Il programma è coerente con quanto stabilito dal DM 418 del 30.05.25 (Syllabus_BIOLOGIA) e reperibile al link: https://www.mur.gov.it/it/atti-e-normativa/decreto-ministeriale-n-418-del-30-05-2025
Unità didattica 1. Le basi dell’organizzazione biologica e molecolare della vita (impegno didattico valutato in CFU= 0,75) Descrivere e interpretare:
- L’albero della vita. Gli organismi e la teoria cellulare. Le proprietà fondamentali della materia vivente. La teoria dell’evoluzione di Darwin e il principio One Health.
- I virus: Caratteristiche generali. L’acido nucleico, il capside e l’involucro membranoso. Le 6 classi di virus animali. Il ciclo litico e lisogenico di un virus batterico. Il ciclo di un virus animale. Il ciclo di un retrovirus. Modalità di entrata e di uscita di un virus da una cellula animale. Virus oncogeni a DNA e a RNA.
- Cenni sulla cellula procariotica: la membrana plasmatica, la parete, la membrana esterna, la capsula, le fimbrie e i pili, i flagelli. I batteri Gram positivi e Gram negativi (la colorazione di Gram). Gli eubatteri e gli archeobatteri. Cenni sui meccanismi di trasferimento genico orizzontali.
- La cellula eucariotica. Il sistema delle endomembrane. La generazione del nucleo, l’endosimbiosi per la generazione dei mitocondri. Dagli organismi unicellulari a quelli pluricellulari complessi.
- Le basi chimiche della vita: gli atomi e le molecole di interesse biologico. Le molecole polari e non polari. Le proprietà dell’acqua. I legami chimici covalenti e non covalenti. I gruppi funzionali.
- Struttura e funzione delle macromolecole biologiche: Gli zuccheri e i carboidrati. I lipidi. I nucleotidi e gli acidi nucleici. Il modello di Watson e Crick e la doppia elica del DNA. Gli RNA: struttura e funzioni. RNA codificanti e non codificanti. Gli amminoacidi, il legame peptidico e le proteine. Cenni sulla struttura delle proteine. Domini proteici e siti attivi. Le principali modificazioni post-traduzionali delle proteine, ad esempio la fosforilazione, l’acelazione, la glicosilazione e l’aggiunta
di lipidi. Cenni sugli enzimi ed il loro funzionamento.
- Cenni di metabolismo: i concetti di anabolismo e catabolismo, le reazioni di condensazione e di idrolisi.
Unità didattica 2. I meccanismi cellulari di trasmissione e controllo dell’informazione genetica e epigenetica (impegno didattico valutato in CFU=0,5)
Descrivere e interpretare:
- Il nucleo e il genoma delle cellule eucariotiche: I cromosomi lineari delle cellule eucariotiche. Il cariotipo nell’uomo. La diploidia e i cromosomi omologhi. Organizzazione minimale di un cromosoma eucariotico. Il DNA centromerico e telomerico.
- La cromatina: I nucleosomi. L’impaccamento del DNA e le proteine istoniche. L’istone H1 e la fibra di 30 nm. L’eucromatina e l’eterocromatina, la metilazione del DNA. Il rimodellamento della cromatina. Le modificazioni post-traduzionali degli istoni e l’epigenetica (l’esempio dell’acetilazione). Le condensine e il ripiegamento della cromatina.
- Il genoma umano: Cenni sull’organizzazione e caratteristiche delle sequenze che lo compongono. Sequenze singole, famiglie geniche (globine, RNA ribosomiali), sequenze ripetute, sequenzeripetute in tandem (minisatelliti, microsatelliti), sequenze ripetute intersperse (LINE, SINE e retrovirus endogeni). Gli elementi mobili del DNA.
Unità didattica 3. Il flusso dell’informazione (impegno didattico valutato in CFU=1,0) Descrivere e interpretare:
- La replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti: Il meccanismo semiconservativo. Le origini di replicazione, la formazione del complesso d’inizio e la forcella replicativa. Lo srotolamento del DNA: le DNA elicasi e le topoisomerasi. La primasi e l’innesco della replicazione. Le DNA polimerasi e le attività di correzione degli errori. Il filamento continuo e discontinuo e i frammenti di Okazaki. La rimozione dell’RNA e la DNA ligasi. La funzione dei telomeri e delle telomerasi. I telomeri e la senescenza replicativa.
