87604 - BIOCHIMICA DI SISTEMI CELLULARI COMPLESSI E ANALISI DI RETI PROTEICHE CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze per la comprensione di: 1) meccanismi biochimici che regolano i sistemi cellulari complessi e le loro interazioni funzionali; 2) interazioni proteiche in differenti pathways di segnalazione intracellulare. La frequenza del laboratorio permetterà allo studente di acquisire competenze nell’utilizzo di linee cellulari per l'analisi biochimica di alcune funzioni cellulari. In particolare, lo studente sarà in grado di eseguire saggi in vitro su colture cellulari utili sia per la valutazione della risposta a farmaci che per la valutazione del loro meccanismo d'azione. Infine, lo studente sarà in grado di analizzare e discutere con padronanza argomenti di biochimica cellulare e comprendere le metodologie utilizzate per tali studi.

Contenuti

LEZIONI FRONTALI: Modulo 1 (4CFU= 32 ore) e Modulo 3 (3CFU= 24 ore)

1) Caratteristiche strutturali e molecolari dei recettori a 7TM; interazioni strutturali tra recettori a 7TM e proteine G eterotrimeriche; segnalazione indipendente da proteine G eterotrimeriche mediata da recettori a 7TM; meccanismi di segnalazione intracellulare mediati dalle proteine G eterotrimeriche; inattivazione recettoriale: la famiglia delle proteine GRK e ruolo dell’arrestina; arrestine come esempio di interruttori molecolari e piattaforme di segnalazione.

2) Struttura e funzione dell'adenilato ciclasi; adenilato ciclasi e rafts lipidici; misure di cAMP in vivo mediante la tecnica del FRET; protein chinasi A: struttura e localizzazione; le proteine AKAPs come esempio di piattaforma molecolare di segnalazione mediata da AMP ciclico e PKA.

3) Organizzazione molecolare e regolazione delle fosfolipasi C; struttura dei recettori per IP3 e rianodinico; i messaggeri intracellulari cADPR e NAADP (biosintesi e funzione).

4) Il Ca2+ un secondo messaggero universale e versatile; aspetti spazio-temporale della segnalazione mediata da Ca2+ (onde, oscillazioni e meccanismi molecolari di regolazione); metodologie per la misura in vivo dei livelli di Ca2+ citosolico; omeostasi del calcio mitocondriale; struttura e funzione dell’uniporto del calcio e suoi regolatori; microdomini di calcio tra mitocondri ed ER; misure in vivo del Ca2+ mitocondriale con tecniche di bio-imaging; organizzazione strutturale e funzionale del subcompartimento cellulare “MAMs” e suo ruolo nella regolazione dell’omeostasi del Ca2+ e della biosintesi di alcuni lipidi.

5) Le membrane cellulari e loro organizzazione sopramolecolare: le cristae mitocondriali.

6) Network versus ultrastruttura del mitocondrio: metodologie per l'analisi della struttura e funzione; sonde fluorescenti specifiche per i mitocondri e loro utilizzo per l'analisi della morfologia del reticolo mitocondriale e del potenziale di membrana; eterogeneità funzionale del reticolo mitocondriale e continuità luminale: un esempio di rete molecolare intracellulare; dinamica del network mitocondriale: introduzione ai processi di fusione/fissione e controllo di qualità dei mitocondri; reti di proteine GTPasi ad elevato peso molecolare: Dnm1/Drp1 e meccanismo molecolare della fissione in lievito e in mammifero; la fusione dei mitocondri e struttura e funzione delle Mitofusine e OPA1; approcci sperimentali per la quantificazione del processo di fusione. Ruolo della Mitofusina 2 nell'organizzazione delle MAMs e nell'omeostasi del calcio ER-mitocondri; MAMs come scaffold per la biosintesi di lipidi tra reticolo endoplasmico e mitocondri.

7) Ruolo della fosforilazione ossidativa e del TCA nella riprogrammazione metabolica ed ipossica delle cellule tumorali; la reazione anaplerotica della glutammina e il suo ruolo nella produzione di energia e biomassa; enzimi metabolici ed oncometaboliti nella regolazione del fattore HIF1a, un fattore di trascrizione che regola l'adattamento metabolico ed ipossico delle cellule tumorali.

