Ateneo - UPO

- Introduzione alla biologia molecolare
- Basi molecolari dell’epigenetica: struttura e regolazione della cromatina
- Regolazione della trascrizione
- La maturazione dell’RNA e il controllo post-trascrizionale
- I microRNA e Short-interferingRNA
- Sistemi di Riparazione del DNA
- Replicazione del DNA
- Regolazione del Ciclo Cellulare
- Risposta cellulare allo stress
- Apoptosi
- Manipolazioni genetiche nel topo

- Alberts et al. “Molecular biology of the Cell” VI E
- Watson et al. "Molecular biology of the gene" VII E
- Lewin “Genes X”
- Amaldi et al. “Biologia Molecolare”, terza edizione (Ambrosiana)

Fornire le conoscenze di base della biologia molecolare, principalmente negli organismi eucarioti, con particolare riferimento al settore bio-medico, le loro prospettive di ricerca e la comprensione dei principali processi cellulari

Conoscenze generali di biologia cellulare.

Dispense, materiale didattico, presentazioni in PowerPoint delle lezioni ed articoli forniti dal docente

Prova scritta a domande a risposta multipla

- Introduzione alla biologia molecolare: la nascita della Biologia Molecolare, dalla scoperta del DNA alla dimostrazione del suo ruolo come materiale genetico.
Struttura chimica e fisica del DNA. Le basi genomiche della complessità: il ruolo del controllo
dell’espressione genica, cenni di genomica comparata. Geni omologhi, paraloghi, ortologhi. Famiglie
geniche (globine, tubulina); gene ancestrale e duplicazione genica.

Basi molecolari dell’epigenetica: struttura e regolazione della cromatina
- struttura dei nucleosomi e organizzazione della cromatina
- Gli istoni e le loro modificazioni (acetilazione, metilazione).
- Meccanismi del rimodellamento istonico e delle modificazioni della cromatina e loro ruolo nella
regolazione dell’espressione genica. Bromodomini e cromodomini. Ruolo e esempi di enzimi
modificatori istonici: istone acetil transferasi (HAT), istone deacetilasi. Complessi di rimodellamento
istonico.
- Ruolo e meccanismi degli elementi isolatori.
- Metilazione del DNA: significato biologico, DNA metil-transfrasi, meccanismi mediante cui la
metilazione del DNA regola l’espressione genica.

Regolazione della trascrizione
- cenni sulle differenze tra la trascrizione dei procarioti e degli eucarioti
- Trascrizione e regolazione negli eucarioti: RNA polimerasi II, struttura del promotore, fattori basali di
Pol II e formazione del complesso di inizio. Ruolo del Mediatore.
- Meccanismi di riconoscimento dei siti di avvio della trascrizione: TATA box e formazione dei complessi
di avvio della trascrizione.
- Ruolo delle sequenze regolatrici della trascrizione e i fattori che regolano la trascrizione (fattori di
trascrizione e loro organizzazione modulare e dimerica).
- Ruolo delle interazioni fra i fattori di trascrizione e i complessi di rimodellamento della cromatina e di modificazione degli istoni nella regolazione della trascrizione. Esempi.
- Meccanismi di repressione della trascrizione
- Diverse strategie di regolazione della funzione degli attivatori della trascrizione. Esempi (NF-kB)
- Le principali quattro classi strutturali dei fattori di trascrizione: elica-ansa-elica (omeogeni), elica-giroelica
(Myc/MAx/Mad), Cerniera di leucine (Jun. Fos, AP1), dita di zinco (recettori ormoni steroidei). Per
ciascuna classe: elementi strutturali e meccanismi di interazione con il DNA, regolazione della funzione,
cenni sulla funzione e sui geni regolati.

La maturazione dell’RNA e il controllo post-trascrizionale
- Significato di del capping e della poliadenilazione dei trascritti. Cenni sui meccanismi di capping,
poliadenilazione e terminazione del mRNA.
- Generalità sulla natura discontinua dei geni e significato dello splicing.
- Lo spliceosoma e i meccanismi molecolari dello splicing. Lo splicing alternativo
- Regolazione del riconoscimento dei siti di splicing: le sequenze ESE/ISE e ESS/ISS. Le proteine SR
(contenenti i domini RRS) e le proteine hRNPs nella regolazione dello splicing.
- Esempi di patologie causate da mutazioni che deregolano lo splicing.
- Meccanismi di editing del mRNA.
- Cenni sulla regolazione del trasporto e della localizzazione deglimRNA.
- Regolazione della stabilità degli RNA (Esempio delle seq. IRE nella regolazione della stabilità e
traduzione degli mRNA per il recettore della Transferrina e della Ferritina).
- I micro-RNA: struttura genica, trascrizione e maturazione, ruolo delle proteine Dicer e del complesso
RISC, diversi meccanismi di regolazione dell’espressione genica (trascrizione, stabilità mRNA e
traduzione). Natura combinatoriale delle interazioni fra micro-RNA e geni target. Esempi.
- Impatto della scoperta dei microRNA nello studio della funzione dei geni, nei tumori e prospettive
cliniche.
- Short-interferingRNAs; utilizzo nella ricerca di base e nella clinica.
Sistemi di Riparazione del DNA
- danni al DNA (mutazioni del DNA) e riparazione per escissione delle basi, riparazione per escissione di
nucleotidi, riparazione di errori replicativi, riparazione di rotture su entrambi i filamenti.

