Il corso si propone di introdurre lo studente alla Biologia Molecolare classica, ovvero alla scienza che studia i geni e le loro attività a livello molecolare. Gli argomenti trattati includono duplicazione, riparo e trascrizione del DNA, sintesi proteica e ricombinazione genetica. Ampio spazio verrà dedicato ai molteplici meccanismi che regolano l'espressione genica, nei procarioti e negli eucarioti, con particolare attenzione ad alcuni aspetti in continua evoluzione, come struttura e funzione della cromatina e ruolo di regolazione di diversi tipi di RNA non codificanti. Successivamente, le lezioni tratteranno le basi teoriche delle principali tecniche usate in biologia molecolare, per il clonaggio del DNA e l'analisi dell'espressione genica.

(ENGLISH VERSION)
The learning objectives of the course are intended to introduce students to basic Molecular Biology, i.e. the study of genes and their activities at molecular level. The topics covered include DNA replication, repair, transcription, protein synthesis, as well as genetic recombination. Special attention will be paid to the multiple mechanisms regulating gene expression in both bacteria and eukaryotes, with an in depth look to some rapidly evolving fields, like chromatin structure and function, and the regulatory role of different types of non-coding RNAs. In the next section, lectures will emphasize the theoretical basis of the most common techniques used by molecular biologists, for DNA cloning and analysis of gene expression.

1. Acidi nucleici: DNA e RNA
1.1 Identificazione del DNA come materiale genetico.
1.2 Chimica degli acidi nucleici.
1.3 Strutture primaria, secondaria, terziaria del DNA e relative proprietà.
1.4 Topologia del DNA.
1.5 RNA: struttura e funzioni (ribozimi).
2. Replicazione del DNA
2.1 Caratteristiche ed enzimologia della replicazione del DNA.
2.2 Replicazione del genoma batterico.
2.3 Replicazione del genoma mitocondriale.
2.4 Replicazione dei genomi virali.
2.5 Replicazione del genoma delle cellule eucariotiche e ciclo cellulare.
3. Danni e meccanismi di riparo del DNA
3.1 Tipi di danno al DNA e loro conseguenze.
3.2 Danni causati da agenti endogeni ed esogeni.
3.3 Meccanismi di riparo del DNA: riparazione tramite inversione diretta del danno; riparazione per escissione (BER, NER, TC-NER); riparazione tramite ricombinazione; riparazione degli appaiamenti errati; riparo delle rotture della doppia elica (DSB).
4. Riarrangiamenti del DNA (meccanismi molecolari)
4.1 Ricombinazione omologa.
4.2 Ricombinazione sito-specifica.
4.3 Trasposizione.
5. Sintesi di RNA da stampi di DNA: trascrizione
5.1 Caratteristiche generali e componenti chiave della trascrizione: RNA polimerasi; promotori.
5.2 Il meccanismo della trascrizione nei procarioti.
5.3 Il modello dell'operon; controllo negativo e positivo della trascrizione; attenuazione trascrizionale (Lac operon; Trp operon).
5.4 Trascrizione negli eucarioti: RNA polimerasi e relativi promotori; fattori di trascrizione.
5.5 Maturazione dell'RNA messaggero: splicing; capping; poliadenilazione; editing.
5.6 Maturazione dei precursori di rRNA e tRNA.
5.7 Meccanismi di degradazione dell'RNA.
6. Dall'RNA alle proteine: traduzione
6.1 Codice genetico.
6.2 Struttura e funzione dei maggiori attori della traduzione: mRNA; tRNA; ribosomi.
6.3 Il meccanismo della traduzione nei procarioti: inizio, allungamento, terminazione.
6.4 Traduzione negli eucarioti.
6.5 Modificazioni post-traduzionali e smistamento delle proteine neosintetizzate.
6.6 Chaperon molecolari e folding delle proteine.
7. Struttura e funzionamento dei geni negli eucarioti superiori
7.1 Diversi livelli di regolazione dell'espressione genica.
7.2 Regolazione a livello genomico: alterazioni selettive del DNA; rimodellamento della cromatina; modificazioni covalenti degli istoni ("codice istonico").
7.3 Regolazione trascrizionale: enhancer; silencer; fattori di trascrizione gene-specifici.
7.4 Regolazione post-trascrizionale: maturazione, esportazione dal nucleo, traduzione e stabilità dell'RNA messaggero.
7.5 Regolazione ad opera di piccoli RNA non codificanti: microRNA; siRNA; PIWI-interacting RNA (piRNA).
8. Tecniche di analisi dell'espressione genica
8.1 Ibridazione in situ.
8.2 Northern blotting.
8.3 Ribonuclease protection assay (RPA).
8.4 Reverse transcription (RT)-PCR.
8.5 Real-time PCR.
8.6 Microarrays.
9. Introduzione al clonaggio e alla tecnologia del DNA ricombinante
9.1 Principali strategie di preparazione, identificazione e analisi del DNA ricombinante.