- I geni: Il concetto di gene e l’anatomia del gene procariotico ed eucariotico. Geni policistronici e monocistronici. Promotori ed elementi regolativi in cis.
- Cenni sulla trascrizione nei procarioti: Il modello dell’operone Lac.
- Il controllo dell’espressione genica negli eucarioti: trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale.
- La trascrizione negli eucarioti: Le tre RNA polimerasi (I, II, III). I fattori di trascrizione generali. La TATA box. Promotori prossimali e distali (enhancer e silencer). I fattori di trascrizione specifici: l’esempio dei recettori degli ormoni steroidei. Inizio, elongazione e terminazione della trascrizione negli eucarioti.
- La maturazione degli RNA: Il capping, la poliadenilazione, lo splicing e lo splicing alternativo. Cenni sullo spliceosoma e gli snRNA. I ribozimi. Editing dell’RNA. La regolazione della stabilità del messaggero (Deadenilazione e decapucciamento, miRNA ed RNA interference).
- La sintesi delle proteine: Il meccanismo della traduzione. Gli attori della traduzione, mRNA, rRNA e tRNA. La sintesi degli aminoacil-tRNA. I ribosomi. Sintesi e maturazione degli rRNA e dei tRNA. Il codice genetico, i codoni e gli anticodoni. La ridondanza, la degenerazione, la non ambiguità e l’universalità del codice genetico. I fattori di inizio, di elongazione e di terminazione nella traduzione.
- La maturazione delle proteine: L’importanza del corretto ripiegamento delle proteine. Le proteine chaperon. Gli errori di ripiegamento delle proteine. Cenni sui prioni.
- Regolazione dell’attività biologica delle proteine: La degradazione delle proteine. Degradazione proteasomica ubiquitina dipendente. Proteine simili all’ubiquitina.
Unità didattica 4. I meccanismi cellulari di trasmissione e controllo dei caratteri selvatici e mutati (impegno didattico valutato in CFU= 0,75)
Descrivere e interpretare:
- Le variazioni del genoma: Sostituzione, inserzione o delezione di nucleotidi. Mutazioni geniche e cromosomiche. Il fenomeno dell’espansione di sequenze ripetute. Cenni sui principali meccanismi
di riparazione del DNA nel danno a singolo e doppio filamento. Correlazioni con i fenomeni di invecchiamento cellulare.
- Gli alleli: Omozigosi, eterozigosi ed eterozigosi composta. Dominanza e recessività. Genotipo e fenotipo. Le leggi di Mendel. I caratteri singoli, la segregazione, l’assortimento indipendente.
Dominanza incompleta e codominanza. Alleli multipli (poliallelia, sistema AB0 dei gruppi sanguigni). La pleiotropia. Epistasi (rapporti mendeliani atipici). Associazione completa e incompleta. Mappe fisiche e genetiche. Gli alberi genealogici.
- L’espressione genica modulata dall’ambiente: Il concetto di penetranza ed espressività, caratteri poligenici ed eredità quantitativa. Imprinting genomico.
- Cromosomi umani e cariotipo: La tecnica del bandeggio. Cariotipo umano euploide. Alterazioni del cariotipo umano: variazioni del numero dei cromosomi (aneuploidia, poliploidia) e della struttura dei cromosomi (traslocazioni, inversioni, delezioni e inserzioni). L’esempio della trisomia del cromosoma 21. Ereditarietà autosomica (dominante e recessiva), ereditarietà associata al cromosoma X (dominante e recessiva), al cromosoma Y, ereditarietà mitocondriale.
Unità didattica 5. Le strutture cellulari: biogenesi, morfologia e funzioni (impegno didattico valutato in CFU=1,5)
Descrivere e interpretare:
- Le membrane e i loro componenti. Il modello a mosaico fluido. L’importanza del glicocalice. Asimmetria di membrana.
- Il trasporto attraverso la membrana plasmatica. Osmosi, diffusione, trasporto passivo. Le proteine canale e i trasportatori. Il trasporto attivo. L’esempio dei trasportatori ABC e della pompa Na/K. Il potenziale di membrana. Il potenziale d’azione.
