12946 - BIOLOGIA MOLECOLARE

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Alberto Danielli
  • Crediti formativi: 8
  • SSD: BIO/11
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Biotecnologie molecolari e industriali (cod. 9213)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede nozioni qualitative e quantitative dei principali processi cellulari e conosce approfonditamente i meccanismi di biogenesi, processamento e funzionamento di RNA non codificanti coinvolti nella regolazione dell'espressione genica in eucarioti e procarioti. Lo studente è inoltre capace di contestualizzare correttamente la portata di nuove scoperte in questi campi per valutarne il potenziale applicativo ed è capace di integrare criticamente le informazioni apprese in un contesto biotecnologico. In particolare, lo studente ha competenze su i) processi cellulari e ordini di grandezza delle principali componenti molecolari coinvolte, ii) meccanismi di regolazione genica mediati da RNA non-codificanti e strategie ablative derivate, iii) metodologie di genome-editing.

Contenuti

Introduzione

Biological Numeracy. Regole per la stima di un evento biologico. Atlante cellulare.

 

Biologia cellulare in numeri

Concentrazioni e numeri assoluti nella cellula. Cinetiche nel dogma centrale. Dinamiche cellulari. I numeri del ciclo cellulare. Informazione ed errori: dimensioni genomiche, tassi di mutazione. Miscellanea di biologia quantitativa.

 

Riboregolazione e RNAi

RNAi: n profondo cambio di paradigma in biologia, quelling, co-soppressione in piante. RNAi; basi genetiche dell’RNAi. Dissezione molecolare dell’RNAi, dicing and slicing. DICER. Assemblaggio e maturazione di RISC, scelta del filamento guida, ARGONAUTES. siRNA endogeni, pseudogeni.

 

microRNAs

geni eterocronici, introduzione ai microRNA, Biogenesi miRNA, DROSHA, microprocessore, mirtroni, trimming. miRNA: export nucleare, Meccanismi di inibizione della traduzione, P-bodies. Network motifs e miRNA: viaggio iniziatico alla Biologia dei sistemi.

 

ncRNAs ed epigenetica

Amplificazione del silencing, RNA-polimerasi RNA-dipendenti, RNAi ed eterocromatina (RITS), RNAi nucleare. piRNA e PIWIs: guardiani delle linee germinali, lncRNA.

 

ncRNA batterici

RNA regolativi batterici: riboswitch, sRNAs, 6S RNAs, CRISPRs

 

Editing genomico

CRISPR applications, ZFN, TALENs, Cre-lox, Flp

 

Laboratorio

Studio in vivo della regolazione post-trascrizionale mediata dal piccolo sRNA RyhB in Escherichia coli

Esperienza a postazione singola. Argomenti e tecniche affrontate:

  • Mutagenesi sito-specifica
  • Clonaggio molecolare
  • Preparazione e purificazione DNA plasmidico
  • Restrizione diagnostica
  • Controllo di copia plasmidico
  • Sistema reporter GFP
  • Tecniche di microbiologia molecolare
  • Multiplate reader e Imaging fluorimetrico

Testi/Bibliografia

Viene fornito a lezione materiale didattico aggiornato, reperibile anche tramite username e password su Insegnamenti Online (Moodle) dell'Università di Bologna.

 

Come aggiuntivi testi di riferimento si suggeriscono:

Milo & Phillips. Cell Biology by the Numbers.  Freely available from bionumbers.org

Biologia molecolare del gene VII. Capitolo 7
J. Watson et al. Ed. Zanichelli

 

È previsto approfondimento critico dei seguenti articoli, da analizzare e discutere in aula:

RNAi discovery
Fire et al. (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-811.

21-23 nt dsRNA effectors; DICER
Zamore et al (2000). RNAi: Double-Stranded RNA Directs the ATP-Dependent Cleavage of mRNA at 21 to 23 Nucleoide Intervals. Cell 101, 25-33.
Berstein et al (2001). Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature 409, 363-366.

RISC assembly and maturation
Schwarz et al. (2003). Asymmetry in the assembly of the RNAi enzyme complex. Cell 115, 199-208.

microRNA regulation and RNAi share common genes and effector mechanisms
Grishok et al (2001). Genes and Mechanisms Related to RNA Interference Regulate Expression of the Small Temporal RNAs that Control C. elegans Developmental Timing. Cell 106, 23-34.

the MICROPROCESSOR complex
Han et al (2006). Molecular basis for the recognition of primary microRNAs by the Drosha-DGCR8 complex. Cell 125, 887-901.

RITS and heterochromatin silencing
Buhler et al (2006). Tethering RITS to a nascent transcript initiates RNAi- and heterochromatin-dependent gene silencing. Cell 125, 873-886.

Bacterial non-coding regulatory RNAs
Pfeiffer et al (2009). Coding sequence targeting by MicC RNA reveals bacterial mRNA silencing downstream of translational initiation. Nature Struct. Mol. Biol., 16, 840-847.

Metodi didattici

Lezioni frontali sugli argomenti principali.
Analisi e discussione degli articoli scientifici seminali

Esercizi per il calcolo e la stima dei fenomeni molecolari e cellulari
Slides e podcast riassuntivi

Gruppi di lavoro e sessioni interattive per la verifica dell'apprendimento in itinere mediante strumenti di didattica innovativa

Esperienza di laboratorio a postazione individuale: regolazione post-trascrizionale mediata dal piccolo sRNA RyhB in Escherichia coli

NOTA! In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale + redazione di un protocollo per la parte di laboratorio. L'esame di fine corso mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici:il voto finale viene definito mediante tre quesiti specifici su argomenti inerenti i principali obiettivi del Corso.

Strumenti a supporto della didattica

Documenti .pdf degli articoli scientifici originali.
Slides .ppt di schematizzazione delle metodologie sperimentali e dei risultati descritti e loro contestualizzazione.

Strip sequences
Laboratorio didattico a postazione singola.

Il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite il portale Insegnamenti Online: hhttps://virtuale.unibo.it
Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Danielli

SDGs

Salute e benessere Istruzione di qualità Imprese innovazione e infrastrutture La vita sulla terra

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.