Il corso ha come obiettivo di far comprendere allo studente alcuni importanti processi biologici mediante la combinazione di due punti di vista, il biochimico-strutturale e il genetico-informazionale.

In questo modo si cercherà di fornire allo studente le basi culturali per comprendere come è strutturato il genoma e come è organizzato, e i meccanismi molecolari e cellulari che sono alla base dell’espressione del genoma.

Verranno affrontate e discusse alcune delle principali tecniche utilizzate in biologia molecolare, come esse vengono applicate.

Struttura degli acidi nucleici, Topologia del DNA e DNA topoisomerasi. Struttura dell’RNA. 

Codice genetico, “dogma centrale” e prime ipotesi sul codice genetico, Decifrazione del codice genetico, Fasi di lettura e ORF. Mutazioni a soppressione e codice genetico. Cromosomi e cromatina. Organizzazione e impacchettamento del DNA eucariotico. Cromatina interfasica e cromosomi mitotici.  Cromosomi a spazzola, Cromosomi politenici. Centromeri, Telomeri, Nucleosomi e proprietà strutturali e funzionali della cromatina. Nucleosomi e replicazione del DNA. Nucleosomi e trascrizione dei geni, Modificazioni post-traduzionali degli istoni e modulazione dell’attività trascrizionale della cromatina. 

Genomi procariotici ed eucariotici. Ruolo degli introni nell’evoluzione dei geni eucariotici. Pseudogeni. Sequenze ripetute dei genomi eucariotici. DNA satellite o altamente ripetitivo. DNA mediamente ripetitivo: microsatelliti e minisatelliti. Sequenze di DNA ripetitivo intersperse nel genoma. Genoma mitocondriale. Patologie mitocondriali. Genoma dei cloroplasti. Genoma dei virus.

REPLICAZIONE E MANTENIMENTO DEL GENOMA. Meccanismo della replicazione del DNA negli eucarioti. Replicazione del dna del virus sv40 e proteine umane richieste in tale processo. Replicazione dei telomeri nei cromosomi lineari degli eucarioti. Controllo della replicazione del DNA durante il ciclo cellulare.

Alterazioni nei meccanismi di replicazione possono provocare cambiamenti quantitativi di sequenze di DNA nel genoma: Amplificazione genica, politenizzazione, diminuzione genica, cromatinica e cromosomica. 

Riparazione del DNA: Mutazioni, Sistemi di riparazione del DNA (NER, MMR, PRR). Risposta cellulare a danni sul DNA e connessioni tra riparazione e ciclo cellulare. 

Ricombinazione. Ricombinazione in meiosi, ricombinazione omologa o generalizzata. Conversione genica. Ricombinazione sito-specifica. 

Proprietà e ciclo virale del fago lambda. Trasposizione. I retrovirus. Riarrangiamenti di sequenze di DNA e controllo dell’espressione genica.  Ricombinazione V(D)J dei geni per le immunoglobuline nei vertebrati. 

Trascrizione nei procarioti. Regolazione della trascrizione nei procarioti. Controllo dell’espressione genica nel fago lambda.

Trascrizione e regolazione negli eucarioti. Maturazione dell’RNA. Aggiunta del “cap” agli mRNA eucariotici. Poliadenilazione e terminazione della trascrizione degli mRNA eucariotici. Splicing ed editing. Traslocazione nucleo-citoplasmatica degli RNA. TRADUZIONE E SUE REGOLAZIONI. Apparato di traduzione e suoi componenti: ribosoma, rRNA, ribosoma come ribozima. RNA transfer (tRNA) e amminoacil-tRNA sintetasi. RNA messaggero (mRNA).

SINTESI PROTEICA: meccanismo, inizio nei procarioti, inizio negli eucarioti,  allungamento. Sistemi di sintesi proteica in vitro. Inibitori della sintesi proteica e antibiotici.

Regolazione della traduzione. Regolazione della stabilità e degradazione degli mRNA. Patologie dell’apparato di traduzione. Altri livelli di regolazione: regolazioni epigenetiche e post-traduzionali, ruoli di RNA non codificanti (ncRNA). Regolazioni epigenetiche: metilazione del dna e rimodellamento della cromatina. Metilazione del DNA ed espressione genica. Identificazione delle CpG metilate nel DNA genomico. Imprinting genetico Regolazioni epigenetiche e patologia. Rimodellamento della cromatina.

Ruoli regolativi dei ncRNA e l’ipotesi del mondo a RNA. sRNA, MicroRNA, Lunghi RNA non codificanti (lncRNA). Modificazioni e regolazioni post-traduzionali di proteine. Ubiquitinazione di proteine, Sumoilazione di proteine, Fosforilazione e defosforilazione di proteine. Acetilazione di proteine.  Metilazione di proteine. Glicosilazione e modificazioni lipidiche di proteine. 

Tecniche della Biologia Molecolare: spettrofotometriche per l’analisi della denaturazione e riassociazione del DNA, Spettro di assorbimento. Denaturazione del DNA, Tm.  Uso di sonde di DNA per l’identificazione e analisi di sequenze nucleotidiche. Marcatura del DNA con atomi radioattivi. Ibridazione in situ o citologica , Southern e Northern blot, Ibridazione su colonia o su placca, Microarray (o microchip). Ultracentrifugazione (Sedimentazione in gradienti di saccarosio, Gradienti di densità di cloruro di cesio ) 

Tecnologie di base per l’isolamento e la manipolazione di geni.  Enzimi di restrizione e DNA ligasi.  Vettori di clonaggio. Banche di DNA genomiche. Libreria di DNA genomico. Librerie di cDNA.  PCR: reazione a catena della polimerasi. Determinazione della sequenza nucleotidica del DNA .Piattaforme di sequenziamento di nuova generazione. Genome editing (Il sistema CRISPR/Cas9 ). Inibizione dell’espressione di geni specifici: RNA antisenso e interferenza da RNA.  Mutagenesi sito-specifica o mutagenesi mirata

Bioinformatica e Genomica: Sequenziamento e assemblaggio di genomi completi, Sequenziamento del trascrittoma, Identificazione e annotazione di geni. Confronto e allineamento di sequenze. Rappresentazione di motivi regolativi mediante il sequence logo. Annotazione delle sequenze proteiche. Banche dati e browser genomici. 

È vivamente consigliato sostenere prima i seguenti esami: biologia cellulare, chimica generale ed organica

Alla fine del corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per comprendere la terminologia usata nel campo della biologia molecolare, le basi molecolari dei sistemi e dei processi biologici, i meccanismi ed i diversi livelli di controllo dell’espressione genica, le tecniche di base per lo studio degli acidi nucleici.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Modalità didattiche

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula

Testi di studio

Biologia Molecolare : Francesco Amaldi Piero Benedetti Graziano Pesole Paolo Plevani.  Casa Editrice Ambrosiana. 2018

in alternativa

Biologia Molecolare - Struttura e dinamica di genomi e proteomi Edizione italiana a cura di Vito De Pinto 2018. Jordanka Zlatanova, Kensal E. van Holde

Modalità di
accertamento

Test a risposta multipla superato il quale si accede alla prova orale.

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.