(ENGLISH VERSION)
1. Nucleic acids: DNA and RNA
1.1 Discovery of DNA as the genetic material.
1.2 Chemistry of nucleic acids.
1.3 Primary, secondary and tertiary structures of DNA and their properties.
1.4 DNA topology.
1.5 RNA: structure and function (ribozymes).
2. DNA replication
2.1 General features and enzymology.
2.2 Replication of bacterial genome.
2.3 Replication of mitochondrial DNA.
2.4 Replication of viral genomes.
2.5 Replication of eukaryotic genome and cell cycle.
3. DNA damage and repair
3.1 Types and consequences of DNA damage.
3.2 Endogenous and exogenous (environmental) damages.
3.3 DNA repair: directly undoing DNA damage; excision repair (BER; NER; TC-NER); recombination repair; mismatch repair; double-strand break (DSB) repair.
4. DNA restructuring (molecular mechanisms)
4.1 Homologous recombination.
4.2 Site-specific recombination.
4.3 Transposition.
5. RNA synthesis from DNA templates: transcription
5.1 General features and key players of transcription: RNA polymerases; promoters.
5.2 The mechanism of transcription in bacteria.
5.3 The operon model: negative and positive control of transcription, transcriptional attenuation (Lac operon; Trp operon).
5.4 Transcription in eukaryotes: RNA polymerases and their promoters; transcription factors.
5.5 Messenger RNA processing: splicing; capping; polyadenylation; editing.
5.6 Ribosomal RNA and transfer RNA processing.
5.7 RNA degradation.
6. From RNA to proteins: translation
6.1 Genetic code.
6.2 Structure and function of the major participants in translation: mRNA; tRNA; ribosomes.
6.3 The mechanism of translation in bacteria: initiation, elongation and termination.
6.4 Translation in eukaryotes.
6.5 Post-translational modifications and sorting of the newly synthesized proteins.
6.6 Molecular chaperons and protein folding.
7. Structure and function of genes in higher eukaryotes
7.1 Different layers of gene expression regulation.
7.2 Regulation at genomic level: selective alterations of DNA; chromatin remodelling; post-translational modifications of histones (histone code).
7.3 Transcriptional regulation: enhancers; silencers; gene-specific transcription factors.
7.4 Post-transcriptional regulation: processing, export, translation and stability of mRNA.
7.5 Regulation by small non-coding RNAs: microRNAs; siRNAs; PIWI-interacting RNAs (piRNAs).
8. Techniques for analysis of gene expression
8.1 In situ hybridization.
8.2 Northern blotting.
8.3 Ribonuclease protection assay (RPA).
8.4 Reverse transcription (RT)-PCR.
8.5 Real-time PCR.
8.6 Microarrays.
9. Introduction to cloning and recombinant DNA techniques
9.1 Strategies to prepare, identify, manipulate and analyze recombinant DNA.

Nessuna.

None.

Gli studenti dovranno dimostrare di aver acquisito una buona conoscenza di base della struttura e del funzionamento del genoma e delle metodologie utilizzate per l'analisi dell'espressione genica.

Students will need to show that they have acquired a good basic knowledge of structure and function of the genomes, as well as of the principal methods used to analyze gene expression.

Modalità didattiche

Lezioni frontali. Attività di laboratorio, secondo un calendario che verrà pubblicato durante lo svolgimento del corso.

Lectures. Lab experiences, according to a schedule that will be published during the course.

Obblighi

Obbligo di frequenza delle attività di laboratorio, per almeno 2/3 della loro durata.

Students must attend at least 2/3 of lab hours.

Testi di studio

• M. M. Cox, J. A. Doudna, M. O'Donnell. BIOLOGIA MOLECOLARE, Zanichelli, 2013.
• N. L. Craig, O. Cohen-Fix, R. Green, C. W. Greider, G. Storz, C. Wolberger. BIOLOGIA MOLECOLARE, Principi di funzionamento del genoma, Pearson, 2013.
• F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani. BIOLOGIA MOLECOLARE, Casa Editrice Ambrosiana, 2011.
• B. Lewin, J.E. Krebs, E.S. Goldstein, S.T. Kilpatrick. IL GENE X, Zanichelli, 2012.
• R. F. Weaver. BIOLOGIA MOLECOLARE, McGraw-Hill, 2009.
• J. D. Watson , T. A. Baker, S. P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli, 2009.

Altri testi per la consultazione e articoli scientifici verranno indicati e forniti durante il corso.

Other texts or scientific reviews will be made available during the course.

Modalità di
accertamento

Esame orale.

Oral examination.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Le stesse degli studenti frequentanti.

The same as for students attending.

Obblighi

Obbligo di frequenza delle attività di laboratorio, per almeno 2/3 della loro durata.

Students must attend at least 2/3 of lab hours.

Testi di studio

• M. M. Cox, J. A. Doudna, M. O'Donnell. BIOLOGIA MOLECOLARE, Zanichelli, 2013.
• N. L. Craig, O. Cohen-Fix, R. Green, C. W. Greider, G. Storz, C. Wolberger. BIOLOGIA MOLECOLARE, Principi di funzionamento del genoma, Pearson, 2013.
• F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani. BIOLOGIA MOLECOLARE, Casa Editrice Ambrosiana, 2011.
• B. Lewin, J.E. Krebs, E.S. Goldstein, S.T. Kilpatrick. IL GENE X, Zanichelli, 2012.
• R. F. Weaver. BIOLOGIA MOLECOLARE, McGraw-Hill, 2009.
• J. D. Watson , T. A. Baker, S. P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli, 2009.

Altri testi per la consultazione e articoli scientifici verranno indicati e forniti durante il corso.

Other texts or scientific reviews will be made available during the course.

Modalità di
accertamento

Esame orale.

Oral examination.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.