ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| FISIOLOGIA MOLECOLARE E CELLULARE | BIO/09 | LEZIONI | 48 |
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L’obbiettivo del corso è lo studio della fisiologia animale a livello molecolare e cellulare, con particolare attenzione agli aspetti spaziali e temporali. Compartimenti cellulari e microdomi. Composizione e funzione dei microdomini lipidici. Sfingolipidi: componenti strutturali e messaggeri. Smistamento di proteine. Endocitosi e esocitosi. Citoscheletro e motori molecolari. Aspetti locali, globali e ritmici della fisiologia cellulare: marcapassi e orologi circadiani.
The aim of the course is to study animal physiology at molecular and cellular level, with particular attention to spatial and temporal aspects. Cellular compartments and microdomains. Membranes. Lipids rafts: composition and function; sphingolipids as structural components and as messengers. Protein trafficking. Endocytosis and exocytosis. Cytoskeleton and molecular motors. Local, global and rhythmic aspects of cellular physiology: cardiac and smooth muscle pacemakers, circadian clock.
Partecipazione alle discusioni durante le lezioni. Esame orale.
Partecipation in the discussions during the lectures. Oral examination.
Lo studente acquisirà la capacità di discutere con proprietà di linguaggio gli argomenti trattati nel corso e di stabilire collegamenti fra gli argomenti trattati, sviluppando un'ampia visione d'insieme sui meccanismi molecolari alla base della fisiologia cellulare.
The student will acquire the the ability to address the topics covered with the appropriate terminology, developing an overview on the molecular mechanisms underlying cellular physiology.
Partecipazione alle discusioni durante le lezioni. Esame orale.
Partecipation in the discussions during the lectures. Oral examination.
conoscenze basiche di fisiologia, biologia cellulare e biochimica
Basic knowledge of physiology, cellular biology and biochemistry
Introduzione al corso. Compartimenti cellulari. Membrana. Mielina. Composizione. Funzione delle proteine mieliniche. Demielinizzazione: sclerosi multipla; malattia di Charcot-Marie-Tooth. Microdomini lipidici: struttura e funzione. Origine ed evoluzione del concetto di raft. Raft e caveole. Raft e trasmissione di segnali. Efrine e recettori delle efrine: segnali diretti ed inversi. Sfingolipidi semplici e complessi. Ruolo strutturale. Sfingolipidi come primi e secondi messaggeri. Ipotesi del reostato. Ruolo della Sfingosina-1-fosfato nell’apparato cardiocircolatorio e nel sistema nervoso. Azioni del FTY720 sul sistema immune e sul sistema nervoso. Applicazioni terapeutiche.
Ruolo dei lipidi nella formazione della barriera epidermica. Sfingolipidi complessi. Ruolo dei gangliosidi. Informazioni ottenute con topi knock-out. Sfingolipidosi.
Indirizzamento delle proteine al nucleo. Il complesso del poro nucleare. Segnali di localizzazione. Importine ed esportine. Ruolo di Ran nell’importazione e nell’esportazione di proteine.
Indirizzamento delle proteine alle diverse localizzazioni mitocondriali. Indirizzamento delle proteine ai perossisomi. Sindrome di Zellweger. Modificazioni delle proteine nel reticolo endoplasmico. Glicosilazione, formazione di ponti disulfuro, ripiegamento e controllo di qualità.
Traffico vescicolare. Attracco, ormeggio e fusione delle vescicole. Tecniche per lo studio della via secretoria. Stadi precoci e tardivi. Vescicole rivestite da COPI, COPII e clatrina. Malattie di deposito lisosomiali e scoperta del ruolo del mannosio-6-fosfato. Modificazione delle proteine nelle vescicole. Smistamento delle proteine di membrana nelle cellule polarizzate. Endocitosi mediata da recettore. Esempi. Assorbimento del colesterolo. Ipercolesterolemia familiare. Assorbimento del ferro.Formazione di endosomi multivescicolari. Meccanismo di gemmazione di HIV. Secrezione. Rilascio dei neurotrasmettitori. Rilascio quantico dei neurotrasmettitori. Riciclo delle vescicole sinaptiche. Identificazione e caratterizzazione delle proteine sinaptiche. Complesso SNARE e neurotossine tetaniche e botuliniche. Malattie che coinvolgono le sinapsi.
