C8491 - Applied and Functional Genomics

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce le basi teoriche e pratiche per condurre autonomamente analisi genomiche, in particolare: i) ricostruzione e caratterizzazione di genomi eucariotici e procariotici; ii) ricostruzione e analisi di trascrittomi; iii) identificazione delle interazioni fra proteine, DNA e RNA; iv) identificazione di modificazioni epigenetiche; v) identificazione di moduli di regolazione; vi) identificazione di varianti patologiche, per diagnosi e prognosi, e ricostruzione dei meccanismi molecolari delle patologie; vii) strategie di intervento personalizzate sulla base delle caratteristiche genomiche dell’individuo.

Contenuti

1. Tecnologie di sequenziamento e ricostruzione del genoma
Piattaforme short-read vs. long-read; preparazione delle librerie; metriche di controllo qualità (QC). Assembly de novo e mapping su genoma di riferimento. Annotazione del genoma. Genomica comparativa e analisi del pan-genoma (procarioti). Regioni difficili per assemblaggio eucariotico (ripetizioni, eterozigosità, varianti strutturali).

2. Analisi del trascrittoma
Disegno sperimentale e preparazione delle librerie per RNA-seq. Allineamento, assemblaggio dei trascritti, espressione differenziale. Splicing alternativo e quantificazione delle isoforme. Trascrittomica single-cell e spaziale.

3. Interazioni proteina-DNA e proteina-RNA
ChIP-seq, CUT&RUN/CUT&Tag: disegno sperimentale, peak calling, motif discovery. Varianti di CLIP-seq per le interazioni proteina-RNA. Identificazione dei siti di legame dei fattori di trascrizione e dei target delle proteine leganti RNA.

4. Epigenomica e architettura della cromatina
Metilazione del DNA (bisulfite sequencing, array). Modificazioni istoniche. Accessibilità della cromatina (ATAC-seq). Organizzazione tridimensionale del genoma (Hi-C). Integrazione di dati multi-livello.

5. Moduli regolatori e reti geniche
Elementi cis-regolatori (promotori, enhancer, silencer, insulatori). Inferenza integrativa di reti a partire da dati multi-omici. RNA non codificanti (miRNA, lncRNA) nella regolazione.

6. Varianti patologiche: diagnosi, prognosi, meccanismi
Variant calling (SNV, indel, CNV, SV) e annotazione funzionale. Database principali (ClinVar, gnomAD, COSMIC). Dal genotipo al fenotipo: casi di studio in malattie monogeniche, complesse e genomica del cancro.

7. Medicina personalizzata
Farmacogenomica. Profilazione genomica per la selezione della terapia. Indice di rischio poligenico. Implicazioni etiche, legali e sociali.

Laboratorio
Attività pratica sull'UCSC Genome Browser. Annotazione genica, espressione differenziale, annotazione delle varianti, integrazione dei dati.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’Ufficio di Ateneo competente [https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it] . Sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con almeno 15 giorni di anticipo, all’approvazione del/della docente, il/la quale ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell’insegnamento.

 

Testi/Bibliografia

Articoli e rassegne assegnate a lezione dal docente.

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni al PC.
Utilizzo del UCSC genome browser e di Galaxy per accesso e analisi di dati genomici

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame verificherà che lo studente abbia conoscenze avanzate sulla struttura dei genomi eucariotici e procariotici, sulle metodiche di analisi genomica e analisi globale dell'espressione genica e dei suoi meccanismi di regolazione, e sulle applicazioni alla medicina e farmacologia. Inoltre, l'esame verificherà che lo studente conosca le banche dati e gli strumenti informatici utilizzati durante le attività di laboratorio.

L'esame consiste di: a) un esame scritto sugli argomenti trattati a lezione; b) un test scritto delle metodologie trattate nelle esercitazioni di laboratorio; c) di un esame orale opzionale.
Il voto è espresso in trentesimi.

Strumenti a supporto della didattica

PC, Internet, videoproiezioni e lavagna. Laboratorio di bioinformatica presso il plesso didattico "Battiferro" delle Biotecnologie.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Capranico