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ADVANCED MOLECULAR BIOLOGY
VITTORIA RAFFA
Academic year2022/23
CourseMOLECULAR BIOTECHNOLOGY
Code369EE
Credits6
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOLOGIA MOLECOLARE AVANZATABIO/11LEZIONI56
VITTORIA RAFFA unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze in merito alle metodologie moderne per la conduzione di studi molecolari su larga scala di trascrittomica, epigenomica e proteomica. Lo studente sarà in grado di condurre in modo autonomo un'analisi elementare di trascrittomica

Lo studente approfondirà inoltre le conoscenze circa i meccanismi di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti.

Le conoscenze acquisite riguarderanno in particolare:

  • epigenetica ed epigenomica
  • regolazione dell’espressione genica trascrizionale, co-trascrizionale e post-trascrizionale e metodi di studio
  • maturazione dei trascritti e trascrittomica
  • interazione proteina-proteina e proteomica
Knowledge

By the end of the course the student should acquire knowledge about modern methodologies for high throughput studies of transcriptomics, epigenomics and proteomics. He/she will gain ability to perform a basic data analysis of transcriptomics

The student will also deepen the knowledge about the mechanisms of regulation of gene expression in eukaryotes.

The acquired knowledge will concern:

  • epigenetics and epigenomics
  • transcriptional, co-transcriptional and post-transcriptional regulation of gene expression and methods of study
  • maturation of transcripts and transcriptomics
  • protein-protein interaction and proteomics
Modalità di verifica delle conoscenze

 

Per l'accertamento delle conoscenze il docente:

  • durante la prima lezione chiede agli studenti di presentarsi e si presenta lei stessa; promuove attivamente l’instaurarsi di un dialogo di classe che è propedeutico ad una sincera comunicazione tra studente e docente
  • difficilmente sta alla cattedra ma si rivolge agli studenti per facilitare il colloquio e cogliere atteggiamenti che denotano una comprensione parziale di quanto esposto
  • chiede periodicamente durante la lezione se il concetto appena esposto risulta chiaro
  • pone agli studenti domande sui concetti esposti e valuta le risposte
  • fornisce esempi pratici alla classe o pone problemi/questiti chiedendo a volontari di cimentarsi nella soluzione
  • pone talora test scritti da compilare in forma anonima per valutare il livello raggiunto dalla classe
Assessment criteria of knowledge

For the assessment of knowledge the teacher:

  • at the first meeting introduces herself and asks to the students to do the same. This helps to establish a class dialogue, which facilitates the communication between students and teacher
  • does not seat at the desk but walks around the students to facilitate the interview and grasp attitudes that denote a partial understanding of what was exposed
  • often asks about the clarity of the explanation
  • asks the students questions about the concepts and evaluates the answers
  • provides practical examples to the class or poses problems / questions asking to volunteers to find the solution
  • sometimes prepares questionnaire to be filled anonymously to assess the level reached by the class
Capacità

Al termine del corso:

  • Acquisizione di nozioni approfondite circa meccanismi di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Studio delle scienze “omiche”, con particolare attenzione alla genomica, trascrittomica, epigenomica, proteomica e interatomica. Conoscenze di tutte le principali tecnologie ed approcci per la conduzione di studi su larga scala. Tale conoscenze potranno essere utilizzate per la comprensione di meccanismi molecolari fisiologici e patologici, con un approccio moderno e attuale.
  • lo studente saprà pianificare esperimenti molecolari con un approccio "data driven" piuttosto che "hypothesis driven"
  • lo studente sarà in grado di valutarare criticamente quale sia la migliore tecnologia per la risoluzione di uno specifico problema "omico"
Skills

by the end of the course:

  • Acquisition of notions about the mechanisms of regulation of gene expression in eukaryotes. Study of the "omics" science, with particular attention to genomics, transcriptomics, epigenomics, proteomics and interactomics. Knowledge of all the main technological approaches for conducting high throughput studies. This knowledge can be used to understand physiological and pathological molecular mechanisms by a modern approach.
  • The student will learn how to plan molecular experiments with a "data driven" approach rather than "hypothesis driven"
  • the student will be able to critically review the best technological approach for solving a specific "omics" problem
Modalità di verifica delle capacità