8) Caratteristiche del genoma mitocondriale e ruolo nella bioenergetica cellulare; organizzazione molecolare dei nucleoidi e reti proteiche coinvolte; comunicazione tra DNA mitocondriale e nucleare: la proteomica mitocondriale.

9) Autofagia e mitofagia: meccanismi molecolari e il ruolo delle proteine PINK1 e Parkina.

10) Rete di comunicazione anterograda e retrograda tra nucleo e mitocondri.

11) Rete molecolare tra nucleo, reticolo endoplasmico e mitocondri nel processo di importo delle proteine mitocondriali.

12) PI3K/AKT/mTOR signalling nella regolazione della crescita, proliferazione cellulare e metabolismo. La membrana lisosomiale come piattaforma molecolare per l'interazione tra AMPK e mTORC1 nella regolazione dell'anabolismo e catabolismo cellulare.

Laboratorio: Modulo 2 (2CFU; Prof. Farruggia) e Modulo 3 (1CFU; Prof. Porcelli)

I crediti del Modulo 2 (2CFU= 30 ore) con 1CFU (15 ore) del Modulo 3 andranno a costituire un laboratorio integrato nella attività formativa. Il laboratorio è collocato all’inizio del corso e introdurrà gli studenti ad un percorso esemplificativo di come si possano valutare gli effetti su cellule di adenocarcinoma del colon di un potenziale farmaco che interferisca con il metabolismo energetico cellulare. Il laboratorio prevede:

1. Valutazione delle dosi efficaci del potenziale farmaco utilizzato
2. Analisi degli effetti del potenziale farmaco su: a) ciclo cellulare; b) potenziale mitocondriale; c) induzione dell'apoptosi
3. Identificazione di potenziali bersagli molecolari

Alla fine del laboratorio e’ prevista una sessione di analisi dei dati raccolti valutati singolarmente e globalmente. Le modalita’ di stesura di una relazione scientifica dell'esperienza di laboratorio saranno discusse collettivamente con tutta la classe partendo dai dati ottenuti durante l'esperienza di laboratorio.

La parte pratica sarà integrata con una parte teorica generale riguardante:

1. Le tecniche per la generazione e il mantenimento di colture cellulari animali
2. I principi di base delle seguenti tecniche: a) Spettroscopia UV visibile; b) Spettrometria a fluorescenza; c) Citofluorimetria; d) Microscopia a fluorescenza; e) Tecniche elettroforetiche; f) Western Blot

Testi/Bibliografia

Modulo 1 e Modulo 3:

Riferimenti bibliografici di supporto necessari

Il docente fornirà le indicazioni bibliografiche (reviews e lavori originali) dei vari contenuti del programma. Il materiale discusso durante le lezioni frontali come files Pdf sarà disponibile per gli studenti mediante l’accesso alla piattaforna IOL (https://iol.unibo.it/).

Riferimenti bibliografici di supporto consigliati

Il docente consiglia la consultazione dei seguenti libri di testo per chiarimenti/approfondimenti di concetti e principi di base di biochimica cellulare e strutturale:

"Cellule” Lewin et al

“Struttura e Funzione delle proteine” Petsko & Ringe

“I principi di biochimica di Lehninger” Nelson e Cox

Per il Laboratorio saranno fornite agli studenti delle schede riguardanti lo svolgimento dei singoli esperimenti. Inoltre sarà fornito tutto il materiale utilizzato nello svolgimento delle lezioni teoriche. Non si richiede nessun testo in particolare.

