Genetica e Biologia Molecolare - Genetics and Molecular Biology

LUCIA PIACENTINI

Il termine Epigenetica include tutti quei fenomeni che inducono un’espressione genica differenziale ed ereditabile in assenza di modificazioni nella sequenza del DNA.
ll corso di Epigenetica si propone di discutere e approfondire i meccanismi molecolari che regolano i fenomeni epigenetici (rimodellamento della cromatina, proteine eterocromatiche modificazione degli istoni e codice istonico, metilazione del DNA, RNA interference) e i processi cellulari che sfruttano questo tipo di regolazione (imprinting genomico e cromosomico, eterocromatizzazione facoltativa, eliminazione cromosomica, variegazione per effetto di posizione, paramutazione). 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. Verranno inoltre trattati alcuni dei più interessanti fenomeni genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici in senso lato. In natura infatti esistono, con una estesa diffusione, molte varianti di processi biologici fondamentali, come la meiosi e la mitosi, e di strutture cromosomiche, come i telomeri e i centromeri. Lo scopo è quello di dimostrare che lo studio di sistemi genetici non canonici permette di ottenere informazioni significative sulla loro rilevanza evolutiva e sui processi canonici corrispondenti. Sarà inoltre trattata la biologia dei trasposoni e il loro ruolo nell'espressione genica e nell'organizzazione genomica.
Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
• L’organizzazione strutturale e funzionale del genoma eucariotico
• Le basi molecolari della regolazione epigenetica
• I fenomeni e i processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica
• I metodi e le tecnologie per lo studio delle modifiche epigenetiche della cromatina
• Sistemi genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici
Gli student saranno inoltre in grado di (competenze acquisite)
• Valutare l’impatto della regolazione epigenetica nella modulazione delle funzioni del genoma
• Interpretare i complessi network molecolari che controllano la regolazione epigenetica
• Utilizzare le conoscenze sulle tecniche per l’analisi delle modificazioni della cromatina per programmare un esperimento in laboratorio sapendo discriminare quali tecniche applicare a seconda delle diverse problematiche da affrontare
• capire e interpretare criticamente i risultati sperimentali di epigenetica ed epigenomica
• approfondire gli argomenti ed elaborare una propria discussione su temi specifici facenti parte del corso

Il termine Epigenetica include tutti quei fenomeni che inducono un’espressione genica differenziale ed ereditabile in assenza di modificazioni nella sequenza del DNA.
Il corso di Epigenetica si propone di discutere e approfondire i meccanismi molecolari che regolano i fenomeni epigenetici (rimodellamento della cromatina, proteine eterocromatiche, modificazione degli istoni e codice istonico, metilazione del DNA, RNA interference) e i processi cellulari che sfruttano questo tipo di regolazione (imprinting genomico e cromosomico, eterocromatizzazione facoltativa, eliminazione cromosomica, variegazione per effetto di posizione, paramutazione). 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. Verranno inoltre trattati alcuni dei più interessanti fenomeni genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici in senso lato. In natura infatti esistono, con una estesa diffusione, molte varianti di processi biologici fondamentali, come la meiosi e la mitosi, e di strutture cromosomiche, come i telomeri e i centromeri. Lo scopo è quello di dimostrare che lo studio di sistemi genetici non canonici permette di ottenere informazioni significative sulla loro rilevanza evolutiva e sui processi canonici corrispondenti. Sarà inoltre trattata la biologia dei trasposoni e il loro ruolo nell'espressione genica e nell'organizzazione genomica.
Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)
• L’organizzazione strutturale e funzionale del genoma eucariotico
• Le basi molecolari della regolazione epigenetica
• I fenomeni e i processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica
• I metodi e le tecnologie per lo studio delle modifiche epigenetiche della cromatina
• Sistemi genetici non canonici che coinvolgono meccanismi epigenetici
Gli student saranno inoltre in grado di (competenze acquisite)
• Valutare l’impatto della regolazione epigenetica nella modulazione delle funzioni del genoma
• Interpretare i complessi network molecolari che controllano la regolazione epigenetica
• Utilizzare le conoscenze sulle tecniche per l’analisi delle modificazioni della cromatina per programmare un esperimento in laboratorio sapendo discriminare quali tecniche applicare a seconda delle diverse problematiche da affrontare
• capire e interpretare criticamente i risultati sperimentali di epigenetica ed epigenomica
• approfondire gli argomenti ed elaborare una propria discussione su temi specifici facenti parte del corso