- Lo smistamento delle proteine: I diversi compartimenti cellulari e le loro relazioni topologiche. I segnali di indirizzamento ai compartimenti. Trasporto regolato attraverso i pori nucleari, tramite traslocatori o tramite vescicole.
- Il nucleo: L’involucro nucleare. Il nucleolo. I pori nucleari. Le nucleoporine. Il trasporto nucleare. I segnali di localizzazione nucleare e di esportazione nucleare. Il ruolo delle importine, delle esportine, della proteina Ran e di RanGEF e RanGAP. Regolazione dell’importazione nucleare
(esempi: recettore degli ormoni steroidei, NfkB, SREBP1). Trasporto degli RNA dal nucleo al citosol.
- I mitocondri: struttura e funzioni. Il genoma mitocondriale e le modalità del flusso
dell’informazione nei mitocondri. Cenni di energetica: la respirazione cellulare (dalla glicolisi alla catena di trasporto degli elettroni fino alla sintesi di ATP), le molecole che vi partecipano, il bilancio energetico del processo. Il network mitocondriale e le sue dinamiche: fusione, fissione e le proteine regolatorie. Il trasporto ai mitocondri: il segnale di indirizzamento alla matrice mitocondriale, i traslocatori TOM, TIM, SAM e OXA. Il ruolo dell’energia nell’importazione delle proteine alla matrice mitocondriale. L’importazione di proteine alla membrana mitocondriale esterna, alla membrana mitocondriale interna e allo spazio intermembrana.
- I perossisomi: struttura e funzioni. Il trasporto ai perossisomi: i segnali e i loro recettori. Le peculiarità del trasporto ai perossisomi. Le perossine e la biogenesi dei perossisomi. L’azione detossificante dei perossisomi. Patologie legate ai perossisomi (sindrome di Zellweger).
- La via secretoria: il reticolo endoplasmatico liscio e ruvido, il cis-Golgi network, l’apparato di Golgi e il trans-Golgi network. Il trasporto al reticolo endoplasmatico: la sequenza di indirizzamento, SRP ed il suo recettore, il traslocone, la peptidasi del segnale. Le modificazioni delle proteine neosintetizzate nel reticolo endoplasmatico. La glicosilazione ed il suo ruolo nel ripiegamento delle proteine tramite calnexina e calreticulina. Il controllo di qualità del reticolo endoplasmatico (esempi: calnexina e immunoglobuline). Ruolo delle proteine chaperon durante la traduzione ed il trasporto agli organelli. Le risposte UPR e l’attivazione del sistema ERAD. L’esempio della fibrosi cistica. Secrezione costitutiva e secrezione regolata.
- Il traffico vescicolare: Formazione delle vescicole. Le proteine di rivestimento ed i loro ruoli. L’attracco, l’ormeggio e la fusione di vescicole ai compartimenti bersaglio. Ruolo di NSF, SNAPs, SNARE e RAB. Il ruolo dei fosfoinositidi.
- L’endocitosi: Endocitosi in fase fluida e mediata da recettori. Endocitosi della transferrina, delle LDL e dell’EGF: differenze e peculiarità. Endosomi precoci di smistamento e di riciclo, endosomi tardivi, corpi multivescicolari e lisosomi. Il trasporto ai lisosomi e il mannosio-6-fosfato. Disfunzioni lisosomali e malattie di accumulo. L’endocitosi nelle cellule polarizzate. La transcitosi (esempio delle immunoglobuline). La fagocitosi e le sue funzioni.
- L’autofagia: macroautofagia, microautofagia e autofagia mediata da chaperon molecolari. L’esempio della mitofagia. Conseguenze delle alterazioni della via autofagica.
- Il citoscheletro. I microtubuli: Struttura e funzione dei microtubuli. Formazione, allungamento e accorciamento dei microtubuli. Il ruolo del GTP nella stabilità dei microtubuli. Il centrosoma e il complesso yTuRC. Proteine MAP motrici e non motrici. Le dineine e le chinesine. Esempi di alterazioni nelle dineine citoplasmatiche. Le ciglia e i flagelli. I microfilamenti: Struttura e funzioni dei microfilamenti di actina. Il processo di polimerizzazione dell’actina: il ruolo dell’ATP e il complesso Arp2/3. Le proteine accessorie dell’actina. Le proteine di collegamento: l’esempio della distrofina. Le miosine. Il sarcomero. Regolazione del citoscheletro di actina tramite proteine della famiglia Rho (Rho, Rac e CDC42). La migrazione cellulare, l’esempio della polarizzazione e chemiotassi dei neutrofili.
