Academic year2020/21
CourseMOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY
Code183EE
Credits6
PeriodSemester 2
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) |
| BIOLOGIA MOLECOLARE 2 | BIO/11 | LEZIONI | 48 | |
Obiettivi di apprendimento
Conoscenze
Al termine del corso lo studente avrà approfondito i meccanismi di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti, a livello epigenetico, trascrizionale, co-trascrizionale e post-trascrizionale. Lo studente comprenderà come la cromatina influenzi a più livelli la regolazione dell’espressione genica, ed in particolare l’organizzazione topologica del DNA, il priming degli enhancer e l’identità cellulare, i livelli di espressione di un gene e quale sia l’isoforma espressa. Lo studente apprenderà come i processi di trascrizione, maturazione ed esportazione si siano co-evoluti per consentire l’accoppiamento spazio-temporale delle reazioni che realizzano, creando innumerevoli opportunità di regolazione. Lo studente approfondirà i numerosi meccanismi di regolazione dell’espressione genica operati dagli RNA non codificanti e come essi possano architettare la complessità degli eucarioti. Lo studente avrà una panoramica dei più importanti meccanismi “citoplasmatici” che portano alla regolazione dell’espressione genica e quale sia il vantaggio offerto da tali meccanismi. Verranno trattati in dettaglio le moderne tecniche di editing genomico, con particolare approfondimento del sistema CRISPR/Cas9. Verrà inoltre offerta una panoramica delle applicazioni del sistema CRISPR/Cas9 nella regolazione dell'espressione genica e dell'imaging.
Knowledge
By the end of the course the student will learn the mechanisms of regulation of gene expression in eukaryotes, at epigenetic, transcriptional, co-transcriptional and post-transcriptional level. The student will understand why chromatin influences regulation of gene expression, and in particular the topological organization of DNA, enhancer priming and cell identity, gene expression levels and the isoform expressed. The student will learn why the cellular transcription, processing and export machineries seem to have co‑evolved to allow spatiotemporal coupling of the reactions that they carry out, creating countless regulatory opportunities. The student will deepen the numerous mechanisms of regulation of gene expression operated by non-coding, the architectures of the complexity of eukaryotes. The student will have an overview of the most important "cytoplasmic" mechanisms leading to regulation of gene expression and what is the advantage offered by such mechanisms. The modern gene editing techniques will be analyzed in details, devoting particular attention to CRISPR/Cas9 system. The employment of CRISPR/Cas9 for regulating gene expression and in the imaging field will be further illustrated.
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
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
- sometime 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.
- Lo studente approfondirà e completerà le conoscenze di biologia molecolare acquisite nella triennale circa i meccanismi di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti, operanti all’interno del contesto cromatinico
Skills
by the end of the course:
- Acquisition of information about the mechanisms of regulation of gene expression in eukaryotes.
- The student will deepen the knowledge acquired in the three-year period about the mechanisms of regulation of gene expression in eukaryotes, operating within the chromatinic context
- the student will learn to solve molecular biology problems solving with a modern omic approach
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
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
- sometime prepares questionnaire to be filled anonymously to assess the level reached by the class
Comportamenti
Lo studente sarà in grado di comprendere i lavori moderni e sarà aggiornato sull’attuale stato delle conoscenze circa i principali meccanismi di regolazione genica e di modificazione dell'espressione genica mediante tecnica CRISPR/Cas9 e sue modificazioni.
Behaviors
The student will be able to understand recent studies and he/she will be updated regarding the main mechanisms of gene expression regulation and modulation of gene expression through CRISPR/Cas9 technique and its modifications.
Modalità di verifica dei comportamenti
Durante i seminari o le lezioni in cui le conoscenze di base sono applicate alla ricerca biotecnologica o biomedicale saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle conoscenze acquisite e il loro corretto utilizzo
Assessment criteria of behaviors
During seminars or lessons where basic knowledge is applied to biotechnology or biomedical research, the degree of accuracy and precision of the acquired knowledge and its correct use will be assessed.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)
Conoscenze di base di biologia molecolare (DNA, RNA; proteine, replicazione, trascrizione, traduzione, maturazione RNA, promotore, enhancer, contronto procarioti e negli eucarioti, tecnologia DNA ricombinante, etc)
Prerequisites
Basic knowledge of molecular biology (DNA, RNA; proteins, replication, transcription, translation, RNA processing, promotors, enhancer, procaryotes versus eucaryotes, DNA cloning, etc)
Indicazioni metodologiche
modo in cui si svolgono le lezioni: lezioni frontali, con ausilio di proiezione di diapositive Powerpoint. Talora il docente fa usi di filmati didattici reperiti nel web.
