ITALIANO

I concetti relativi al flusso dell'informazione genica, già introdotti durante il corso di Biologia e Genetica del primo anno, verranno qui ripresi, approfonditi in chiave molecolare e strutturale ed estesi alle relative implicazioni patogenetiche e farmacologiche.

1: STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI (studio dettagliato)
La struttura chimica degli acidi nucleici. La struttura fisica del DNA. La topologia del DNA e e le DNA topoisomerasi. La struttura dell’RNA.

2: IL MANTENIMENTO DEL GENOMA
La struttura del genoma, la cromatina e il nucleosoma. La replicazione del DNA. Le mutazione e i meccanismi di riparo del DNA.

3: L’ESPRESSIONE DEL GENOMA
La trascrizione dell’RNA. Il processamento dell’RNA. La traduzione

4: LA REGOLAZIONE DEL FLUSSO INFORMAZIONALE

Genomi 4, T.A. Brown Edises
Biologia e Genetica, De Leo et al. Edises
Biologia Molecolare Amaldi et al. Zanichelli

Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito i seguenti risultati di apprendimento attesi, articolati secondo i Descrittori di Dublino.

Conoscenza e comprensione: lo studente conosce la struttura chimico-fisica e la topologia degli acidi nucleici, l'organizzazione della cromatina, i meccanismi molecolari di replicazione, mutazione e riparo del DNA, trascrizione, maturazione dell'RNA e traduzione, e i principali meccanismi di regolazione dell'espressione genica in procarioti ed eucarioti.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente è in grado di collegare i meccanismi molecolari studiati alle relative implicazioni patogenetiche (es. difetti di riparo del DNA, alterazioni di splicing, malattie epigenetiche) e farmacologiche (es. inibitori delle topoisomerasi, antibiotici inibitori della sintesi proteica, farmaci a RNA), applicando tali conoscenze all'interpretazione di casi clinici e di tecniche diagnostiche/terapeutiche molecolari.

Autonomia di giudizio: lo studente sviluppa la capacità di valutare criticamente dati sperimentali di base di biologia molecolare (es. curve di denaturazione, risultati di test genetici) e di riconoscere la rilevanza clinica di un'alterazione molecolare, integrando in modo autonomo le informazioni acquisite.

Abilità comunicative: lo studente acquisisce un lessico scientifico appropriato che gli consente di esporre in modo chiaro e rigoroso i meccanismi di biologia molecolare, sia in ambito accademico sia, in prospettiva, nella comunicazione con pazienti e altri professionisti sanitari.

Capacità di apprendere: lo studente sviluppa gli strumenti concettuali e metodologici per l'aggiornamento autonomo e continuo delle proprie conoscenze in un campo, quello della biologia molecolare, in rapida e costante evoluzione, propedeutico allo studio delle discipline biomediche successive.

Non esiste alcuna propedeuticità sebbene è necessario aver acquisito conoscenze di base di chimica generale.

L'insegnamento è organizzato in lezioni frontali con supporto informatico (Power Point) e cartaceo (documenti, lavori scientifici in pdf).

L’esame di verifica si svolgerà mediante prova orale. Le domande riguarderanno gli argomenti inseriti nel programma, spaziando dai meccanismi di biologia cellulare e molecolare alla riproduzione ed ereditarietà dei caratteri. Il voto si esprimerà in trentesimi, da un minimo di 18 ad un massimo di 30. La lode premierà gli studenti particolarmente brillanti nella esposizione e nella capacità di discutere gli argomenti trattati

Si consiglia di contattare il docente per chiarimenti o dubbi relativi agli argomenti trattati. È possibile richiedere un appuntamento inviando una email. I contatti del docente sono disponibili sulla pagina del dipartimento di afferenza
Le slides utilizzante a lezione saranno caricate sulla piattaforma Microsoft Teams nella sezione relativa con la dicitura "File".
L’attività di tutoraggio è disponibile su richiesta.