- I filamenti intermedi: Polimerizzazione, struttura e funzioni. Le cheratine e la lamina nucleare. I legami tra diversi elementi del citoscheletro. Le connessioni tra nucleoscheletro e citoscheletro.
Unità didattica 6. La cellula e l’ambiente, la segnalazione cellulare e la trasduzione del segnale (impegno didattico valutato in CFU= 0,75)
Descrivere e interpretare:
- La matrice extracellulare: struttura e funzioni. Degradazione della matrice extracellulare. Ancoraggio alla matrice tramite le integrine. La meccanotrasduzione e le connessioni con il
citoscheletro. L’esempio della fibronectina.
- La comunicazione tra cellule: Il riconoscimento tra cellule e la formazione dei tessuti (caderine e CAM). I diversi tipi di giunzioni cellulari: giunzioni occludenti, giunzioni aderenti, desmosomi ed emidesmosomi, giunzioni comunicanti.
- La segnalazione cellulare da contatto, autocrina, paracrina, endocrina e sinaptica. La trasduzione del segnale: elementi costitutivi e cascate regolative. I recettori di superficie e i recettori intracellulari. L’esempio dell’ossido nitrico e gli ormoni lipidici. I recettori accoppiati a canali ionici.
- I recettori accoppiati a proteine G. Le proteine G monomeriche e trimeriche nella trasduzione del segnale. Le proteine regolatorie: GEF e GAP. Secondi messaggeri e amplificazione del segnale. Desensitizzazione recettoriale, l’esempio della visione.
- I recettori dotati di attività enzimatica: i recettori tirosin-chinasici, la via Ras-MAP chinasi. Gli oncogeni e la trasduzione del segnale. Segnalazione del recettore per l'insulina e del recettore per l’EGF. La segnalazione dei fosfoinositidi.
Unità didattica 7. Il controllo della proliferazione e della sopravvivenza cellulare (impegno didattico valutato in CFU=0,75). Descrivere e interpretare:
- Il ciclo cellulare: Le fasi e i punti di controllo. Le cicline e le chinasi dipendenti da ciclina e la loro modulazione. Le fasi della mitosi. L’ingresso in mitosi. La condensazione dei cromosomi.
- La formazione del fuso mitotico: i microtubuli astrali, del cinetocore e interpolari. I meccanoenzimi della mitosi, il disassemblaggio della lamina nucleare e la dinamica degli organelli intracellulari. Il complesso NDC80. Il movimento dei cromosomi e del fuso mitotico.
- Il completamento della mitosi: Il complesso APC/C o ciclosoma. La degradazione delle cicline e della securina. La separazione dei cromatidi fratelli. La citodieresi. La mitosi asimmetrica.
- L’entrata in fase S: il ruolo dei fattori di crescita. La ciclina D-Cdk4/6. Fosforilazione di Rb e attivazione di E2F. Rb nel retinoblastoma. Gli inibitori del complesso ciclina-CDK. Il danno al DNA
e l’attivazione di p53 per l’induzione del riparo o dell’apoptosi. Proto-oncogeni, oncogeni e geni oncosoppressori.
- Cenni sulle cellule germinali. Meccanismo molecolare della meiosi e sue conseguenze genetiche. Il crossing over. Le differenze tra mitosi e meiosi. Cause di aneuploidia. La meiosi nella gametogenesi umana maschile e femminile. Il concetto della cellula staminale.
- La morte cellulare: necrosi e apoptosi. La via apoptotica intrinseca ed estrinseca. Le caspasi iniziatrici ed esecutrici. La MOMP, il citocromo C e l’apoptosoma. Le proteine pro- e antiapoptotiche (la famiglia di BCL2). I recettori di morte e le vie di segnalazione.
