GENOME EVOLUTION

Canale 1
SIMONA GIUNTA Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
EVOLUZIONE DEL GENOMA LM (6CFU) (1051932) (Programma Particolareggiato) Dimensioni del genoma: - paradosso valore C; - teoria del nucleotipo; - componenti principali dei genomi eucariotici. Principali teorie per spiegare il paradosso del valore C: - Pressione da mutazione; - DNA ottimale Cause ed effetti della riduzione del Genoma Nucleare: - genomi compatti e ipercompatti. Organizzazione del Genoma: - Origine degli eucarioti e ruolo dei mitocondri nell’evoluzione degli eucarioti. Teorie sull’origine del nucleo: - “fusione” simbiotica di due procarioti o di un procariota e un organello; - modello cariogenico compartimentalizzazione del genoma. Progetto Encode: importanza degli elementi funzionali nell’evoluzione del controllo dell’”espressione genomica”. Importanza dei Data Base. Proprietà caratteristiche che distinguono il genoma degli eucarioti da quello dei procarioti: - Cinetica di riassociazione. Differenze nell’organizzazione genomica tra eucarioti (dimensioni geni, introni, esoni, nelle classi di DNA ripetitivo intersperso, pseudogeni, etc). Elementi trasponibili (evoluzione, domesticazione e funzionalizzazione degli ET). Famiglie geniche. Grandezza minima genoma animali: insetti (specie parassitiche superspecializzate) e grandezza genoma e tempo di sviluppo (genomi più piccoli=sviluppo più veloce: drosofilidi) Evoluzione grandezza genoma come processo multifattoriale complesso: 5 Aree di particolare interesse: - 1- Origine di nuovi geni: - 1a. duplicazione geni esistenti e Small and Large Scale Duplication; 1b. lego approach; c. trasferimento genico laterale; 1d. “invenzione” di geni de novo da DNA non codificante e i casi della famiglia Morpheus e della duplicazione segmentale. Conseguenze evolutive degli effetti di duplicazioni complesse e riordinamenti strutturali dei cromosomici sulla meiosi e sula formazione dei gameti. - 2- Prevalenza della selezione naturale positiva, - Geni coinvolti nella difesa da patogeni; - Geni coinvolti nella riproduzione - 3- Asimmetria del pattern di mutazione, - Replicazione e trascrizione - 4- Variazione regionale del tasso di mutazione, - Ipotesi attuale: la pressione e il pattern mutazionale varia nelle diverse regioni genomiche - 5- Evoluzione dell’organizzazione genomica: - Comparazione di sequenze geniche in specie strettamente correlate; - Genomica comparativa tra gruppi di specie con forti differenze; - Genomi eucarioti  possono espandersi o “restringersi” - Meccanismi di formazione di nuovi geni: - Amplificazione genica - fisiologica: rDNA di Xenopus e geni del corion di Drosophila; - tumorale: HSR e DM. Formazione degli HSR: reinserzione dei DM o Rottura-Fusione-Ponte (BFB) e conseguenze in mitosi. - Duplicazione genica e selezione a favore: Morpheus Gene Family;- Gene Mutation - Conservazione di geni essenziali: - Caenorhabditis elegans silencing geni noti iRNA, nel 10% dei casi: fenotipo mutante - geni attivi negli stadi precoci dello sviluppo sembrano essere “constrained” - geni paraloghi (nell’ambito della stessa specie, si sono evoluti in seguito ad un evento di duplicazione) ed ortologhi (geni in specie diverse che derivano da un antenato comune (senza eventi di duplicazione). - Geni a singola copia e famiglie multigeniche; - subfunzionalizzazione. Mutazioni Dinamiche e Meccanismi di mutagenesi: - Processi di mutazione: - fonti intrinseche - fonti estrinseche - Processi di riparazione: - conversione genica - crossing-over