Modulo 1 – Struttura e Topologia degli Acidi Nucleici
• Basi azotate, nucleosidi, nucleotidi (tautomeria, legame N-glicosidico, nucleotidi ad alta energia e secondi messaggeri)
• Scheletro fosfodiestereo, polarità 5'→3', differenze di stabilità DNA/RNA
• B-DNA: geometria, solchi maggiore/minore, forze stabilizzanti; polimorfismo (A-DNA, Z-DNA)
• Denaturazione/rinaturazione: effetto ipercromico, Tm
• Topoisomerasi I e II e relativi inibitori farmacologici (chinoloni, camptotecine, etoposide, antracicline)
• RNA: caratteristiche strutturali, ribozimi, principali classi funzionali (mRNA, rRNA, tRNA, miRNA, lncRNA, ecc.)
Modulo 2 – Mantenimento e Stabilità del Genoma
• Organizzazione del genoma umano, sequenze ripetute
• Nucleosoma, livelli di compattamento della cromatina, eterocromatina/eucromatina
• Modifiche epigenetiche degli istoni
• Replicazione del DNA: modello semiconservativo, origini, elicasi, primasi, DNA polimerasi eucariotiche, PCNA/RFC, frammenti di Okazaki, proofreading
• Telomeri e telomerasi: invecchiamento cellulare e cancro
• Mutazioni (puntiformi, danni esogeni/endogeni) e sistemi di riparo: BER, NER, MMR, NHEJ e HR
Modulo 3 – Trascrizione e Traduzione
• RNA polimerasi procariotica ed eucariotiche (Pol I, II, III)
• Promotori Pol II, fattori generali di trascrizione, formazione PIC, fosforilazione CTD
• Terminazione trascrizionale (procariotica ed eucariotica)
• Maturazione dell'mRNA: capping, poliadenilazione, splicing (spliceosoma, splicing alternativo, patologie correlate)
• Codice genetico; tRNA e amminoacil-tRNA sintetasi; struttura del ribosoma
• Fasi della traduzione: inizio, allungamento, terminazione. Antibiotici inibitori della sintesi proteica
Modulo 4 – Regolazione dell'Espressione Genica ed Epigenetica
• Operoni procariotici: lac (controllo negativo/positivo) e trp (attenuazione)
• Regolazione eucariotica: enhancer/silencer/insulator, fattori di trascrizione (zinc finger, leucine zipper, HTH, bHLH), complesso Mediatore
• Metilazione del DNA
• Regolazione post-trascrizionale
• miRNA e siRNA: biogenesi, RISC/Argonaute, meccanismo d'azione, ruolo in oncologia
• Applicazioni terapeutiche: siRNA

Italian

The concepts related to the flow of genetic information, previously introduced during the first-year Biology and Genetics course, will be revisited here, explored in greater depth from a molecular and structural perspective, and extended to their pathogenetic and pharmacological implications.

1: STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDS (in depth analysis)
The chemical structure of nucleic acids. The physical structure of DNA. The DNA topology. The structure of RNA.

2: MAINTENANCE OF GENOMA
The structure of the genome, the chromatin and the nucleosome. DNA replication. Mutations and DNA repair mechanisms.

3: THE EXPRESSION OF GENOME
RNA transcription. RNA processing. Translation

4: THE ADJUSTMENT OF THE INFORMATION FLOW
The regulation of transcription in prokaryotes. Regulation of transcription in eukaryotes.

Genomi 4, T.A. Brown Edises
Biologia e Genetica, De Leo et al. Edises
Biologia Molecolare Amaldi et al. Zanichelli

By the end of the course, students will have achieved the following expected learning outcomes, articulated according to the Dublin Descriptors.

Knowledge and understanding: the student knows the chemical-physical structure and topology of nucleic acids, the organization of chromatin, the molecular mechanisms of DNA replication, mutation and repair, transcription, RNA processing and translation, and the main mechanisms regulating gene expression in prokaryotes and eukaryotes.