The program is consistent with the provisions of Ministerial Decree 418 of 30.05.25 (Syllabus_BIOLOGIA) and can be found at the link: https://www.mur.gov.it/it/atti-e-normativa/decreto-ministeriale-n-418-del-30-05-2025
Teaching Unit 1. The Basics of the Biological and Molecular Organization of Life (learning commitment assessed in CFU = 0.75) Describe and interpret: - The tree of life. Organisms and cell theory. The fundamental properties of living matter. Darwin's theory of evolution and the One Health principle. - Viruses: General characteristics. Nucleic acid, capsid, and membranous envelope. The 6 classes of animal viruses. The lytic and lysogenic cycle of a bacterial virus. The life cycle of an animal virus. The life cycle of a retrovirus. How a virus enters and exits an animal cell. DNA and RNA oncogenic viruses. - Notes on the prokaryotic cell: the plasma membrane, cell wall, outer membrane, capsule, fimbriae and pili, and flagella. Gram-positive and Gram-negative bacteria (Gram staining). Eubacteria and archaebacteria. Notes on horizontal gene transfer mechanisms. - The eukaryotic cell. The endomembrane system. Generation of the nucleus, endosymbiosis for the generation of mitochondria. From unicellular to complex multicellular organisms. - The chemical basis of life: atoms and molecules of biological interest. Polar and nonpolar molecules. The properties of water. Covalent and noncovalent chemical bonds. Functional groups. - Structure and function of biological macromolecules: Sugars and carbohydrates. Lipids. Nucleotides and nucleic acids. The Watson-Crick model and the DNA double helix. RNA: structure and functions. Coding and noncoding RNA. Amino acids, the peptide bond, and proteins. Overview of protein structure. Protein domains and active sites. The main post-translational modifications of proteins, such as phosphorylation, acetylation, glycosylation, and the addition of lipids. Overview of enzymes and their function. - Overview of metabolism: the concepts of anabolism and catabolism, condensation and hydrolysis reactions.
Teaching Unit 2: Cellular mechanisms of transmission and control of genetic and epigenetic information (learning commitment assessed at 0.5 credits) Describe and interpret: - The nucleus and genome of eukaryotic cells: Linear chromosomes of eukaryotic cells. The karyotype in humans. Diploidy and homologous chromosomes. Minimal organization of a eukaryotic chromosome. Centromeric and telomeric DNA. - Chromatin: Nucleosomes. DNA packaging and histone proteins. Histone H1 and the 30-nm fiber. Euchromatin and heterochromatin, DNA methylation. Chromatin remodeling. Post-translational modifications of histones and epigenetics (the example of acetylation). Condensins and chromatin folding. - The human genome: Overview of the organization and characteristics of its component sequences. Single sequences, gene families (globins, ribosomal RNAs), repeated sequences, tandemly repeated sequences (minisatellites, microsatellites), interspersed repeated sequences (LINEs, SINEs, and endogenous retroviruses). Mobile DNA elements.
Teaching Unit 3. The Flow of Information (teaching effort assessed at 1.0 credits) Describe and interpret: - DNA replication in prokaryotes and eukaryotes: The semiconservative mechanism. The origins of replication, the formation of the initiation complex, and the replication fork. DNA unwinding: DNA helicases and topoisomerases. Primase and replication initiation. DNA polymerases and error-correction activities. The continuous and discontinuous strand and Okazaki fragments. RNA removal and DNA ligase. The function of telomeres and telomerases. Telomeres and replicative senescence. - Genes: The concept of gene and the anatomy of prokaryotic and eukaryotic genes. Polycistronic and monocistronic genes. Promoters and cis-regulatory elements. - Transcription in prokaryotes: The Lac operon model. - Control of gene expression in eukaryotes: transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational. - Transcription in eukaryotes: The three RNA polymerases (I, II, III). General transcription factors. The TATA box. Proximal and distal promoters (enhancers and silencers). Specific transcription factors: the example of steroid hormone receptors. Initiation, elongation, and termination of transcription in eukaryotes. - RNA maturation: Capping, polyadenylation, splicing, and alternative splicing. Notes on the spliceosome and snRNAs. Ribozymes. RNA editing. Regulation of messenger RNA stability (Deadenylation and uncapping, miRNAs, and RNA interference). - Protein synthesis: The mechanism of translation. The players in translation: mRNA, rRNA, and tRNA. The synthesis of aminoacyl-tRNA. Ribosomes. Synthesis and maturation of rRNA and tRNA. The genetic code, codons, and anticodons. Redundancy, degeneracy, unambiguity, and universality of the genetic code. Initiation, elongation, and termination factors in translation. - Protein maturation: The importance of correct protein folding. Chaperone proteins. Protein folding errors. Notes on prions. - Regulation of the biological activity of proteins: Protein degradation. Ubiquitin-dependent proteasomal degradation. Ubiquitin-like proteins.