 

Per l'accertamento delle capacità il docente:

  • durante la prima lezione chiede agli studenti di presentarsi e si presenta lei stessa; promuove attivamente l’instaurarsi di un dialogo di classe che è propedeutico ad una sincera comunicazione tra studente e docente
  • difficilmente sta alla cattedra ma si rivolge agli studenti per facilitare il colloquio e cogliere atteggiamenti che denotano una comprensione parziale di quanto esposto
  • chiede periodicamente durante la lezione se il concetto appena esposto risulta chiaro
  • pone agli studenti domande sui concetti esposti e valuta le risposte
  • fornisce esempi pratici alla classe o pone problemi/questiti chiedendo a volontari di cimentarsi nella soluzione
  • pone talora test scritti da compilare in forma anonima per valutare il livello raggiunto dalla classe
Assessment criteria of skills

For the assessment of skills the teacher:

  • at the first meeting introduces herself and asks to the students to do the same. This helps to establish a class dialogue, which facilitates the communication between students and teacher
  • does not seat at the desk but walks around the students to facilitate the interview and grasp attitudes that denote a partial understanding of what was exposed
  • often asks about the clarity of the explanation
  • asks the students questions about the concepts and evaluates the answers
  • provides practical examples to the class or poses problems / questions asking to volunteers to find the solution
  • sometimes prepares questionnaire to be filled anonymously to assess the level reached by the class
Comportamenti

Lo studente sarà in grado di leggere, interpretare e comprendere i dati provenienti da sequenziamenti o esperimenti ad alto rendimento comunemente pubblicati su articoli e altre riviste di divulgazione scientifica

Behaviors

The student will be able to read, review and understand omics data such as those published on scientific papers

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante le sessioni di laboratorio/esercitazioni saranno svolti esercizi pratici basati su bati disponibili in lettteratura o dati sperimentali provenienti dalle attività di ricerca del docente e saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte

Assessment criteria of behaviors

Practical exercises will be carried out based on data available in the literature or coming from the teacher’s research activity and the degree of accuracy and precision of these activities will be evaluated.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

La conoscenza dei concetti di biologia molecolare e di biostatistica rende più fruttuoso l'apprendimento dei concetti esposti durante il corso

Prerequisites

Knowledge of molecular biology and biostatistics makes learning more fruitful

Indicazioni metodologiche

modo in cui si svolgono le lezioni: lezioni frontali, con ausilio di lucidi. Talora il docente fa usi di filmati didattici reperiti nel web

modo in cui si svolgono  le esercitazioni in aula/laboratori: si usano i PC del docente e personali degli studenti

tipo di strumenti di supporto: il docente dedica un certo numero di ore di lezione (generalmente 4-8) per seminari tenuti da docenti altamente specializzati provenienti spesso dall’estero

tipo di uso del sito di elearning del corso: scaricamento materiali didattici e comunicazioni docente-studenti

tipo di interazione tra studente e docente: uso di ricevimenti, uso della posta elettronica, uso di skype

uso parziale o totale di lingue diverse dall'italiano: i seminari e il filmati didattici sono spesso in lingua inglese

Teaching methods

lectures, with the aid of slides. Sometimes the teacher makes use of tutorials found on the web

exercises / laboratories: personal PC are used

the teacher dedicates a certain number of teaching hours (generally 4-8) to seminars held by highly skilled scientists

elearning website: download of ppts and communications between teacher-student

 type of interaction between student and teacher: meeting, email, skype

languages other than Italian: seminars and tutorial are often in English

Programma (contenuti dell'insegnamento)

REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

Ruolo topologico e funzionale della cromatina. Meccanismi di controllo epigenetico. Regolazione dell’espressione genica a livello trascrizionale: meccanismi generali. Regolazione dell’espressione genica a livello co-trascrizionale e maturazione dei trascritti primari. Controllo post-trascrizionale. Esportazione nucleare degli mRNA. Stabilità degli mRNA e meccanismi di decadimento dell’mRNA. Controllo di qualità nucleare e citoplasmatica. Sintesi proteica locale e localizzazione intracellulare degli RNA. RNA editing e decadimento dell’mRNA. Ruolo regolatorio dei non-coding. Controllo tradizionale e post-traduzionale.

