Biologia e genetica

Programma del modulo:
· DNA
Il DNA come depositario dell'informazione genetica
Struttura tridimensionale del DNA (struttura secondaria)
La doppia elica
Basi complementari
Contenuto di informazione del DNA e vincoli imposti dalla struttura a doppia elica
Tautomeria delle basi ed accoppiamenti errati
DNA Z
Quartetti G, strutture cruciformi e a forcina
Forma e dimensioni delle molecole di DNA (struttura terziaria)
Molecole lineari e circolari
Superavvolgimenti
Struttura dei cromosomi e della cromatina (struttura quaternaria)
Organizzazione del "cromosoma" procariotico
Struttura della cromatina nelle cellule eucariotiche
Organizzazione gerarchica della cromatina e dei cromosomi
Compattamento e plasticità degli acidi nucleici
Nucleosomi, istoni e modificazioni istoniche
· REPLICAZIONE DEL DNA
Importanza biologica della sintesi del DNA
nella trasmissione dell'informazione genetica da una generazione all'altra (replicazione)
nella "riparazione" di "danni" alle molecole di DNA (sintesi riparativa)
Origine della replicazione e forche replicative
Origini della replicazione
Direzione di avanzamento delle forche replicative
Problemi posti a livello molecolare dalle caratteristiche del DNA e delle DNA polimerasi
insorgenza di superavvolgimenti
andamento antiparallelo delle catene polinucleotidiche nella doppia elica
dipendenza della DNA polimerasi da un innesco
Meccanismo molecolare della replicazione
Filamento anticipato e filamento ritardato
Frammenti di Okazaki
Ruolo delle diverse proteine nel processo di relicazione
Telomerasi

· RIPARAZIONE DEL DNA
Meccanismi di insorgenza delle mutazioni nel DNA
Tipi di possibili danni al DNA
Meccanismi molecolari di riparazione
danni su singolo filamento:
riparazione diretta (reversione o rimozione della lesione)
riparazione per escissione
riparazione degli appaiamenti scorretti (MMR) diretta dal filamento (processo accoppiato alla replicazione)
riparazione per escissione di nucleotidi (NER)
riparazione per escissione di base (BER)
rotture a doppio filamento
unione di estremità non omologhe (NHEJ)
ricombinazione omologa, HR
Sintesi trans-lesione

· RNA
Struttura chimica, differenze con il DNA
Struttura tridimensionale, differenze con il DNA
Eterogeneità molecolare degli RNA: coding e non-coding RNA
Classificazione

· TRASCRIZIONE
Concetti generali:
definizione
promotore e scelta dell'elica da trascrivere
direzione della trascrizione
le RNA polimersai
Il ciclo della trascrizione
inizio
legame al promotore
formazione della bolla di trascrizione
evasione dal promotore
allungamento
terminazione
La trascrizione nei procarioti
la RNA polimerasi batterica
il fattore
terminazione
terminatori intrinseci
terminatori Rho dipendenti
La trascrizione negli eucarioti
le RNA polimerasi eucariotiche
RNA pol I / II / III
il complesso di pre-inizio (PIC)
fattori generali di trascrizione
il ciclo della trascrizione
ruolo della fosforilazione della coda CTD della RNA pol II
struttura dei geni procariotici: geni strutturali
messaggeri policistronici
struttura dei geni eucariotici: geni discontinui
concetto di trascritto primario
messaggeri monocistronici

· LA MATURAZIONE DEGLI RNA
I quattro tipi di maturazione dell'RNA
modificazioni terminali: capping e poliadenilazione
splicing
taglio
modificazioni chimiche: modificazioni chimiche ed editing
Maturazione degli RNA ribosomali
Maturazione dei tRNA
Maturazione degli RNA messaggeri eucariotici
capping
splicing
poliadenilazione
Splicing alternativo
Maturazione dei microRNA

· TRADUZIONE
Definizione di codice genetico
Caratteristiche generali del codice genetico:
L'effetto delle mutazioni per sostituzione, inserzione o delezione di singole basi
Attivazione degli amminoacidi
Ruolo del tRNA
Appaiamento tentennante
Amminoacil-tRNA sintetasi e supercodice
I ribosomi come sede della sintesi proteica
Funzioni nella traduzione
Meccanismo molecolare della sintesi proteica nei procarioti
Differenze nella sintesi proteica tra procarioti ed eucarioti
Polisomi

· MODIFICHE POST-TRADUZIONALI (PTM) DELLE PROTEINE (cenni)
Caratteristiche generali
Taglio proteolitico
Principali PTM che comportano l'aggiunta di gruppi funzionali:
fosfoilazione
acilazione
alchilazione
glicosilazione
PTM che comportano l'aggiunta di altre proteine o peptidi:
ubiquitilazione

· REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA
Principi generali della regolazione dell'espressione genica
I diversi passaggi in cui può realizzarsi la regolazione dell'espressione genica
principali differenze fra eucarioti e procarioti
La regolazione trascrizionale
Elementi in cis e in trans
I fattori trascrizionali
motivi strutturali proteici di legame al DNA
Procarioti
Esempi
Operone triptofano (controllo NEGATIVO)
Proteina CAP (controllo POSITIVO)
Operone LAC (controllo NEGATIVO/POSITIVO)
Eucarioti
Principali differenze con i procarioti
La regolazione dell'inizio della trascrizione
Fattori generali di trascrizione e fattori specifici
Enhancer e silencer della trascrizione
Insulator
Integrazione del segnale e controllo combinatorio
Epigenetica
Definizione odierna di epigenetica
Genetica vs Epigenetica
Epigenoma e meccanismi epigenetici:
Metilazione del DNA
Ruolo della metilazione del DNA
silenziamento genico
mantenimento dell'integrita` genomica
imprinting genomico
Distribuzione della metilazione nel genoma dei vertebrati
le isole CpG
DNA metil-transferasi
La metilazione del DNA e le patologie ad essa associate
Modificazioni post-traduzionali delle code istoniche
Effetto diretto
Effetto indiretto
bromodominio e cromodominio
Esiste un codice istonico?
Complessi di rimodellamento della cromatina
Rimodellatori ATP-dipendenti
Schemi generali di rimodellamento della cromatina
Il silenziamento genico
ncRNA
Inattivazione del cromosoma X
I processi implicati nel rimodellamento della cromatina agiscono in concerto
Regolazione post-trascrizionale
Regolazione delle modificazioni dell'RNA
regolazione del sito di taglio e di poliadenilazione
lo splicing alternativo e la sua regolazione
l'RNA editing
Trasporto e localizzazione degli mRNA
Regolazione della fase d'inizio della traduzione
trascritto-specifica
globale
esempi
IRES (Internal ribosome entry site)
Il controllo della stabilità dei trascritti
AU-rich elements
esosoma
Regolazione mediata da RNA: RNA regolatori
attenuazione
riboswitch
La regolazione mediata da RNA negli eucarioti
l'interferenza da RNA (RNAi) e i microRNA
lncRNA
funzioni biologiche, meccanismi d'azione e regolazione

Programma del modulo:
Compartimenti intracellulari e patologie ad essi correlati
Centrifugazione differenziale e centrifugazione in gradiente di densità
Organizzazione della membrana plasmatica
Nucleo: struttura e Organizzazione della cromatina
Laminopatie: Sindrome di Hutchinson-Gilford (HGPS) o progeria
Ribosomi e ribosomopatie
Sistema delle endomembrane
Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso: struttura e funzione.
Glicosilazione e patologie correlate (Congenital Diseases of Glycosylation)
Apparato di Golgi
Lisosomi
Malattie lisosomiali acquisite, ereditarie ed approcci terapeutici
Mitocondri: struttura e funzione
DNA mitocondriale: ereditarietà e malattie mitocondriali
Citoscheletro: organizzazione dei principali filamenti proteici
Sindrome di Kartagener

Smistamento delle proteine
trasporto attraverso la membrana nucleare
Smistamento delle proteine
sequenza segnale
particella di riconoscimento del segnale
Smistamento delle proteine lisosomiali

Il ciclo cellulare
Interfase e fase M
Come valutare la durata del ciclo cellulare
Punti di controllo del ciclo cellulare
Regolazione del ciclo cellulare
Uso degli eterocarionti per individuare i fattori che controllano il ciclo cellulare
Cicline e cdk (chinasi dipendenti da cicline)
Controllo dell'attività delle cdk
Complesso MPF
Funzioni di APC
Complessi cdk4-ciclina D
Complessi cdk2-ciclina E
Meiosi
Mitosi

Apoptosi
Le caspasi
Via intrinseca
Via estrinseca
Differenze rispetto alla necrosi
I fattori di sopravvivenza extracellulari

Principi di segnalazione cellulare
Tipi di segnale
Le molecole segnale
I recettori
Segnalazione tramite recettori accoppiati ad enzimi
Segnalazione tramite recettori accoppiati a proteine G
I secondi messaggeri
Via dell'adenilato ciclasi
Via DAG/ IP3
Le vie di segnalazione innescate da recettori interni: gli ormoni steroidei
Integrazione di diverse vie di comunicazione cellulare

Programma del modulo:
1) Definizione di probabilità e universo degli eventi
2) Il diagramma di Venn: algebra degli insiemi, eventi semplici e composti
3) Teorema di Bayes e probabilità condizionata: somma e prodotto di probabilità
4) Calcolo combinatorio, definizione di variabile casuale, valore atteso e varianza
5) Modelli di probabilità
6) Campionamento casuale semplice e distribuzione di campionamento
7) Inferenza statistica: ipotesi nulla e alternativa, significatività e potenza
8) Inferenza statistica: stima di parametri e intervalli di confidenza
9) Applicazioni allo studio della genetica: calcolo del rischio genetico, saggio di ipotesi, stima di parametri