Replicazione del DNA
- meccanismo di replicazione negli eucarioti; Telomeri e problema della replicazione nei telomeri;
meccanismo che controlla la replicazione nel ciclo cellulare;

Regolazione del Ciclo Cellulare
- Principi generali del controllo del ciclo cellulare.
- Ruolo dei complessi ciclina/Cdk nella progressione del ciclo cellulare.
- Meccanismi molecolari della regolazione delle Cdk: interazione con cicline, fosforilazioni attivatorie e
inibitorie, interazione con proteine inibitrici (p21, p16, p27 ecc.). Meccanismi di regolazione delle
cicline: trascrizione, ubiquitinazione/degradazione.
- Ruolo dei diversi complessi ciclina/cdk nella progressione delle diverse fasi del ciclo e concetto del
“checkpoint”.
- Regolazione dei complessi ciclina/Cdk in fase G1 e S: ruolo dell’attivazione di Jun/Fos e Myc e dei
principali geni target di Myc; regolazione di E2F1 da Ciclina D/Cdk4, Rb e ciclinaE/Cdk2; regolazione
del ciclo cellulare dai soppressori tumorali della famiglia p21, p16, p27 ecc. e loro regolazione da p53.

Risposta cellulare allo stress
- La risposta al danno al DNA e i complessi sensori, trasduttori eeffettori: ruolo di Atm, ChK1/2, Cdc25 e
p53 nella cascata di trasduzione del segnale attivata dal danno al DNA.
- p53: struttura, regolazione (da Mdm2, da Arf e da fosforilazione via Atm/Chk)e funzione nella risposta
al danno al DNA, nella senescenza cellulare e nella risposta all’ipossia. Ruolo e meccanismi mediante
cui p53 promuove arresto del ciclo cellulare e apoptosi. Significato delle mutazione di p53 nei tumori.
- Trasformazione cellulare, concetti generali di oncogenesi. Oncogeni e proto-oncogeni, definizione e
funzione. Meccanismi di attivazione degli oncogeni (gain of function). Alcuni esempi di oncogeni
(recettori tirosino-chinasici, tirosine chinasi citoplasmatiche,src,bcr-abl,RAS). Soppressori tumorali (loss
of function); perdita di eterozigosita'. Definizione di caretaker and gatekeeper. Rb; inibitori del ciclo
cellulare; p53.
- Significato generale dell’apoptosi nell’omeostasi cellulare.
- Via estrinseca dell’attivazione dell’apoptosi: recettori pro-apoptotici, il death domain (DD) e il death
effector domain (DED) e la trasduzione del segnale apoptotico fino all’attivazione delle caspasi
regolatorie (caspasi 8).
- Meccanismo di attivazione delle caspasi effettorie (caspasi 3) e ruolo dei loro substrati nel determinare
l’apoptosi (cambiamento di forma, frammentazione del DNA, esternalizzazione della fosfofatidilserina)
e il riconoscimento da cellule con attività fagocitica.
- Via intrinseca dell’attivazione dell’apoptosi: ruolo centrale della regolazione della permeabilità della
membrana mitocondriale esterna nel determinare il rilascio di citocromo C, Smac/Diablo e altre proteine
che regolano l’apoptosi. Meccanismo di attivazione delle caspasi 9 da parte del citocromo c. Ruolo delle
proteine IAP (inibitori di caspasi) nella regolazione dell’apoptosi.
- I diversi meccanismi di regolazione delle 3principali famiglie di caspasi (caspasi 8, 9 e 3)
- Formazione del poro della membrana mitocondriale esterna: le proteine Bcl2 pro-apoptotiche, le proteine
Bcl2 anti-apoptotiche e le proteine BH3-only. Significato funzionale dei domini BH1, BH2e BH3.
- Necrosi: caratteristiche distintive dall’apoptosi
Manipolazioni genetiche nel topo
- Transgenesi standard, gene targeting, sistemi Cre-Lox(sistemi costitutivi e inducibili). Esempi di topi
transgenici o knock-outgenerati per lo studio di patologie (malattia di Alzheimer, topo p53-/-).ici o knock-outgenerati per lo studio di patologie (malattia di Alzheimer, topo p53-/-).

Fornire le conoscenze di base della biologia molecolare, principalmente negli organismi eucarioti, con particolare riferimento al settore bio-medico, le loro prospettive di ricerca e la comprensione dei principali processi cellulari.