ineguale - SCE - Slippage replicativo - Riparazione rotture del DNA - Controllo e Arresto del ciclo cellulare - Meccanismi coinvolti nell’espansione di triplette - Malattie umane correlate a mutazioni dinamiche Evoluzione della Replicazione cromatinica: Caratteristiche della replicazione della cromatina degli eucarioti. Scelta delle origini di replicazione negli eucarioti: una scelta tessuto-specifica. Mappa 3D del genoma umano. Modello ad anse (TAD, MAR, SAR), che si comportano come: - 1 unità indipendente di replicazione; 2 unità indipendente superavvolta; 3 unità funzionale. Replicazione dei cromosomi: - Riconoscimento delle diversi fasi di S; - replicazione precoce e tardiva;- asincronia tra alleli nella replicazione;- fiber analysis. Bande da replicazione e compartimentalizzazione della cromatina: R- e G-banding; - rapporto tra fase di S in cui inizia la replicazione (replication timing) e attività trascrizionale - Evoluzione del bandeggio da replicazione; - Replicazione di cromatina SINE (Early) e LINE (Late) nell’uomo Sequence ripetute come esempio di evoluzione del genoma - Centromero – evoluzione DNA e proteica - Centromere drive durante la meiosi - Elementi “egoisti” del genoma Evoluzione del genoma nella carcinognesi Studi sull’evoluzione della compartimentalizzazione della cromatina Territori cromosomiali Organizzazione della cromatina e Bandeggio morfologico Breve descrizione delle tecniche di Banding. Confronto evolutivo tra i cariotipi dei primati Evoluzione genomica e Citogenetica Comparativa tramite FISH: Cenni sull’importanza dell’utilizzo della FISH nella genomica comparativa: - studi di riordinamenti cromosomici; - aneuploidie/poliploidie; - Rainbow-FISH; - Zoo-Fish; - GISH (es, cromosomi del sesso); Cen-CO-FISH; - chromosome painting, SKY (“territorialità dei cromosomi nel nucleo); - studi di citogenetica comparativa;- CGH;- painting cromosomico e CGH array su specie vicine (es, pollo e tacchino);- Analisi di CNVs (Copy Number Variations in 4 classi principali di tipi di cane domestico). Gene Expression: fine tuning, esempi: - trasmissione transgenerazionale di informazioni ambientali in C. elegans; - sequenze non codificanti in rapida evoluzione nel genoma umano; - genomica comparativa: gli allineamenti di sequenza nei mammiferi rivelano elementi funzionali peculiari di Homo s.; - la regolazione genica e le origini dell'unicità biologica umana; - "diventare" eterocromatina nel contesto della riprogrammazione epigenetica genome-wide; - transizioni dello stato della cromatina a livello genomico associati a stimoli ambientali e di sviluppo. Evoluzione della determinazione del sesso: - genetica e/o ambientale - cromosomi del sesso non distinguibili morfologicamente e metodi di determinazione del sesso; - determinazione ambientale del sesso (TSD), - determinazione del sesso aploidia-diploidia, - eterogamia femminile, eterogamia maschile, - Rapporto Cromosomi Sesso/Autosomi, - Cromosomi eteromorfi ed evoluzione della compensazione del dosaggio, - evoluzione della compensazione del dosaggio nei mammiferi, - Evoluzione dell’eterocromosoma (soprattutto Y)
Prerequisiti
Laurea Triennale in Scienze Biologiche. Gli studenti devono conoscere le basi della genetica e della organizzazione genomica, soprattutto la parte riguardante l’organizzazione della cromatina interfasica e cromosomica. Si richiede anche una conoscenza riguardante il comportamento dei cromosomi in meiosi e mitosi, le mutazioni cromosomiche e geniche, che saranno comunque, brevemente riviste in classe.
