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Carol IMBRIANO
Professore Associato
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex-Biologia
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Insegnamento: Genetica umana molecolare e controllo epigenetico del genoma
Biotecnologie mediche (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il sequenziamento del genoma umano ha aumentato in modo esponenziale le conoscenze che permettono di studiare il genoma e il suo funzionamento. Il corso affronta gli argomenti classici della genetica umana e medica con gli strumenti offerti dalle nuove tecnologie “omiche” per comprendere i meccanismi alla base dello sviluppo delle malattie ereditarie nell’uomo.
Tra questi la regolazione dell’espressione genica in molteplici processi biologici coinvolge meccanismi epigenetici, ossia modificazioni post-sintetiche del DNA o delle proteine che sono stabilmente associate ad esso. I meccanismi epigenetici, tra cui metilazione del DNA, modificazioni istoniche, alterazioni della conformazione cromatinica, molecole di RNA non codificanti, sono ereditari e vengono interpretati da proteine che facilitano gli effetti biologici a valle. In questo corso verranno descritti gli effetti dell’ epigenetica sulla regolazione del genoma: dalle basi molecolari della regolazione epigenetica, ai processi cellulari che sfruttano questo tipo di regolazione (trascrizione genica, replicazione, imprinting, differenziamento cellulare), gli effetti patologici della mancanza di una corretta regolazione epigenetica. Attraverso la discussione delle più recenti pubblicazioni scientifiche saranno prese in considerazione le tecniche più moderne per l’analisi delle modificazioni della cromatina e verranno trattate le più recenti scoperte nel campo dell’epigenetica.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi.
Prerequisiti
Genetica: principi fondamentali dell’ereditarietà, il DNA e la natura chimica del gene, la struttura del cromosoma, replicazione, trascrizione e traduzione
Biologia molecolare: la struttura del gene, il controllo dell’espressione genica, la trasduzione del segnale
Biologia cellulare: la struttura della cellula e il ciclo cellulare
Biochimica: vie metaboliche cellulari
Istologia, anatomia e embriologia: organi e tessuti, sviluppo embrionale
Programma del corso
MODULO GENETICA UMANA MOLECOLARE - 6 CFU
1. Introduzione alla genetica medica - 2 CFU
Gametogenesi
Definizione di malattia mendeliana semplice
Analisi di alberi genealogici
Meccanismi di trasmissione ereditaria
Espressivita’ e penetranza
Eredita’ mitocondriale
2. Progetto genoma umano – 1 CFU
Struttura del genoma umano
RNA non codificanti
Sequenze ripetute, polimorfismi del DNA
3. Genetica Medica – 2 CFU
Identificazioni di geni che causano malattie umane
Mappaggio genico di caratteri mendeliani
Analisi di linkage
Studio del significato di mutazione
Studi di popolazioni (isolati geografici)
Studio delle malattie genetiche complesse
Studi di associazione
Linkage disequilibrium
Malattie da espansioni di sequenze ripetute
Determinazione del sesso
Aspetti etici
4. Citogenetica Umana – 1CFU
Anomalie cromosomiche di numero e di struttura
Citogenetica molecolare
Comparative Genomic Hybridization
MODULO CONTROLLO EPIGENETICO DEL GENOMA – 2CFU
1. La struttura della cromatina ed i principi dell’epigenetica – 0.5 CFU
- l’assemblamento della cromatina e l’ereditarietà dello stato cromatinico
- i complessi proteici coinvolti nelle modificazioni cromatiniche
- le modificazioni post-traduzionali degli istoni e le varianti istoniche
- il rimodellamento della cromatina
- il mantenimento della cromatina e la replicazione del DNA.
2. Ruolo della cromatina nel controllo della trascrizione genica – 1 CFU
- eucromatina e eterocromatina
- l’eterocromatina costitutiva e facoltativa: centromeri, telomeri, inattivazione del cromosoma X
- ruolo della metilazione del DNA, cicli di metilazione/demetilazione nello sviluppo embrionale
- processi molecolari alla base dell’imprinting genomico.