Microfilamenti e strutture di actina. Comportamento dinamico dei filamenti di actina. Ricambio a mulinello. Organizzazione delle strutture cellulari basate sull’actina: microvilli, filopodia, fibre da stress, ecc. Polimerizzazione della actina e movimento. Esempio: Listeria.
Distrofie muscolari. Distroglicanopatie. Miosine: motori proteici associati ai filamenti di actina. Trappola ottica e determinazione dell’ampiezza di passo e forza generata. Movimenti alimentati dalla miosina. Migrazione cellulare. Trasmissione di segnali e chemotassi. Ruolo di Cdc42, Rac e Rho. Saggio del monostrato ferito. Modelli: cheratociti migratori, D. discoideum, neutrofilo, cono di crescita
Microtubuli. Struttura e organizzazione. Centri organizzatori dei microtubuli. Comportamento dinamico. Ricambio a mulinello. Instabilità dinamica. Regolazione della struttura e del comportamento dinamico. Motori proteici associati ai microtubuli: chinesine e dineine.
Trasporto assonico. Movimento dei granuli di pigmento nei melanofori. Cilia e flagelli. Trasporto intraflagellare. Ruolo dei microtubuli nella mitosi.
Filamenti intermedi. Mutazioni delle lamine e cheratine. Coordinazione e cooperazione tra gli elementi citoscheletrici. Citoscheletro nei batteri. Giunzioni cellulari. Giunzioni nelle cellule epiteliali. Caderine e catenine. Desmosomi. Selettine e migrazione dei globuli bianchi. Giunzione gap. Connessine. Regolazione delle giunzioni gap. Ruolo di S1P e FTY720 nella permeabilità epiteliale.
Processi locali, globali e ritmici. Esempi: microdomini di calcio intracellulare, risposte globali, oscillazioni di calcio. Oscillatori citosolici e oscillatori di membrana. Funzioni di spark, sparklet, syntilla, puff e onde globali ecc. di calcio nell’esocitosi, nella chemiotassi, nella contrazione e nel rilasciamento di diversi tipi cellulari. Onde di calcio intercellulari. Decodifica delle oscillazioni. Esempio del modo integrativo: NFAT.
Ritmi circadiani. Orologi del nucleo soprachiasmatico e orologi periferici. Meccanismo molecolare dell’orologio circadiano nei vertebrati e meccanismo molecolare dell’orologio nella Drosophila. Oscillatore citosolico del calcio nel nucleo soprachiasmatico. Cronofarmacologia. Disturbi del ritmo circadiano. Orologio circadiano e compensazione della bussola durante la migrazione delle farfalle Monarca.
Altri esempi di oscillatori citosolici. Oscilattori citosolici negli astrociti. Communicazione neurone-astrocita. Sincronizzazione dei neuroni. Onda di calcio nell’astrocita globale e regolazione del flusso ematico cerebrale. Contributo dell’endotelio e della cellula muscolare liscia.Oscillazioni calcio nelle cellule interstiziali di Cajal. Pacemaker nell’apparato gastrointestinale.
Oscillatori di membrana. Pacemaker cardiaco. Oscillatori di membrana nell’utero e nelle cellule che secerneno ipotalamiche secernenti prolattina. Sincronizzazione delle cellule che rilasciano ossitocina.
Omeostasi del calcio. Ormoni che regolano il livello del calcio. Rilascio del paratormone. Calcitonina. Vitamina D3. Meccanismi di azione (genomico e non genomico) della vitamina D3. Vitamina D3 e riassorbimento di calcio nell’epitelio renale e intestinale. Ruolo della vitamina D3 nel sistema immune e nel sistema nervoso. Equilibrio formazione-riassorbimento osseo. Osteoglastogenesi e osteoclastogenesi. Dialogo fra osteoblasti e osteoclasti. Ruolo delle efrine e i loro recettori, RANK e RANKL, osteoprotegerina. Ruolo delle citochine e S1P nella migrazione dei preosteoclasti.