Testi di riferimento
Testi consigliati e Bibliografia Strachan & Read: Genetica Molecolare Umana, capitolo riguardante: "Il nostro posto nell'albero della vita". B. Lewin, Il Gene (Ed. compatta) l’organizzazione e l’evoluzione dei geni, contenuto e dimensione dei genomi, evoluzione del cromosoma Y, duplicazione genica ed evoluzione, famiglie geniche, i cromosomi e loro organizzazione nei procarioti e negli eucarioti. Per gli argomenti sopraindicati, approfondimento e lettura degli articoli originali in riviste scientifiche è richiesto. La sintesi delle lezioni tenute durante il corso è disponibile in rete. Su alcune immagini del materiale didattico contenente la sintesi delle lezioni, vi sono le indicazioni delle Riviste Scientifiche da cui sono state tratte le Reviews utilizzate per le lezioni, che è consigliabile consultare. E’ possibile consultare e scaricare queste riviste da qualsiasi computer delle biblioteche dell’università. Registrazioni zoom delle lezioni sono disponibili per le studentesse e studenti del corso.
Frequenza
Sebbene non sia richiesto l'obbligo di frequenza, la partecipazione alle lezioni è consigliata per permettere agli studenti di maturare piena padronanza degli argomenti intrapresi nel corso prima dell'esame finale.
Modalità di esame
esame orale
Modalità di erogazione
Il corso si svolge con lezioni frontali e attività volte ad apprendere e ad essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a lezione. Mediante le lezioni frontali, gli studenti potranno acquisire una conoscenza aggiornata sulle interconnessioni tra l’organizzazione strutturale del genoma e la complessità funzionale richiesta dagli eucarioti superiori. A questo scopo si analizzeranno le principali metodologie necessarie per studiare, analizzare e comparare tra loro l’organizzazione genomica e la complessità dell’architettura cromatinica di specie sia evolutivamente distanti che vicine. Si svolgeranno inoltre, attività di laboratorio che concorrano allo sviluppo di abilità autonome di approfondimento e di critica delle conoscenze acquisite, in modo che gli studenti siano messi in grado di trasmetterle e proseguire in modo autonomo nel loro studio (40 ore). SESSIONI DI LABORATORIO (12 ORE). Laboratorio didattico per approfondimento delle tematiche relative ai punti più importanti del programma.
SIMONA GIUNTA Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
EVOLUZIONE DEL GENOMA LM (6CFU) (1051932) (Programma Particolareggiato) Dimensioni del genoma: - paradosso valore C; - teoria del nucleotipo; - componenti principali dei genomi eucariotici. Principali teorie per spiegare il paradosso del valore C: - Pressione da mutazione; - DNA ottimale Cause ed effetti della riduzione del Genoma Nucleare: - genomi compatti e ipercompatti. Organizzazione del Genoma: - Origine degli eucarioti e ruolo dei mitocondri nell’evoluzione degli eucarioti. Teorie sull’origine del nucleo: - “fusione” simbiotica di due procarioti o di un procariota e un organello; - modello cariogenico compartimentalizzazione del genoma. Progetto Encode: importanza degli elementi funzionali nell’evoluzione del controllo dell’”espressione genomica”. Importanza dei Data Base. Proprietà caratteristiche che distinguono il genoma degli eucarioti da quello dei procarioti: - Cinetica di riassociazione. Differenze nell’organizzazione genomica tra eucarioti (dimensioni geni, introni, esoni, nelle classi di DNA ripetitivo intersperso, pseudogeni, etc). Elementi trasponibili (evoluzione, domesticazione e funzionalizzazione degli ET). Famiglie geniche. Grandezza minima genoma animali: insetti (specie parassitiche superspecializzate) e grandezza genoma e tempo di sviluppo (genomi più piccoli=sviluppo più veloce: drosofilidi) Evoluzione grandezza genoma come processo multifattoriale complesso: 5 Aree di particolare interesse: - 1- Origine di nuovi geni: - 1a. duplicazione geni esistenti e Small and Large Scale Duplication; 1b. lego approach; c. trasferimento genico laterale; 1d. “invenzione” di geni de novo da DNA non