Gli studenti dovrebbero avere una buona conoscenza della Genetica, della Biologia molecolare molecolare e cellulare di base e delle principali tecniche di ingegneria genetica

L’insegnamento prevede 40 ore di didattica frontale e 12 ore di esercitazioni.
Lezioni frontali:
Mitosi e meiosi: meccanismi canonici e loro varianti
- meiotic drive
- meiosi invertite
- eliminazione cromosomica
Organizzazione del cromosoma eucariotico
- centromero: cromosomi monocentrici e olocentrici
- Telomeri
Elementi trasponibili e evoluzione dei Genomi
Meccanismi molecolari che controllano i fenomeni epigenetici
- metilazione del DNA
- modificazioni degli istoni e codice istonico
- complessi di rimodellamento della cromatina
- RNA interference e non-coding RNA
- architettura tridimensionale del genoma e Chromosome conformation capture (3C)

Processi cellulari che sfruttano la regolazione epigenetica
- eterocromatizzazione facoltativa
- variegazione per effetto di posizione
- paramutazione e cosoppressione nelle piante
- imprinting genomico e cromosomico
- effetti epigenetici trans-generazionali
Strumenti metodologici per l’analisi della metilazione del DNA
a) singoli geni:
- Tecnologia COBRA (Combined bisulfite Restriction Analysis)
- Real time MSP e methyLight
- Pyrosequencing and massARRAY
b) livello genome-wide:
- tecnologia MSDK (Methylation-Specific Digital Karyotiping)
- Tecniologia MIRA (Methylated-CpG Island Recovery Assay)
- Immunoprecipitazione del DNA metilato (MeDIP)
Epigenetica e malattie
- Epigenetica e cancro
- Epigenetica e malattie neurodegenerative: la sindrome di Rett
- Epigenetica dell’artrite reumatoide e di altre malattie del sistema immunitario
- Malattie genetiche causate da alterazioni dell’imprinting
- Terapie epigenetiche

Esercitazioni in laboratorio
- Test Genetico per modificatori di PEV in Drosophila: allestimento degli incroci e analisi dei fenotipi (4 ore)
- Allestimento di preparati citologici di cromosomi politenici di drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)
- Allestimento di preparati citologici di cromosomi mitotici da neuroblasti larvali di Drosophila. Osservazione al microscopio a fluorescenza e acquisizione delle immagini (4 ore)

Genetica a cura di Pimpinelli. Casa Editrice Ambrosiana. Caso di studio 8_EPIGENETICA
Dispense delle lezioni e articoli selelzionati dalla letteratura scientifica

Handbook of Epigenetics. The New Molecular and Medical Genetics. Edited by: Trygve O. Tollefsbol
Gene Regulation and Epigenetics. How Science Works. Carsten Carlberg. Published by
Springer Nature Switzerland, January 2024. ISBN: 978-3-03-168730-3
Allison B. Herman, Dimitrios Tsitsipatis, Myriam Gorospe, Integrated lncRNA function upon genomic and epigenomic regulation, Molecular Cell,Volume 82, Issue 12,2022,Pages 2252-2266,
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.05.027.
Transgenerational Epigenetics. 2nd Edition, Volume 13 - May 21, 2019. Academic Press. Editor: Trygve O. Tollefsbol. ISBN: 9780128163634

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali ed esercitazioni. In particolare sono previste 52 ore complessive di didattica (6 CFU), di cui 40 ore di lezione frontale (5 CFU) e 12 ore di esercitazioni (1 CFU). Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive su PowerPoint.

La frequenza non è obbligatoria

L'esame consiste in una prova orale allo scopo di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite, così come le abilità comunicative, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica di fronte a problemi genetici.
Il tempo dedicato alla prova orale è di circa 20/30 minuti complessivi.

Le domande riguardano l'intero programma del corso