Introduction. Cellular compartments. Membranes. Myelin. Composition. Function of myelin proteins. Demyelinization: multiple sclerosis. Charcot-Marie-Tooth disease. Lipid microdomains: structure and function. Origin and evolution of the concept of raft. Rafts and caveolae. Signal transduction. Efrins and efrin receptors: direct and reverse signaling. Simple and complex sphingolipids. Structural role. Sphingolipids as first and second messengers. Rheostat hypothesis. Role of sphingosine-1-phosphate in the cardiovascular system and in the nervous system. Actions of FY720 on the immune system and the nervous system. Therapeutical implications. Role of lipids in the formation of the epidermal barrier. Complex sphingolipids. Roles of gangliosides. Information obtained with knockout mices. Sphingolipidoses.
Protein trafficking to nucleus. Nuclear pore complex. Localization signals. Importins and exportins. Role of Ran in import and export. Mitochondrial trafficking of proteins. Peroxisomal trafficking. Zellweger syndrome. Protein modification in the endoplasmic reticulum. Glycosylation, disulfide bridge formation, protein folding and quality control.
Vescicular trafficking. Priming, docking and fusion of proteins. Techniques for the study of the secretory pathway. Vescicles coated with COPI, COPII and clathrin. Lysosomal storage diseases and discovery of the role of Mannose-6-phosphate. Protein modification inside the vesicles. Protein trafficking in membranes of polarized cells. Receptor mediated endocytosis.Examples. Cholesterol transport. Familial Hypercholesterolemia. Transport of iron. Formation of multivescicolar endosomes. HIV Budding mechanism. Secretion. Neurotransmitter release. Quantal release of neurotransmitters. Synaptic vesicle re cycling. Identification and charecterization of synaptic protein. SNARE complex and tetanic and botulinic toxins. Synaptic diseases.
Microfilaments. Actin structure. Dynamic behaviour of actin filaments. Treadmilling of actin filaments. Organization of cellular structures based on actin: microvilli, stress fibers, etc. Actin polimeration and cellular movement. Example: Listeria. Muscular distrophies. Distroglycanopathies. Miosins: proteic motors associated to actin. Optic tweezers and determination of force and amplitude of myosin. Role of myosin in migration. Signal transduction and chemotaxis. Role of Cdc42, Rac and Rho. Wound healing assay. Models to study migration: D. discodeum, neutrophils.
Structure of microtubules. Microtubule organization center. Dynamic behaviour of microtubules. Dynamic instability. Proteic motors associated to microtubules: chinesins and dyneins. Axonal tran sport. Movement of pigment granules in melanophores. Cilia and flagella. Intraflagellar transport. Role of microtubules in mitosis.
Intermediate filaments. Mutations of lamins and cheratins. Coordination and cooperation among the cytoskeleton elements. Homologs of the eucariotical cytoskeleton in bacteria. Cell junctions.
Spatial and temporal aspects of signalling and cellular communication. Examples: calcium microdomains, calcium oscillations, local and global responses. Cytosolic and membrane oscillators. Definitions of spark, sparklet, syntilla and puffs. Role in exocytosis, chemotaxis, muscular contraction and relaxation. Circadian rhythms. Suprachiasmatic nucleus circadian clock. Peripheral circadian clocks. Molecular mechanism of circadian clocks in Drosophila and in vertebrates. Cronopharmacology. Disorders of the circadian rhythm.
Cytosolic oscillators. Astrocytes. Communication neurone-astrocyte. Neuronal synchronization. Global calcium wave in astroctes and regulation of cerebral blood flow; roles of endothelial and smooth muscle cells. Calcium oscillations in Interstitial cells of Cajal. Role of the pacemaker of gastrointestinal system.
Membrane oscillators. Cardiac pacemaker. Mechanism of cardiac hypertrophy. Membrane oscillators in the uterus and in the lactotrophs. Synchronization in the cells releasing oxytocin.
Calcium homeostasis. Hormones regulating calcium levels: paratohorme, calcitonin, vitamin D3. Genomic and non-genomic mechanism of action of Vitamin D3. Role of Vitamin D3 in calcium reabsortion in the renal and intestinal epithelium. Roles of vitamin D3 in the immune system and in the nervous system. Balance between bone formation and bone resorption. Osteoblastogenesis and osteoclastogenesis. Crosstalk between osteoblast and osteoclasts. Roles of ephrin and ephrin receptors, RANK and RANKL, osteoprotegerin. Roles of cytokines and S1P in the migration of preosteoclasts.
http://www.cellsignallingbiology.org/csb/
esame orale
oral examination