codificante e i casi della famiglia Morpheus e della duplicazione segmentale. Conseguenze evolutive degli effetti di duplicazioni complesse e riordinamenti strutturali dei cromosomici sulla meiosi e sula formazione dei gameti. - 2- Prevalenza della selezione naturale positiva, - Geni coinvolti nella difesa da patogeni; - Geni coinvolti nella riproduzione - 3- Asimmetria del pattern di mutazione, - Replicazione e trascrizione - 4- Variazione regionale del tasso di mutazione, - Ipotesi attuale: la pressione e il pattern mutazionale varia nelle diverse regioni genomiche - 5- Evoluzione dell’organizzazione genomica: - Comparazione di sequenze geniche in specie strettamente correlate; - Genomica comparativa tra gruppi di specie con forti differenze; - Genomi eucarioti  possono espandersi o “restringersi” - Meccanismi di formazione di nuovi geni: - Amplificazione genica - fisiologica: rDNA di Xenopus e geni del corion di Drosophila; - tumorale: HSR e DM. Formazione degli HSR: reinserzione dei DM o Rottura-Fusione-Ponte (BFB) e conseguenze in mitosi. - Duplicazione genica e selezione a favore: Morpheus Gene Family;- Gene Mutation - Conservazione di geni essenziali: - Caenorhabditis elegans silencing geni noti iRNA, nel 10% dei casi: fenotipo mutante - geni attivi negli stadi precoci dello sviluppo sembrano essere “constrained” - geni paraloghi (nell’ambito della stessa specie, si sono evoluti in seguito ad un evento di duplicazione) ed ortologhi (geni in specie diverse che derivano da un antenato comune (senza eventi di duplicazione). - Geni a singola copia e famiglie multigeniche; - subfunzionalizzazione. Mutazioni Dinamiche e Meccanismi di mutagenesi: - Processi di mutazione: - fonti intrinseche - fonti estrinseche - Processi di riparazione: - conversione genica - crossing-over ineguale - SCE - Slippage replicativo - Riparazione rotture del DNA - Controllo e Arresto del ciclo cellulare - Meccanismi coinvolti nell’espansione di triplette - Malattie umane correlate a mutazioni dinamiche Evoluzione della Replicazione cromatinica: Caratteristiche della replicazione della cromatina degli eucarioti. Scelta delle origini di replicazione negli eucarioti: una scelta tessuto-specifica. Mappa 3D del genoma umano. Modello ad anse (TAD, MAR, SAR), che si comportano come: - 1 unità indipendente di replicazione; 2 unità indipendente superavvolta; 3 unità funzionale. Replicazione dei cromosomi: - Riconoscimento delle diversi fasi di S; - replicazione precoce e tardiva;- asincronia tra alleli nella replicazione;- fiber analysis. Bande da replicazione e compartimentalizzazione della cromatina: R- e G-banding; - rapporto tra fase di S in cui inizia la replicazione (replication timing) e attività trascrizionale - Evoluzione del bandeggio da replicazione; - Replicazione di cromatina SINE (Early) e LINE (Late) nell’uomo Sequence ripetute come esempio di evoluzione del genoma - Centromero – evoluzione DNA e proteica - Centromere drive durante la meiosi - Elementi “egoisti” del genoma Evoluzione del genoma nella carcinognesi Studi sull’evoluzione della compartimentalizzazione della cromatina Territori cromosomiali Organizzazione della cromatina e Bandeggio morfologico Breve descrizione delle tecniche di Banding. Confronto evolutivo tra i cariotipi dei primati Evoluzione genomica e Citogenetica Comparativa tramite FISH: Cenni sull’importanza dell’utilizzo della FISH nella genomica comparativa: - studi di riordinamenti cromosomici; - aneuploidie/poliploidie; - Rainbow-FISH; - Zoo-Fish; - GISH (es, cromosomi del sesso); Cen-CO-FISH; - chromosome painting, SKY (“territorialità dei cromosomi nel nucleo); - studi di citogenetica comparativa;- CGH;- painting cromosomico e CGH array su specie vicine (es, pollo e tacchino);- Analisi di CNVs (Copy Number Variations in 4 classi principali di tipi di cane domestico). Gene Expression: fine tuning, esempi: - trasmissione transgenerazionale di informazioni ambientali in C. elegans; - sequenze non codificanti in rapida evoluzione nel genoma umano; - genomica