panoramica dei meccanismi molecolari alla base della regolazione della trascrizione del genoma umano nonché del coinvolgimento dei microRNA, dei long non-coding RNA e della metilazione nei meccanismi di controllo delle funzioni biologiche. Verranno inoltre fornite loro le conoscenze sugli strumenti sperimentali che hanno reso possibile i moderni avanzamenti della ricerca scientifica, comprensive di approfondimenti di carattere tecnico riguardanti alcune delle metodologie più utilizzate nell'analisi dell'espressione genica.Al termine del corso, lo studente conoscerà e comprenderà i meccanismi molecolari avanzati di regolazione della trascrizione negli eucarioti, le modificazioni della cromatina, il loro impatto sull’espressione genica, i meccanismi di riparazione e ricombinazione del DNA, la biologia degli elementi genetici mobili e dei non-coding, il funzionamento del sistema di silenziamento e le principali metodologie sperimentali ad alta processività e di analisi bioinformatica.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying Knowledge and Understanding)

Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e interpretare i dati sperimentali ottenuti e progettare strategie sperimentali con le principali tecniche di biologia molecolare avanzata

3. Autonomia di giudizio (Making Judgements)

Lo studente sarà capace di valutare in modo critico e autonomo la letteratura scientifica nel campo della biologia molecolare avanzata, formulare ipotesi interpretative su dati sperimentali, riconoscere le implicazioni etiche e biotecnologiche legate all’utilizzo di tecnologie delle tecnologie più avanzate ed esprimere giudizi motivati sulla validità e affidabilità dei dati genomici e trascrizionali prodotti da approcci ad alta processività.

4. Abilità comunicative (Communication Skills)

Lo studente sarà in grado di esporre con chiarezza e rigore scientifico, sia oralmente che per iscritto, i concetti e i meccanismi trattati nel corso utilizzando la terminologia tecnica in modo appropriato e preciso, discutere in modo argomentato i risultati di un esperimento di biologia molecolare con interlocutori esperti e non esperti, presentare dati e interpretazioni in forma strutturata, ad esempio in risposta a domande aperte o durante il colloquio orale integrativo.

5. Capacità di apprendimento (Learning Skills)

Lo studente avrà sviluppato le competenze necessarie per: aggiornare autonomamente le proprie conoscenze nel campo della biologia molecolare avanzata consultando la letteratura scientifica primaria, integrare nuove conoscenze con quelle già acquisite nei corsi propedeutici di Biochimica e Biologia Molecolare di base, affrontare percorsi formativi successivi che richiedano competenze avanzate in genomica funzionale, epigenetica e biologia molecolare traslazionale.

Lezioni frontali supportate da presentazioni power-point che verranno messe a disposizione degli studenti sulla piattaforma Studium.

Conoscenza della Biochimica Generale e della Biologia Molecolare di base.

La frequenza del corso è obbligatoria nella misura prevista dal regolamento del corso di studi.