3. Le tecniche più moderne nello studio delle modificazioni epigenetiche – 0.5 CFU
Sono possibili eventuali integrazioni e/o modifiche dei contenuti alla luce dei feedback degli studenti.
Metodi didattici
L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali in presenza che vengono svolte con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point) La frequenza alle lezioni frontali in presenza non è obbligatoria. L'insegnamento è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
MODULO GENETICA UMANA MOLECOLARE
Genetica umana e medica di Giovanni Neri e Maurizio Genuardi, Masson (31 dic. 2010)
Thompson & Thompson Genetica in Medicina 8° edizione di Robert Nussbaum MD, Roderick R. McInnes MD PhD FRS(C) eHuntington F Willard PhD (Jun 22, 2018)
Medical Genetics G. Bradley Schaefer e Jr., James N. Thompson (Jan 13, 2014)
Human Molecular Genetics, Fourth Edition di Tom Strachan e Andrew Read (Apr 2, 2010)
Genetica e Genomica, di Tom Strachan, Judith Goodship e Patrick Cinnery (Zanichelli 2017)
MODULO CONTROLLO EPIGENETICO DEL GENOMA
Epigenetica d Massimo Romani, Ed. Zanichelli, 2021
Le lezioni sono inoltre basate sulle ultime scoperte scientifiche nell’ambito dell’epigenetica, pertanto il materiale didattico sarà integrato da pubblicazioni scientifiche in lingua inglese. Verrà messo a disposizione degli studenti materiale digitale a supporto dello studio: le presentazioni delle lezioni svolte in aula e gli articoli di riferimento verranno resi disponibili dal docente prima delle lezioni in formato pdf nella cartella File dell’aula virtuale Teams.
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell’apprendimento prevede una prova orale che si svolgerà al termine dell’erogazione dell’insegnamento. La prova verrà svolta attraverso un colloquio semi-strutturato con i due docenti volto a valutare le conoscenze del candidato e la capacita’ di collegare le nozioni acquisite allo scopo di sviluppare un pensiero critico e indipendente. La durata della prova è di circa 30/40 minuti. I colloqui prevedono almeno quattro domande, con diverso grado di approfondimento e difficoltà e su diverse aree del programma.
Gli esami si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’offerta formativa e per ogni appello lo/a studente/studentessa che intenda sostenerlo dovrà iscriversi utilizzando la piattaforma Esse3. Non sono previste valutazioni intermedie.
Gli indicatori (caratteristiche accertate) di valutazione della prova orale sono: capacità di utilizzare e collegare gli argomenti trattati durante il corso e capacità di discutere e approfondire tali argomenti con appropriato linguaggio scientifico-biologico.
La valutazione è espressa in trentesimi e rappresenta la media ponderata dei due moduli. Per superare l’esame deve essere conseguito un punteggio non inferiore a 18/30.
Risultati attesi
Alla fine del corso gli studenti sapranno:
- Comprendere i meccanismi alla base della genetica mendeliana e della genetica dei tratti complessi applicata alla specie umana.
- Comprendere e analizzare i meccanismi patogenetici delle malattie umane e della salute umana in generale.
- Conoscere le nuove tecnologie “omiche” e comprendere i procedimenti logici per l’utilizzo e l’applicazione di tali tecnologie alla salute umana.
- Comprendere i meccanismi epigenetici alla base della fisiologia e delle patologie umane.
- Interpretare e applicare i risultati delle pubblicazioni scientifiche più attuali sul ruolo della genetica molecolare e dell’epigenetica nella relazione genotipo-fenotipo
- Acquisire capacità comunicative per sostenere una discussione costruttiva sugli argomenti trattati a lezione.
- Acquisire capacità di formulare giudizi sulla base delle informazioni ricevute.