Ateneo - UPO

Nella prima parte del Corso verranno illustrate le tappe che hanno portato alla all'evoluzione della Biologia Molecolare nella sua forma attuale e i campi d'indagine e di applicazione. Verranno quindi approfonditi argomenti quali la descrizione della struttura degli acidi nucleici e l'organizzazione dei genomi. Nella seconda parte del corso verranno descritti i meccanismi responsabili della replicazione ed del mantenimento dei genomi, con particolare enfasi sui meccanismi di riparazione del materiale genetico. Seguirà la descrizione dei meccanismi necessari ad esprimere l'informazione contenuta nei genomi: la trascrizione e le sue regolazioni, il processamento e la maturazione dei trascritti, la traduzione e le sue regolazioni, le modificazioni post-traduzionali, lo smistamento intracellulare delle proteine, la loro diversificazione mediante modificazioni post-traduzionali, i concetti di base del signalling, focalizzando l'attenzione sui sistemi eucariotici.

Molecular Biology: Principles of Genome Function.
Nancy Craig et al. Oxford University Press, 2021.
Letture di approfondimento e materiale audio/video suggeriti di volta in volta dal Docente. Il materiale non coperto da diritti d'autore e prodotto dal Docente (utilizzato a supporto delle lezioni) verrà messo a disposizione dello Studente al termine delle lezioni riferite a ciascun macro-argomento e andrà inteso come spunto per ulteriori approfondimenti.

Il Corso "Molecular Biology" si propone di fornire allo Studente una visione aggiornata di una disciplina che, forse più di altre, rappresenta un territorio di integrazione e di contaminazione di saperi e di conoscenze in ambito biologico, con profonde ricadute in campo medico, sanitario e biotecnologico. Al termine del Corso lo Studente dovrà aver acquisito la conoscenza dei meccanismi molecolari fondamentali che, agendo in maniera finemente coordinata, sono responsabili dell'espressione dell'informazione contenuta nei genomi in condizioni fisiologiche e patologiche.

Si richiede una adeguata conoscenza della biologia della cellula e della biochimica generale.
E' richiesta una buona conoscenza della lingua Inglese.

Didattica frontale (lezioni).

Sono previste attività e lavori di gruppo da svolgersi su base volontaria e valutate "fra pari".

Test scritto. La prima parte si compone 18 domande, ciascuna costituita da 3 affermazioni che devono essere giudicate vere o false; 3 risposte corrette alle 3 affermazioni valgono 1 punto; ogni risposta corretta alla singola affermazione vale 0.25 punti. Nel caso in cui lo studente ritenga "falsa" un'affermazione, dovrà giustificare brevemente il motivo della sua scelta (max. 18 pt). Nella seconda parte si richiede di scrivere la legenda di una figura "muta" che illustra un dato fenomeno biologico/meccanismo molecolare (max. 6 punti). La terza parte è una domanda aperta intesa a verificare la capacità dello Studente di descrivere in maniera chiara e concisa un dato fenomeno biologico/meccanismo molecolare (max. 10 punti). Tutte e tre le parti del test devono essere svolte (punteggi minimi per poter considerare "svolta" la singola parte: parte 1 = 6/18, parte 2 =3/6, parte 3 =6/10).
Fino ad un massimo di 3 punti supplementari verranno assegnati sulla base dello svolgimento dei lavori di gruppo.