tipo di strumenti di supporto: il docente dedica un certo numero di ore di lezione (generalmente 8) per seminari tenuti da docenti di alto profilo provenienti spesso da Istituzioni Estere
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 support of Power Point slides. Sometimes the teacher makes use of tutorials found on the web
the teacher dedicates a certain number of teaching hours (generally 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)
Conoscenze specifiche riguardano:
- Cromatina, struttura dei nucleosomi, gradi di compattazione della cromatina e ruolo nella regolazione dell'espressione genica
- Epigenetica: complessi di rimodellamento della cromatina, enzimi modificatori della cromatina ("writer", "reader", "eraser”), varianti istoniche e chaperonine istoniche. Il codice istonico.
- Epigenetica: modifiche a carico del DNA. Isole CpG e loro ruolo nella regolazione dell'espressione genica. Cross-talking tra modifiche a carico del DNA e degli istoni. Stato cromatinico bivalente
- Regolazione trascrizionale dell'espressione genica: i promotori, TF2D e i TAF, il mediatore e i fattori di trascrizione
- Regolazione trascrizionale dell'espressione genica: step regolati (formazione PIC, "promoter escape", pausa, elongazione e terminazione)
- Enhancer, enhanseosoma, super enhancer e loro stato cromatinico
- Regolazione e maturazione co-trascrizionale del trascritto primario: capping, splicing, poliadenilazione e editing, nel loro contesto cromatinico
- Esportazione nucleare dell'mRNA e accoppiamento con processo di maturazione
- Packaging dell'RNA: ruolo topologico e regolatorio
- Decadimento dell'mRNA e meccanismi di sorveglianza citoplasmatica nel controllo di qualità
- Localizzazione mRNA e traduzione locale
- Biogenesi e regolazione dell'espressione genica tramite non coding (regolazione trascrizionale, post-trascrizionale e tradizionale): miRNA; competing endogeneus RNA (ceRNA), pseudogeni; RNA circolari
- Regolazione globale della traduzione
- Concetti di base su modifiche post-traduzionale (PTM) e principi dell'interazione proteina-proteina e interattomica
- Tecniche omiche per la conduzione di studi su larga scala (microarray, RNAseq, proteomica)
- Il sistema di gene editing CRISPR/Cas9 e sue derivazioni
Syllabus
Specific knowledge includes:
- Chromatin, nucleosomes structure, chromatin structure and role in regulation of gene expression
- Epigenetics: remodeling complexes, histone modifying enzymes ("writer", "reader", "eraser"), histone variants and histone chaperones.
- Epigenetics: DNA modifying enzyme. CpG Islands and their role in regulation of gene expression. Cross-talking between DNA and histone modifications. Bivalent chromatin
- Transcriptional regulation of gene expression: promoters, TF2D and TAF, mediator and transcription factors
- Transcriptional regulation of gene expression: regulated steps (PIC formation, "promoter escape", pause, elongation and termination)
- Enhancer, enhanseosome, super enhancer and their epigenetic signature
- Co-transcriptional regulation and maturation of pre-mRNA: capping, splicing, polyadenylation and editing, in the chromatin context
- Nuclear export of mRNA and coupling with mRNA maturation
- RNA packaging: topological and regulatory role
- Decay of mRNA and cytoplasmic surveillance mechanisms in quality check
- mRNA localization and local translation
- Biogenesis and regulation of gene expression by non-coding (transcriptional, post-transcriptional and traditional regulation): miRNA; competing endogeneus RNA (ceRNA), pseudogenes; circular RNAs
- Global translation regulation
- Basic concepts on post-translational modifications (PTM) and principles of protein-protein and interactomics
- Omic techniques for large-scale studies (microarray, RNAseq, proteomics)
- CRISPR/Cas9 as a gene editing techniques and beyond
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 any textbooks of molecular biology (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
La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e il docente/i. Durante la prova orale, oltre ai contenuti teorici, potrà anche essere richiesto al candidato di risolvere 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 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 "think as a scientist" or to try to approach an experimental problem with the right scientific plan. The duration of the interview is about 30 minutes, the number of questions is generally 3.
Updated: 28/08/2020 15:07
