Biologia e genetica 1 anno

Programma del modulo:
PRINCIPALI MACROMOLECOLE BIOLOGICHE E TECNICHE PER LA LORO ANALISI
· IL DNA: esperimenti che hanno portato alla definizione del DNA come depositario dell'informazione genetica; diverse strutture del DNA; temperatura di fusione e cinetica di rinaturazione; l'ibridazione molecolare. Elettroforesi del DNA e stima della concentrazione.
· L'RNA: struttura e composizione e principali funzioni. Elettroforesi dell'RNA.
· LE PROTEINE: struttura e composizione e principali funzioni. Elettroforesi delle proteine e stime della loro concentrazione.

L'ORGANIZZAZIONE GENOMICA
· Organizzazione del genoma negli eucarioti: sequenze uniche mediamente e altamente ripetute.
· Cariotipo e chromosome painting.
· La struttura dei geni eucariotici: geni discontinui, introni ed esoni.

PRINCIPALI TECNICHE PER L'ANALISI DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE
· Cenni d'ingegneria genetica: gli enzimi di restrizione, i vettori e il clonaggio. Le librerie genetiche.
· Tecniche di biologia molecolare con evidenti applicazioni in campo biomedico: Southern blot, Northern blot, FISH, ibridazione in situ, sequenziamento del DNA e dell'RNA, exome sequencing, PCR, PCR quantitativa, analisi del trascrittoma, Western blot, ELISA, immunoistochimica e immunofluorescenza.
· Concetti di base sulle tecniche utilizzate per la produzione di proteine ricombinanti in cellule batteriche ed eucariotiche (cDNA, vettori di espressione, metodi di introduzione in cellule eucariotiche).
· Tecniche disponibili per la produzione di topi transgenici.
· Le iPS nella ricerca biomedica.
· Un cenno al genome editing.

LA CROMATINA
· I diversi gradi di compattazione del materiale genetico.
· Cenni di topologia del DNA e importanza d'inibire le topoisomerasi nella proliferazione cellulare.
· Nucleosomi, istoni e un cenno alle modificazioni istoniche.

LA TRASCRIZIONE e LA SUA REGOLAZIONE NEI PROCARIOTI
· L'RNA polimerasi e il ciclo della trascrizione.
· Il promotore.
· L'operone e meccanismi di regolazione degli operoni.

LA TRASCRIZIONE e LA SUA REGOLAZIONE NEGLI EUCARIOTI
· Le tre RNA polimerasi.
· I promotori eucariotici; gli enhancer e i silencer.
· I fattori trascrizionali e il loro utilizzo nelle biotecnologie mediche.

EPIGENETICA
· La metilazione del DNA: ruolo nella regolazione dell'espressione genica e nella salute umana.
· Complessi di rimodellamento della cromatina e codice degli istoni nella regolazione dell'espressione genica e nella salute umana.

LA MATURAZIONE DELL'RNA
· Il processamento degli mRNA (capping, poliadenilazione, splicing).
· Lo splicing alternativo.
· Gli errori di splicing nella salute umana e possibili interventi.
· La maturazione degli rRNA e dei tRNA
· Gli RNA non codificanti: ruolo fisiologico, implicazioni nelle patologie umane e possibile utilizzo in campo biomedico.

IL CODICE GENETICO e LA SINTESI PROTEICA
· Gli esperimenti che hanno portato alla decifrazione del codice genetico.
· Gli effetti delle mutazioni puntiformi.
· Il meccanismo generale della traduzione.
· L'attivazione degli aminoacidi.
· Fase di inizio, allungamento e terminazione della traduzione.
· L'RNA editing.
· Il controllo dell'emivita degli mRNA.
· Approcci farmacologici agenti sull'emivita dell'mRNA o sulla traduzione.

LA REPLICAZIONE DEL DNA
· Importanza biologica della replicazione.
· Le origini di replicazione.
· Il meccanismo molecolare della replicazione del DNA.
· La replicazione dei telomeri.

LA MUTABILITÀ E LA RIPARAZIONE DEL DNA
· Meccanismi di insorgenza delle mutazioni.
· Sintesi translesione.
· Meccanismi molecolari di riparazione (riparazione diretta, NER, BER, MMR, NHEJ, HR).

RISPOSTA CELLULARE AI DANNI AL DNA
· Checkpoints
· Danni al DNA e cancro.

Programma del modulo:
Le caratteristiche generali della materia vivente
Approcci metodologici allo studio dei fenomeni biologici
L'organizzazione gerarchica della materia vivente
La tassonomia e il concetto di specie
La teoria cellulare
Le principali differenze fra cellule procariotiche ed eucariotiche
La composizione chimica della materia vivente
Le interazioni fra molecole
L'importanza biologica dell'acqua

I biopolimeri
Macromolecole informazionali e non informazionali
Il flusso dell'informazione all'interno delle cellule
Cenni sulla struttura delle proteine
Le omologie strutturali
La regolazione dell'attività biologica delle proteine
Regolazione allosterica
Regolazione per modificazione covalente
Enzimi e vie metaboliche
Il folding delle proteine
Le "trappole cinetiche"
Gli chaperone molecolari
Il controllo di qualità delle proteine nel reticolo endoplasmatico
Le modificazioni post-traduzionali delle proteine
Le principali modificazioni post-traduzionali e il loro ruolo
Le vie di degradazione delle proteine
Le comunicazioni intercellulari
Proteine solubili e di membrana nella comunicazione intercellulare
Segnali autocrini, paracrini ed endocrini
La trasduzione del segnale
Recettori di superficie ed intracellulari
Classificazione dei recettori di superficie
I secondi messaggeri
Trasduttori intracellulari e loro regolazione
Gli ioni Ca2+ nella trasduzione del segnale
Funzionamento dei recettori intracellulari
Il ciclo cellulare e la sua regolazione
Le fasi del ciclo cellulare
Aspetti microscopici della mitosi
Identificazione del fattore promuovente la mitosi
Controllo del ciclo cellulare
Poliubiquitinazione delle cicline
La chinasi start
Arresto del ciclo per danni al DNA
Esempi di analisi sperimentale del ciclo cellulare
La morte cellulare
Apoptosi e necrosi
Storia delle scoperte fondamentali nell'apoptosi
Ruoli dell'apoptosi
Caenorhabditis elegans come organismo modello
Le caspasi
Regolazione molecolare dell'apoptosi
La famiglia Bcl-2
Apoptosi intrinseca ed estrinseca
Cancro ed apoptosi
Esempi di analisi sperimentale dell'apoptosi
Oncogeni e trasformazione neoplastica
Il controllo della proliferazione cellulare
La progressione tumorale
Isolamento del primo oncogene umano
Classi di oncogeni
Attivazione di un proto-oncogene ad oncogene
Geni coinvolti nei tumori dell'uomo
Accumulo di mutazioni nella cancerogenesi
L'identificazione dei geni oncosoppressori
I geni Rb e p53
Oncogenesi virale
I virus
Caratteristiche dei virus
Struttura dei virus
Proteine virali
Classificazione dei virus
Tipi d'infezione
Ciclo litico
Acquisizione dell'involucro pericapsidico
Ciclo vitale dei retrovirus
Oncogeni retrovirali
Il virus HIV