L'evoluzione della biologia molecolare: le tappe fondamentali della disciplina. Gli acidi nucleici: composizione e struttura di DNA ed RNA. Le topoisomerasi. Genomi: generalità sui genomi procariotici ed eucariotici. Sequenze uniche o quasi uniche, ripetute ed altamente ripetute. Gli elementi mobili: i trasposoni. Il DNA mitocondriale. La replicazione del DNA: il macchinario di replicazione nei procarioti e negli eucarioti: analogie e differenze. Le tappe della replicazione. Meccanismo d'azione e ruolo delle telomerasi. Cenni all'integrazione e controllo della replicazione durante la progressione del ciclo cellulare. Le mutazioni e gli agenti in grado d'indurre stress genotossico e mutagenico. I meccanismi di restauro delle lesioni al DNA. Meccanismi di aggiramento della lesione. Reversione diretta del danno. Percorsi di riparazione del danno al DNA a più passaggi: Base Excision Repair (BER) e Nucleotide Excision Repair (global genome, GG-NER e transcription-coupled, TC-NER). Il problema della correzione dei mis-appaiamenti sul DNA: il mismatch-repair (MMR) nei procarioti e negli eucarioti. Il restauro delle interruzioni a doppio filamento sul DNA (double strand break, DSB) mediante ricombinazione omologa (HR) e non-homologous end joining (NHEJ). L'integrazione dei meccanismi di replicazione e riparazione del DNA all'interno del ciclo cellulare: le vie di segnalazione in risposta al danno sul DNA. ATR ed ATM. La ricombinazione omologa. La ricombinazione sito-specifica. La trascrizione nei procarioti. Meccanismo di regolazione dell'operone Lac e dell'operone triptofano. La trascrizione negli eucarioti: le RNA polimerasi eucariotiche. Modello d'inizio della trascrizione e regolazione dell'attività del macchinario trascrizionale. Fattori di trascrizione basali, attivatori, repressori, co-attivatori e co-repressori. Enhancers ed isolatori. Le proteine fluorescenti come reporter per studiare la struttura dei promotori. La modificazione degli istoni nella regolazione dell'espressione dei geni. I complessi di rimodellamento della cromatina e loro ruolo nella trascrizione. La maturazione dei trascritti: maturazione degli rRNA, tRNA, miRNA, RNA autocatalitici (ribozimi). La maturazione degli mRNA: dettagli molecolari dei fenomeni del capping e della poliadenilazione. Il fenomeno dello splicing. Lo splicing dei pre-mRNA: meccanismi molecolari ed illustrazione dettagliata del processo mediato dal macchinario di splicing. Introni di autosplicing di gruppo I e II. Splicing dei tRNA. Trans-splicing. Splicing alternativo e sue regolazioni. Editing dell'RNA. Il trasporto nucleo-citoplasmatico di macromolecole. La sintesi proteica: richiamo dei concetti di base e descrizione dei meccanismi di regolazione della traduzione negli eucarioti. I livelli di controllo della sintesi proteica, con particolare enfasi sulla stabilità dei messaggeri ed accessibilità del ribosoma ai trascritti. Meccanismi di controllo autogeni e non autogeni. Il ruolo di Maskin nel modulare la "traducibilità" dei messaggeri. Meccanismi di controllo della qualità dei messaggeri durante la traduzione: non-stop mediated decay e nonsense mediated decay. Meccanismi di controllo della stabilità dei messaggeri mediati da RNA regolatori: riboswitch, miRNA e lncRNA. Strategie di gene silencing basate su RNA anti-senso e miRNA. Meccanismi di modulazione dell'espressione genica basati su fenomeni di polarizzazione della concentrazione intra-cellulare degli mRNA. Le modificazioni post-traduzionali: i meccanismi molecolari dell'ubiquitinazione e della sumoilazione. La trasduzione del segnale: caratteristiche e proprietà delle vie di segnalazione e delle loro componenti.
8 ore di lezione saranno dedicate a fornire una panoramica delle tecniche maggiormente utilizzate in biologia molecolare per lo studio e l'analisi dell'espressione genica. Next generation sequencing. I sistemi avanzati per la modificazione mirata dei genomi.

Gli Studenti, alla fine del corso, avranno acquisito conoscenza e comprensione degli argomenti trattati e sviluppato la capacità di applicare tali conoscenze in modo autonomo, nell'affrontare argomenti nuovi, focalizzati sugli aspetti molecolari della biologia della cellula. Nel dettaglio gli Studenti conosceranno e saranno in grado di comprendere: a) la composizione, la distribuzione e l'organizzazione strutturale degli acidi nucleici e dei genomi; b) i meccanismi molecolari responsabili della trasmissione dell'informazione genica e dell'espressione dei geni nei tempi e nei modi corretti; c) i principali livelli di integrazione di questi fenomeni; e d) le principali conseguenze di un malfunzionamento/de-regolazione di questi fenomeni. Gli Studenti potranno applicare le conoscenze acquisite ad altri ambiti quali a) la ricerca delle basi molecolari delle malattie, b) lo sviluppo di nuovi farmaci diretti contro funzioni che agiscono nel mantenimento del genoma e nell'espressione genica, e c) la messa a punto di nuovi metodi d'indagine molecolare. Allenati a integrare le conoscenze precedentemente acquisite in altri corsi (e.g. Biochimica, Biochimica Applicata, Biologia generale) nella descrizione dei fenomeni illustrati, saranno capaci di applicare lo stesso metodo allo studio di altre discipline (e.g. Farmacologia, Progettazione del farmaco, Biologia strutturale), che affronteranno in momenti successivi del loro percorso di Studi. Gli Studenti saranno in grado di comunicare nozioni e concetti appresi usando la terminologia appropriata.