Teaching Unit 4. Cellular Mechanisms of Transmission and Control of Wild-type and Mutated Traits (teaching effort assessed in credits = 0.75) Describe and interpret: - Genome variations: Nucleotide substitutions, insertions, or deletions. Gene and chromosomal mutations. The phenomenon of repeat expansion. Overview of the main mechanisms of DNA repair for single- and double-stranded damage. Correlations with cellular aging phenomena. - Alleles: Homozygosity, heterozygosity, and compound heterozygosity. Dominance and recessiveness. Genotype and phenotype. Mendel's laws. Single traits, segregation, and independent assortment. Incomplete dominance and codominance. Multiple alleles (polyallely, ABO blood group system). Pleiotropy. Epistasis (atypical Mendelian relationships). Complete and incomplete association. Physical and genetic maps. Family trees. - Environmentally modulated gene expression: The concept of penetrance and expressivity, polygenic traits, and quantitative inheritance. Genomic imprinting. - Human chromosomes and karyotype: The banding technique. Euploid human karyotype. Alterations in the human karyotype: variations in chromosome number (aneuploidy, polyploidy) and chromosome structure (translocations, inversions, deletions, and insertions). The example of trisomy 21. Autosomal inheritance (dominant and recessive), X-linked inheritance (dominant and recessive), Y-linked inheritance, mitochondrial inheritance.
Teaching Unit 5. Cellular Structures: Biogenesis, Morphology, and Functions (learning commitment assessed at 1.5 credits) Describe and interpret: - Membranes and their components. The fluid mosaic model. The importance of the glycocalyx. Membrane asymmetry. - Transport across the plasma membrane. Osmosis, diffusion, passive transport. Channel proteins and transporters. Active transport. The example of ABC transporters and the Na/K pump. Membrane potential. The action potential. - Protein sorting: The different cellular compartments and their topological relationships. Compartment targeting signals. Regulated transport through nuclear pores, via translocators, or via vesicles. - The nucleus: The nuclear envelope. The nucleolus. Nuclear pores. Nucleoporins. Nuclear transport. Nuclear localization and nuclear export signals. The role of importins, exportins, the Ran protein, and RanGEF and RanGAP. Regulation of nuclear import (examples: steroid hormone receptor, NfkB, SREBP1). Transport of RNA from the nucleus to the cytosol. - Mitochondria: structure and functions. The mitochondrial genome and the flow of information in mitochondria. Introduction to energetics: cellular respiration (from glycolysis to the electron transport chain to ATP synthesis), the molecules involved, and the energy balance of the process. The mitochondrial network and its dynamics: fusion, fission, and regulatory proteins. Transport to the mitochondria: the mitochondrial matrix targeting signal, the TOM, TIM, SAM, and OXA translocators. The role of energy in protein import to the mitochondrial matrix. Protein import to the outer mitochondrial membrane, the inner mitochondrial membrane, and the intermembrane space. - Peroxisomes: structure and functions. Transport to peroxisomes: signals and their receptors. Peculiarities of peroxisome transport. Peroxins and peroxisome biogenesis. The detoxifying action of peroxisomes. Peroxisome-related disorders (Zellweger syndrome). - The secretory pathway: the smooth and rough endoplasmic reticulum, the cis-Golgi network, the Golgi apparatus, and the trans-Golgi network. Transport to the endoplasmic reticulum: the targeting sequence, SRP and its receptor, the translocon, and the signal peptidase. Modifications of newly synthesized proteins in the endoplasmic reticulum. Glycosylation and its role in protein folding via calnexin and calreticulin. Quality control of the endoplasmic reticulum (examples: calnexin and immunoglobulins). The role of chaperone proteins during translation and transport to organelles. UPR responses and activation of the ERAD system. The example of cystic fibrosis. Constitutive secretion and regulated secretion. - Vesicular trafficking: Vesicle formation. Coating proteins and their roles. Docking, mooring, and fusion of vesicles to target compartments. The role of NSF, SNAPs, SNAREs, and RABs. The role of phosphoinositides. - Endocytosis: