Ateneo - UPO

Nella prima parte del Corso verranno approfonditi argomenti quali la descrizione della struttura degli acidi nucleici e l'organizzazione dei genomi. Nella seconda parte del corso verranno descritti i meccanismi molecolari responsabili della replicazione e 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, la diversificazione delle proteine mediante modificazioni post-traduzionali, i concetti di base del signalling, focalizzando l'attenzione sui sistemi eucariotici. Sistemi e tecnologie di base per lo studio della biologia molecolare.

Zlatanova J et al. "Biologia Molecolare"; Ed. Zanichelli; ISBN 978-88-08-92089-8 Amaldi F et al. "Biologia Molecolare"; Casa Editrice Ambrosiana; ISBN 978-88-08-18567-9 Full paper e monografie suggerite di volta in volta dal Docente. Il materiale non coperto da diritti d'autore e prodotto dal Docente (utilizzato a supporto delle lezioni in aula) 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 di Biologia Molecolare 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 dettagliata 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

Didattica frontale (lezioni).

Durante le lezioni si farà anche uso di materiale audio/video pubblicamente accessibile (in inglese).

Esame scritto. Il primo esercizio si compone di 12 domande, ciascuna costituita da 3 affermazioni che devono essere giudicate vere o false; 3 risposte corrette a tutte e tre le 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. 12 punti). Nel secondo esercizio si richiede di descrivere sinteticamente un meccanismo molecolare coinvolto in un processo biologico/biotecnologico (e.g., un pathway di ricombinazione o il meccanismo di un enzima) (max. 6 punti). Il terzo esercizio consiste in una domanda aperta, intesa a verificare la capacità dello Studente di elaborare ed integrare le nozioni apprese, sia di tipo "teorico" che "applicativo"(max. 13 punti). Perché il test sia valido lo studente dovrà raggiungere un punteggio minimo in tutte e 3 le parti in cui si articola l'esame, in particolare: primo esercizio=5 pt; secondo esercizio=3 pt; domanda aperta =6 pt

Gli acidi nucleici: struttura di DNA ed RNA. Le topoisomerasi. Genomi: struttura di genomi procariotici ed eucariotici. Gli elementi mobili: i trasposoni. Il DNA mitocondriale. La replicazione del DNA: dettagli molecolari del macchinario di replicazione nei procarioti e negli eucarioti: analogie e differenze. Le tappe della replicazione. Meccanismo d'azione e ruolo delle telomerasi. Cenni al 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), Nucleotide Excision Repair (global genome, GG-NER e transcription-coupled, TC-NER) e 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). Le vie di segnalazione in risposta al danno sul DNA. ATR/ATRIP ed ATM. 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. 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. La maturazione degli mRNA: dettagli molecolari dei fenomeni del capping, dello splicing e della poliadenilazione. Lo splicing dei pre-mRNA: illustrazione dettagliata del processo mediato dal macchinario di splicing. Splicing alternativo e sue regolazioni. Cenni al 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. Esempi di meccanismi di controllo della qualità dei messaggeri durante la traduzione: nonsense mediated decay e non-stop mediated decay. Meccanismi di controllo della stabilità dei messaggeri mediati da RNA regolatori. I miRNA. Le modificazioni post-traduzionali: dettagli sui meccanismi molecolari dell'ubiquitinazione e della sumoilazione. 8 ore di lezione saranno dedicate a fornire una panoramica di tecniche utilizzate in biologia molecolare: sottoclonaggio “classico”, PCR, sequenziamento, silenziamento genico.

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 e l'organizzazione strutturale degli acidi nucleici e dei genomi; b) i dettagli dei 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 comprensione delle basi molecolari delle malattie, b) la comprensione del meccanismo di azione di farmaci a piccola molecola o biotecnologici diretti contro funzioni che agiscono nel mantenimento del genoma e nell'espressione genica, e c) i principi alla base di alcuni metodi d'indagine molecolare in campo biomedico. Allenati a integrare le conoscenze precedentemente acquisite in altri corsi (e.g. Biochimica, Biologia generale) nella descrizione dei fenomeni illustrati, saranno capaci di applicare lo stesso metodo allo studio di altre discipline (e.g. Farmacologia), 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.