Metodi didattici

Modulo 1 e Modulo 3: Il metodo didattico utilizzato si basa su lezioni frontali durante le quali i contenuti del programma verranno illustrati utilizzando slides PowerPoint. La frequenza a tali lezioni non è obbligatoria ma è caldamente consigliata poiché i contenuti del programma verranno presentati e spiegati dal docente e discussi con tutta la classe. Questo metodo didattico faciliterà l’apprendimento dei contenuti e permetterà il raggiungimento delle conoscenze e delle abilità da conseguire da parte di tutta la classe. Gli studenti sono pertanto pregati di segnalare il prima possibile al docente eventuali esigenze tramite e-mail. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Laboratorio: Il metodo didattico utilizzato si basa sulla pratica individuale in laboratorio utilizzando una diversa strumentazione e di gruppo per l’analisi dei dati. La frequenza del laboratorio è obbligatoria.Gli studenti sono pregati di segnalare il prima possibile al docente eventuali esigenze tramite e-mail. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1 e Modulo 3: la prova di verifica dell'apprendimento consisterà in un colloquio che prevede almeno 3 domande relative agli argomenti trattatati nel programma al fine di verificare e valutare la conoscenza da parte dello studente degli argomenti svolti e discussi durante le lezioni. Inoltre, durante il colloquio sarà valutata la capacità dello studente di collegare ed integrare i vari argomenti con una particolare attenzione alla terminologia scientifica utilizzata e all’esposizione corretta ed accurata. La verifica di apprendimento del Modulo 1 e del Modulo 3 deve essere sostenuta nello stesso appello d’esame. Per ottenere un voto finale pari a 30/30 con lode, lo studente dovrà dimostrare di conoscere e di aver approfondito mediante libri di testo e bibliografia indicata dal docente gli argomenti trattati e di esporre questi ultimi in maniera corretta and integrata e con proprietà di linguaggio scientifico. Per ottenere un voto finale di 30/30, lo studente dovrà dimostrare di conoscere gli argomenti trattati e di esporre questi ultimi in maniera corretta and integrata e con proprietà di linguaggio scientifico. Il voto finale sarà scalato da 30/30 a 18/30 in base al numero di domande alle quali lo studente risponde e alla sua capacità di integrazione degli argomenti e di proprietà di linguaggio scientifico. Per ottenere un voto di 18/30, lo studente dovrà dimostrare di conoscere tutti gli argomenti trattati in modo superficiale e non integrati con una scarsa proprietà di linguaggio scientifico. Il voto ottenuto sarà considerato valido entro l’anno solare.

Laboratorio : durante tutto il percorso di laboratorio gli studenti saranno seguiti dai docenti titolari dei Moduli 1, 2, e 3 e da tutors, con un costante dialogo volto a chiarire il percorso analitico effettuato, i singoli esperimenti e le metodologie utilizzate. Il superamento dell’esame prevede la presentazione di una relazione scritta, elaborata secondo le modalità presentate nell’ultima giornata del laboratorio. La relazione dovrà essere consegnata entro una settimana dal termine del laboratorio. La valutazione espressa in 30/30, concorrera’ al voto finale, determinato come media pesata dei diversi moduli che compongono l'insegnamento 87603-BIOCHIMICA E FISIOLOGIA CELLULARI (C.I.).

Il voto finale per l’insegnamento 87603-BIOCHIMICA E FISIOLOGIA CELLULARI (C.I.) sarà calcolato come media ponderata dei voti ottenuti nei moduli che compongono l’insegnamento. La Prof.ssa Porcelli, responsabile dell'insegnamento 87603-BIOCHIMICA E FISIOLOGIA CELLULARI (C.I.), comunicherà allo studente il voto finale al suo indirizzo -mail e procederà alla verbalizzazione del voto solo dopo aver ricevuto un’email di accettazione del voto da parte dello studente.

Strumenti a supporto della didattica

Modulo 1 e Modulo 3: Gli studenti sono pregati di segnalare al docente eventuali esigenze tramite e-mail il prima possibile. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso. I contenuti delle lezioni frontali verranno presentati utilizzando slides PowerPoint e discussi con tutta la classe mediante adeguati supporti didattici.

Laboratorio: Gli studenti sono pregati di segnalare al docente eventuali esigenze tramite e-mail il prima possibile. Questo permetterà al docente di valutare quali strumenti di supporto alla didattica sono più adeguati per rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso. Le esperienze pratiche di laboratorio a posto singolo e l’utilizzo di strumentazione di laboratorio verranno condotte utilizzando adeguati supporti didattici allo scopo di rendere il percorso formativo fruibile da parte di tutti gli studenti del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Anna Maria Porcelli

Consulta il sito web di Giovanna Farruggia