TRASCRITTOMICA

Tecnologie di analisi di profili di espressione: banche di EST, SAGE, microarray.  Metodi di sequenziamento di nuova generazione (Illumina, Roche, SOLID, Ion torrent) e sequenziamento a singola molecola (PacBio, Oxford Nanopore). Esercitazione di trascrittomica (pianificazione esperimenti, estrazione, preparazione libreria, piattaforma galaxy per la gestione dei dati).

Introduzione all'epigenomica e studi su larga scala: ChIP-chip e ChIP-Seq. Rivelazione delle citosine metilate mediante studi su larga scala basati su differenti metodologie (digestione con endonucleasi sensibili a metilazioni, arricchimento per affinità, trattamento con bisolfito).

PROTEOMICA e INTERATTOMICA

Introduzione alla proteomica. Spettrometria di massa (ESI e Maldi). Problematiche della proteomica  e nuovi approcci per analisi di proteine e proteomi basati su nanotecologie. Interattomica: analisi di reti di interazioni proteiche e studio dei domini di interazione. Metodi analitici (pull-down, TAP) e metodi sintetici (Phage Display, Doppio Ibrido).

Syllabus

REGULATION OF GENE EXPRESSION IN EUCARYOTES

Topological and functional role of chromatin. Epigenetic mechanisms. Regulation of gene expression at transcriptional level: general mechanisms. Regulation of gene expression at co-transcriptional level and maturation of pre-mRNA. Post-transcriptional regulation. Nuclear export of mRNAs. Stability of mRNAs and mechanisms of mRNA decay. Nuclear and cytoplasmic quality check. Local protein translation and RNA localization. RNA  Regulatory role of non-coding RNA. Traslational and post-translational regulation.

transcriptomics

Expression profile analysis: EST, SAGE, microarray. New generation sequencing platforms (Illumina, Roche, SOLID, Ion torrent) and single-molecule sequencer (PacBio, Oxford Nanopore). Transcriptomics exercise (planning experiments, RNA extraction, library preparation, galaxy platform for data management).

Introduction to epigenomics and high throughput studies: ChIP-chip and ChIP-Seq. Detection of methylated cytosine by high throughput studies based on different methodologies (digestion with methylation sensitive endonucleases, affinity enrichment, bisulfite treatment).

PROTEOMICS and INTERACTOMICS

Introduction to proteomics. Mass spectrometry (ESI and MALDI). Issues of proteomics and nanotechnology-based proteome analysis. Interactomics: analysis of protein interactions networks and study of interaction domains. Analytical methods (pull-down, TAP) and synthetic methods (Phage Display, Two-Hybrid).

Bibliografia e materiale didattico

Il materiale didattico è in gran parte costituito da articoli (review) selezionate dal docento. Contenuti di base sono consultabili tramite materiali di testo già in possesso dallo studente (Amaldi, Cox o GeneX o altre edizioni)

Bibliography

Papers (reviews) selected by the teacher. Basic concepts can be found in textbooks of the student (Amaldi, Cox or GeneX or other editions)

Indicazioni per non frequentanti

Utilizzare i ricevimenti per sopperire ad eventuali lacune

Non-attending students info

Use consultation hours to fill any gap

Modalità d'esame

Sarà richiesto agli studenti di condurre l'analisi di un dataset di trascrittomica e presentarlo all'esame. La prova orale consiste in consiste in un colloquio tra il candidato e il docente/i. Durante la prova orale potrà essere richiesto al candidato di risolvere anche i problemi del “ricercatore” ovvero cercare di approcciare col giusto metodo scientifico un problema sperimentale e pianificare l'esperimento. La durata media del colloquio è 30 minuti, il numero delle domande è generalmente 3.

 

Assessment methods

The student will perform the analysis of a transcriptome data and he/she will present it during the examination. The oral examination consists of an interview between the candidate and the teacher/s. During the oral examination the candidate may also be asked to solve the problems of the "researcher" or to try to approach an experimental problem with the proper scientific plan. The average duration of the interview is 30 minutes, the number of questions is generally 3.

Altri riferimenti web

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Additional web pages

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Note

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Notes

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Updated: 18/03/2023 22:05