Applying knowledge and understanding: the student is able to connect the molecular mechanisms studied to their pathogenetic implications (e.g., DNA repair defects, splicing alterations, epigenetic diseases) and pharmacological implications (e.g., topoisomerase inhibitors, protein synthesis inhibitor antibiotics, RNA-based drugs), applying this knowledge to the interpretation of clinical cases and molecular diagnostic/therapeutic techniques.

Making judgements: the student develops the ability to critically evaluate basic experimental data in molecular biology (e.g., denaturation curves, genetic test results) and to recognize the clinical relevance of a molecular alteration, autonomously integrating the acquired information.

Communication skills: the student acquires appropriate scientific vocabulary enabling them to clearly and rigorously explain molecular biology mechanisms, both in academic settings and, prospectively, in communication with patients and other healthcare professionals.

Learning skills: the student develops the conceptual and methodological tools needed for the autonomous and continuous updating of their knowledge in the field of molecular biology, a rapidly and constantly evolving discipline that is foundational for subsequent biomedical courses.

There are no prerequisites for this course; however, it is necessary to have acquired basic knowledge of general chemistry.

The course is organized in lectures with computer support (Power Point) and paper (documents, scientific works in pdf).

The assessment will take place through an oral exam. The questions will cover topics included in the program, ranging from cellular and molecular biology mechanisms to reproduction and the inheritance of traits. The grade will be expressed out of thirty, with a minimum of 18 and a maximum of 30. Honors will be awarded to students who are particularly outstanding in their presentation and ability to discuss the topics covered

It is recommended to contact the professor for any clarifications or questions regarding the topics covered. An appointment can be requested by sending an email. The professor's contact information is available on the department's webpage.
The slides used during the lectures will be uploaded to the Microsoft Teams platform in the "Files" section.
Tutoring is available upon request.

Module 1 – Structure and Topology of Nucleic Acids
• Nitrogenous bases, nucleosides, nucleotides (tautomerism, N-glycosidic bond, high-energy nucleotides and second messengers)
• Phosphodiester backbone, 5'→3' polarity, stability differences between DNA and RNA
• B-DNA: geometry, major/minor grooves, stabilizing forces; structural polymorphism (A-DNA, Z-DNA)
• Denaturation/renaturation: hyperchromic effect, Tm
• Topoisomerases I and II and their pharmacological inhibitors (quinolones, camptothecins, etoposide, anthracyclines)
• RNA: structural features, ribozymes, main functional classes (mRNA, rRNA, tRNA, miRNA, lncRNA, etc.)

Module 2 – Genome Maintenance and Genomic Stability
• Organization of the human genome, repetitive sequences
• Nucleosome, levels of chromatin compaction, heterochromatin/euchromatin
• Epigenetic histone modifications
• DNA replication: semiconservative model, origins, helicases, primase, eukaryotic DNA polymerases, PCNA/RFC, Okazaki fragments, proofreading
• Telomeres and telomerase: cellular aging and cancer
• Mutations (point mutations, exogenous/endogenous damage) and repair systems: BER, NER, MMR, NHEJ and HR

Module 3 – Transcription and Translation
• Prokaryotic and eukaryotic RNA polymerases (Pol I, II, III)
• Pol II promoters, general transcription factors, PIC formation, CTD phosphorylation
• Transcriptional termination (prokaryotic and eukaryotic)
• mRNA maturation: capping, polyadenylation, splicing (spliceosome, alternative splicing, related pathologies)
• Genetic code; tRNA and aminoacyl-tRNA synthetases; ribosome structure
• Phases of translation: initiation, elongation, termination. Protein synthesis inhibitor antibiotics

Module 4 – Regulation of Gene Expression and Epigenetics
• Prokaryotic operons: lac (negative/positive control) and trp (attenuation)
• Eukaryotic regulation: enhancers/silencers/insulators, transcription factors (zinc finger, leucine zipper, HTH, bHLH), Mediator complex
• DNA methylation
• Post-transcriptional regulation
• miRNA and siRNA: biogenesis, RISC/Argonaute, mechanism of action, role in oncology
• Therapeutic applications: siRNA