comparativa: gli allineamenti di sequenza nei mammiferi rivelano elementi funzionali peculiari di Homo s.; - la regolazione genica e le origini dell'unicità biologica umana; - "diventare" eterocromatina nel contesto della riprogrammazione epigenetica genome-wide; - transizioni dello stato della cromatina a livello genomico associati a stimoli ambientali e di sviluppo. Evoluzione della determinazione del sesso: - genetica e/o ambientale - cromosomi del sesso non distinguibili morfologicamente e metodi di determinazione del sesso; - determinazione ambientale del sesso (TSD), - determinazione del sesso aploidia-diploidia, - eterogamia femminile, eterogamia maschile, - Rapporto Cromosomi Sesso/Autosomi, - Cromosomi eteromorfi ed evoluzione della compensazione del dosaggio, - evoluzione della compensazione del dosaggio nei mammiferi, - Evoluzione dell’eterocromosoma (soprattutto Y)
Prerequisiti
Laurea Triennale in Scienze Biologiche. Gli studenti devono conoscere le basi della genetica e della organizzazione genomica, soprattutto la parte riguardante l’organizzazione della cromatina interfasica e cromosomica. Si richiede anche una conoscenza riguardante il comportamento dei cromosomi in meiosi e mitosi, le mutazioni cromosomiche e geniche, che saranno comunque, brevemente riviste in classe.
Testi di riferimento
Testi consigliati e Bibliografia Strachan & Read: Genetica Molecolare Umana, capitolo riguardante: "Il nostro posto nell'albero della vita". B. Lewin, Il Gene (Ed. compatta) l’organizzazione e l’evoluzione dei geni, contenuto e dimensione dei genomi, evoluzione del cromosoma Y, duplicazione genica ed evoluzione, famiglie geniche, i cromosomi e loro organizzazione nei procarioti e negli eucarioti. Per gli argomenti sopraindicati, approfondimento e lettura degli articoli originali in riviste scientifiche è richiesto. La sintesi delle lezioni tenute durante il corso è disponibile in rete. Su alcune immagini del materiale didattico contenente la sintesi delle lezioni, vi sono le indicazioni delle Riviste Scientifiche da cui sono state tratte le Reviews utilizzate per le lezioni, che è consigliabile consultare. E’ possibile consultare e scaricare queste riviste da qualsiasi computer delle biblioteche dell’università. Registrazioni zoom delle lezioni sono disponibili per le studentesse e studenti del corso.
Frequenza
Sebbene non sia richiesto l'obbligo di frequenza, la partecipazione alle lezioni è consigliata per permettere agli studenti di maturare piena padronanza degli argomenti intrapresi nel corso prima dell'esame finale.
Modalità di esame
esame orale
Modalità di erogazione
Il corso si svolge con lezioni frontali e attività volte ad apprendere e ad essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a lezione. Mediante le lezioni frontali, gli studenti potranno acquisire una conoscenza aggiornata sulle interconnessioni tra l’organizzazione strutturale del genoma e la complessità funzionale richiesta dagli eucarioti superiori. A questo scopo si analizzeranno le principali metodologie necessarie per studiare, analizzare e comparare tra loro l’organizzazione genomica e la complessità dell’architettura cromatinica di specie sia evolutivamente distanti che vicine. Si svolgeranno inoltre, attività di laboratorio che concorrano allo sviluppo di abilità autonome di approfondimento e di critica delle conoscenze acquisite, in modo che gli studenti siano messi in grado di trasmetterle e proseguire in modo autonomo nel loro studio (40 ore). SESSIONI DI LABORATORIO (12 ORE). Laboratorio didattico per approfondimento delle tematiche relative ai punti più importanti del programma.
  • Codice insegnamento10600014
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoGenetica e Biologia Molecolare - Genetics and Molecular Biology
  • CurriculumGenetica e Biologia Molecolare (percorso valido anche ai fini del conseguimento del doppio titolo italo-francese)
  • Anno1º anno
  • Semestre2º semestre
  • SSDBIO/18
  • CFU6
  • Ambito disciplinareDiscipline del settore biomolecolare