12946 - BIOLOGIA MOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede una preparazione che gli consente di comprendere: gli elementi essenziali relativi alla modulazione di segnali molecolari coinvolti nella crescita e nel differenziamento cellulare, le dinamiche molecolari di regolazione dell’espressione genica da parte di fattori di trascrizione e meccanismi di trasduzione nucleare del segnale. In particolare lo studente è in grado di: • conoscere la Trasduzione Molecolare del Segnale, riconoscendo le dinamiche associate a: Recettori di membrana (a sette eliche, tirosin kinasici, Frizzled), Proteine G, Traffico di segnali molecolari dal citoplasma al nucleo; conoscere la Trascrizione negli eucarioti, analizzando: tipi di RNA polimerasi eucariotiche, il complesso dell’RNA polimerasi II, TATA Box e TATA Box binding protein; conoscere la Regolazione dell’Espressione Genica negli eucarioti, discutendo i meccanismi molecolari legati a: I fattori di trascrizione. Domini funzionali: Zinc Fingers, Nuclear Hormone Receptors, Leucine zippers, Homeodomains; • conoscere come i Fattori di Trascrizione regolano l’ espressione genica agendo come pinze molecolari in grado di torcere il DNA: bending, twisting e writhing: diversi moduli di deformazione del DNA coinvolti nel controllo della velocità trascrizionale;

Contenuti

- Lezione N. 1 - Introduzione alla Biologia Molecolare - Struttura e funzione del DNA

Introduzione alla Biologia Molecolare. Il Dogma centrale. La scoperta del DNA come materiale genetico. La scoperta della struttura a doppia elica del DNA. Nucleotidi, legami covalenti e a idrogeno, orientamento del DNA. Conformazioni del DNA (B, A, Z).

- Lezione N. 2 - Proprietà topologiche del DNA ed organizzazione del genoma procariotico ed eucariotico

DNA procariotico ed eucariotico. Dimensioni del genoma nei vari organismi; Proprietà topologiche del DNA (supercoiling, linking number, Whriting e Twisting). Topoisomerasi I e II: meccanismi di azione; L’organizzazione della cromatina in nucleosomi. Nucleosoma, “core particle” e cromatosoma. Proteine istoniche. Struttura, organizzazione e assemblaggio dell’ottamero istonico. Livelli di compattamento del DNA eucariotico: cromatina decondensata, modelli di cromatina condensata, modifiche post-traduzionali di istoni, impalcatura proteica ed anse del DNA dei cromosomi.

- Lezione N. 3 - La replicazione del DNA

Regole di base della replicazione del DNA. Controllo dell'inizio della replicazione del DNA. La forcella replicativa. Proteine coinvolte nella replicazione del DNA: elicasi, primasi, DNA polimerasi, pinze scorrevoli, proteine stabilizzanti il singolo filamento, topoisomerasi, nucleasi, DNA ligasi, telomerasi. Meccanismo di replicazione del DNA nel filamento guida e nel filamento ritardato. Tipologie di DNA polimerasi in procarioti ed eucarioti. Meccanismo chimico di allungamento della catena di DNA

- Lezione N. 4 - Espressione genica

DNA codificante e non codificante. Trascrizione genica. Filamento stampo e filamento codificante. Regolazione dell'espressione genica: promotori, enhancers, silencers e insulators. RNA polimerasi. Inizio, allungamento e termine della trascrizione genica. Maturazione degli mRNA eucariotici e splicing alternativo. Livelli di regolazione dell'espressione genica

- Lezione N. 5 - Strumenti molecolari avanzati per il controllo dell’espressione genica

Le ricombinasi. Struttura e meccanismo di azione della ricombinasi Cre. Sistema Cre-Lox per knock-out e knock-in genico tessuto-specifico. Ricombinasi inducibili. "Lineage tracing" per seguire il destino delle singole cellule e della loro progenie.  Meccanismo di resistenza alle tetracicline batteriche.  Proteina "Tet Repressor" (TetR). Sistema Tet-OFF/Tet-ON per espressione genica inducibile.

- Lezione N. 6a - Meccanismi molecolari alla base del rinnovamento e differenziamento di cellule staminali nello sviluppo e omeostasi dei tessuti

Potenza delle cellule staminali: cellule staminali totipotenti, pluripotenti, multipotenti. Divisione simmetrica e asimmetrica delle cellule staminali: espansione, autorinnovamento e differenziamento. Cellule staminali embrionali (ES). Cellule staminali adulte nei tessuti con elevato rinnovamento cellulare (es. midollo osseo, intestino, pelle, muscolo scheletrico, cervello). Cellule staminali adulte nei tessuti a basso rinnovamento (es. muscolo scheletrico, cervello). Cellule staminali e progenitori cardiaci durante lo sviluppo embrionale. Segnali molecolari regolatori delle cellule staminali.

- Lezione N. 6b - Strategie di medicina rigenerativa basate su cellule staminali

Terapie di medicina rigenerativa basate su cellule staminali adulte. L'esigenza clinica di strategie rigenerative cardiache. Terapie con cellule staminali adulte per la rigenerazione cardiaca. Analisi di "lineage tracing" per la valutazione del contributo di progenitori cardiaci alla generazione di cardiomiociti durante l'embriogenesi e a seguito di danno cardiaco dei mammiferi. Riprogrammazione cellulare da cellule somatiche a cellule staminali pluripotenti indotte (IPS). Fattori molecolari per il differenziamento cellulare in vitro di cellule staminali embrionali (ES) e cellule staminali pluripotenti indotte (IPS). Aspetti applicativi delle cellule staminali pluripotenti indotte (IPS) e delle cellule staminali embrionali (ES) nella medicina rigenerativa. Riprogrammazione diretta di cellule somatiche in specifici tipi cellulari (transdifferenziamento).

- Lezione N. 7 - Meccanismi molecolari del dedifferenziamento cellulare

Caratteristiche e marcatori del dedifferenziamento cellulare. Dedifferenziamento cellulare nella rigenerazione dei tessuti. Vie di segnalazioni cellulari nel dedifferenziamento cellulare.

Tutte le lezioni si svolgono presso l'Aula Ruffini, via Belmeloro 8, Bologna

Testi/Bibliografia

Il corso è basato sulla presentazione del materiale fornito dal docente agli studenti attraverso la piattaforma "Insegnamenti OnLine - IOL" [https://iol.unibo.it/].

Metodi didattici

• Lezioni frontali tramite presentazioni assistite da computer e discussione critica di articoli scientifici. 
• Test alla fine delle lezioni saranno utilizzati come modalità di supporto all'apprendimento.
• Gli Studenti saranno anche progressivamente portati ad individuare problematiche di interesse e ad utilizzare strumenti telematici, quali PubMed Medline, per l'approfondimento di curiosità scaturite nel corso delle lezioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale assistito da computer: Ogni studente sarà sottoposto a un esame orale individuale. Lo studente sarà invitato a presentare una breve presentazione (5 slides, della durata di 5 minuti) su un argomento di scelta, tra quelli discussi durante il corso. La presentazione dovrà essere preparata dallo studente in anticipo e fornita su un'unità USB. Lo studente sarà quindi invitato ad affrontare ulteriori questioni che potrebbero derivare dalla sua presentazione, nonché altri argomenti che sono stati discussi durante le lezioni del corso.

Strumenti a supporto della didattica

• Presentazioni in powerpoint
• Video scientifici
• Articoli scientifici e reviews
  

Tutto il materiale didattico presentato verrà reso disponibile agli Studenti tramite la piattaforma "Insegnamenti OnLine - IOL" [https://iol.unibo.it/].

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gabriele Matteo D'Uva