Integrazione di meccanismi di regolazione genica nei fagi temperati. Meccanismi molecolari alternativi per la successione di eventi che regolano lisi o lisogenia: azione di attivatori e repressori, retro-regolazione e anti-terminazione. Vettori di clonaggio generati dai batteriofagi: vettori di inserzione, vettori di sostituzione. Regolazione della trascrizione negli eucarioti. Eventi di controllo all’inizio della trascrizione. Elementi di regolazione sul genoma: enhancer, insulator, silencer, dominii funzionali, sequenze di controllo del locus. Fattori di trascrizione. Controllo combinatorio della trascrizione. Trasduzione del segnale. Struttura e modifiche della cromatina nella regolazione della trascrizione genica. Modificazioni della cromatina: modificazioni istoniche, varianti istoniche non alleliche, complessi di rimodellamento della cromatina, metilazione del DNA. Riparazione del DNA. Mutazioni spontanee o indotte e danni del DNA. Le vie di riparazione del DNA: riparazione dei mismatch, per escissione nucleotidica, per escissione della base, riparazione diretta, riparazione delle rotture a doppio filamento, riparazione translesione. Ricombinazione del DNA. Ricombinazione omologa: modello molecolare di Holliday, modello di riparazione dei DSB, conversione genica. Ricombinazione sito-specifica: meccanismi di integrazione ed escissione dei genomi fagici. Ricombinazione somatica. Ricombinazione non omologa. Ricombinazione con scelta di copia (retrovirus). Generazione di organismi transgenici. Gli elementi genetici mobili. I trasposoni a DNA e meccanismi di trasposizione replicativa e non replicativa. Retrotrasposoni tipo virus/retrovirus, retrotrasposoni poly-A e meccanismi di trasposizione con intermedi ad RNA. Pseudogeni. Regolazione della traduzione. Controllo del numero dei ribosomi. Controllo dell’inizio della traduzione mediata dal CAP, da IRES, interazioni 5’-3’UTR, riboswitch. Controllo della stabilità degli mRNA mediante non-sense mediated decay, no-go decay, non-stop decay. Progetto ENCODE e regolazione della trascrizione nel genoma umano. Importanza del sequenziamento NGS rapido, massivo ed analisi bioinformatica. Identificazione di elementi regolativi a livello genomico e cromatinico. Metodi di studio e analisi della struttura e della accessibilità cromatinica, dei profili epigentici, dei profili trascrizionali, delle interazioni dei fattori di trascrizione con il genoma. Non-coding RNA. lncRNA, siRNA, miRNA e piRNA. Meccanismi molecolari del silenziamento genico e regolazione trascrizionale mediati dai non-coding RNA. Meccanismo di azione del sistema CRISPR-Cas. Applicazioni biotecnologiche degli RNA regolatori per lo studio dell’espressione e della funzione di un gene.

Zlatanova & van Holde, Biologia Molecolare: Struttura e dinamica dei Genomi e Proteomi, Zanichelli 2018.

Zlatanova & van Holde, Molecular Biology: Structure and Dynamics of Genomes and Proteomes 2nd Edition CRC Press 2023

Watson, J.D. et al., Biologia Molecolare del gene VIII ed., Zanichelli 2022

Gli studenti che hanno sostenuto e superato la prova scritta del modulo di Biologia Molecolare (primo semestre) potranno sostenere la prova scritta del modulo di Biologia Molecolare Avanzata (secondo semestre). La media dei voti delle due prove produrrà il voto finale. In ciascuna prova è indispensabile aver ottenuto almeno 16/30. La media delle due prove deve essere almeno 18/30. Chi ottiene un voto complessivo di almeno 24/30 può sostenere un colloquio orale migliorativo. Il voto conseguito non può essere diminuito all’orale.

La prova scritta è costituita da 30 domande a risposta multipla (+1 risposta corretta, 0 risposta sbagliata), 1 problema (max 2 punti), 1 domanda aperta (max 2 punti): 34 punti potenziali totali.

Gli studenti che non hanno sostenuto o non hanno superato la prova scritta del modulo di Biologia Molecolare (primo semestre) potranno sostenere una prova scritta unica la cui votazione minima per superare l’esame deve essere 18/30. Chi ottiene alle prove un voto complessivo di almeno 24/30 può richiedere di sostenere un colloquio orale migliorativo. Il voto conseguito non può essere diminuito all’orale.

La prova scritta unica è costituita da 60 domande a risposta multipla (+0,5 risposta corretta, -0,1 risposta sbagliata) + 2 problemi (max 1 punto ciascuno) + 2 domande aperte (max 1 punto ciascuno): 34 punti potenziali totali. Non verranno valutati i compiti in cui non risulterà neanche una risposta a domande o problemi.

Per chi ha DSA o disabilità certificate che possono condizionare l'apprendimento (ad esempio daltonismo, ipovisione, ipoudito, dislessia o disabilità fisica), si invita a prendere contatto con i docenti in modo da concordare il materiale didattico e le modalità di verifica dell’apprendimento.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

1. La Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) è utilizzata per: a) identificare mutazioni puntiformi; b) mappare i siti di legame DNA-proteina; c) studiare interazioni RNA-RNA; d) analizzare trascrittomi; e) quantificare proteine totali