Fluid-phase and receptor-mediated endocytosis. Endocytosis of transferrin, LDL, and EGF: differences and peculiarities. Early sorting and recycling endosomes, late endosomes, multivesicular bodies, and lysosomes. Transport to lysosomes and mannose-6-phosphate. Lysosomal dysfunction and storage diseases. Endocytosis in polarized cells. Transcytosis (example of immunoglobulins). Phagocytosis and its functions. - Autophagy: macroautophagy, microautophagy, and autophagy mediated by molecular chaperones. The example of mitophagy. Consequences of alterations in the autophagic pathway. - The cytoskeleton. Microtubules: Structure and function of microtubules. Formation, elongation, and shortening of microtubules. The role of GTP in microtubule stability. The centrosome and the yTuRC complex. Motor and non-motor MAP proteins. Dyneins and kinesins. Examples of alterations in cytoplasmic dyneins. Cilia and flagella. Microfilaments: Structure and function of actin microfilaments. The actin polymerization process: the role of ATP and the Arp2/3 complex. Actin accessory proteins. Linking proteins: the example of dystrophin. Myosins. The sarcomere. Regulation of the actin cytoskeleton by Rho family proteins (Rho, Rac, and CDC42). Cell migration, the example of neutrophil polarization and chemotaxis. - Intermediate filaments: Polymerization, structure, and functions. Keratins and the nuclear lamina. Links between different cytoskeletal elements. Connections between the nucleoskeleton and the cytoskeleton.
Teaching Unit 6. The Cell and the Environment, Cell Signaling and Signal Transduction (teaching effort assessed in credits = 0.75) Describe and interpret: - The extracellular matrix: structure and functions. Degradation of the extracellular matrix. Anchoring to the matrix by integrins. Mechanotransduction and connections with the cytoskeleton. The example of fibronectin. - Cell-to-cell communication: Cell-to-cell recognition and tissue formation (cadherins and CAM). Different types of cell junctions: tight junctions, adherens junctions, desmosomes and hemidesmosomes, gap junctions. - Contact, autocrine, paracrine, endocrine, and synaptic cell signaling. Signal transduction: building blocks and regulatory cascades. Surface receptors and intracellular receptors. The example of nitric oxide and lipid hormones. Ion channel-coupled receptors. - G protein-coupled receptors. Monomeric and trimeric G proteins in signal transduction. Regulatory proteins: GEFs and GAPs. Second messengers and signal amplification. Receptor desensitization, the example of vision. - Receptors with enzymatic activity: receptor tyrosine kinases, the Ras-MAP kinase pathway. Oncogenes and signal transduction. Insulin receptor and EGF receptor signaling. Phosphoinositide signaling.
Teaching Unit 7. Control of cell proliferation and survival (teaching effort assessed with 0.75 credits). Describe and interpret: - The cell cycle: Phases and checkpoints. Cyclins and cyclin-dependent kinases and their modulation. Phases of mitosis. Entry into mitosis. Chromosome condensation. - Formation of the mitotic spindle: astral, kinetochore, and interpolar microtubules. The mechanoenzymes of mitosis, disassembly of the nuclear lamina, and the dynamics of intracellular organelles. The NDC80 complex. The movement of chromosomes and the mitotic spindle. - Completion of mitosis: The APC/C complex or cyclosome. The degradation of cyclins and securin. Separation of sister chromatids. Cytokinesis. Asymmetric mitosis. - Entry into S phase: the role of growth factors. Cyclin D-Cdk4/6. Phosphorylation of Rb and activation of E2F. Rb in retinoblastoma. Inhibitors of the cyclin-CDK complex. DNA damage and p53 activation for the induction of repair or apoptosis. Proto-oncogenes, oncogenes, and tumor suppressor genes. - Overview of germ cells. Molecular mechanism of meiosis and its genetic consequences. Crossing over. Differences between mitosis and meiosis. Causes of aneuploidy. Meiosis in human male and female gametogenesis. The concept of the stem cell. - Cell death: necrosis and apoptosis. The intrinsic and extrinsic apoptotic pathway. Initiator and executioner caspases. MOMP, cytochrome C, and the apoptosome. Pro- and antiapoptotic proteins (the BCL2 family). Death receptors and signaling pathways.
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