Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento si propone di approfondire argomenti e problematiche relative ai sistemi biochimici integrati in cellule di eucarioti. Vengono trattati i principali meccanismi riguardanti le vie di trasduzione del segnale e la regolazione della crescita e del ciclo cellulare. Gli argomenti sono approfonditi anche mediante letteratura originale (articoli scientifici e “reviews”) segnalata e discussa durante l’insegnamento.
1. Conoscenza e capacità di comprensione - al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito conoscenze riguardo ai meccanismi di regolazione delle vie di trasduzione del segnale e del ciclo cellulare, processi essenziali per la crescita delle cellule di eucarioti.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per comprendere la regolazione della crescita cellulare dei sistemi eucarioti.
3. Autonomia di giudizio - al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di comprendere i diversi processi cellulari descritti ed identificare i punti centrali di regolazione e le conseguenze di un loro malfunzionamento.
4. Abilità comunicative - alla fine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito una terminologia scientifica adeguata e saprà esporre con proprietà di linguaggio gli argomenti trattati nell’insegnamento.
5. Capacità di apprendimento - alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere e valutare criticamente la letteratura scientifica riguardante la biochimica cellulare.
Contenuti sintetici
Il controllo del ciclo cellulare in sistemi eucarioti
Le fasi del ciclo cellulare ed i principali meccanismi di controllo nel lievito modello Saccharomyces cerevisiae e in sistemi eucarioti multicellulari. Il controllo trascrizionale di fase G1 mediante lo studio dei fattori trascrizionali SBF/MBF in lievito, “pocket proteins” e E2F in eucarioti multicellulari. I complessi chinasici ciclina-dipendenti, gli inibitori, i meccanismi di degradazione delle proteine mediati dal pathway dell’ubiquitina (i complessi SCF: Skp1–Cullin–F-box protein e APC: Anaphase Promoting Complex); la regolazione della mitosi.
I meccanismi di trasduzione del segnale in sistemi eucarioti
L’attivazione della cascata delle MAPK (Mitogen-activated protein kinase) chinasi e i pathway di trasduzione del segnale di PKA e Snf3-Rtg2. La famiglia delle proteine chinasi Snf1/AMPK; l’effetto Warburg; il pathway di TOR (Target Of Rapamycin), la sua regolazione e confronto fra S. cerevisiae ed eucarioti pluricellulari; l’autofagia e la sua regolazione.
Programma esteso
Introduzione del corso.
Il ciclo cellulare in sistemi eucarioti
ll ciclo cellulare del microorganismo modello unicellulare Saccharomyces cerevisiae: la regolazione delle fasi del ciclo, i complessi ciclina-Cdk; i fattori trascrizionali SBF (SCB Binding Factor) e MBF (SCB Binding Factor); la ciclina Cln3 e la sua regolazione trascrizionale; il ruolo del repressore Whi5 nella regolazione trascrizionale di G1.
Sic1 e Far1: gli inibitori dei complessi ciclina-Cdk nella regolazione della transizione G1/S; la degradazione ubiquitina-dipendente delle proteine e i complessi SCF (Skp1–Cullin–F-box protein) nella transizione G1/S.
La regolazione della transizione G1/S in sistemi eucarioti pluricellulari; i complessi ciclina/Cdk; “restriction point”, retinoblastoma, “pocket proteins” e i fattori trascrizionali E2F nella transizione G1/S; gli inibitori dei complessi ciclina/Cdk appartenenti alle famiglie INK e CIP.
La regolazione della mitosi e APC (Anaphase Promoting Complex) nei sistemi eucarioti; il ruolo della fosfatasi Cdc14 nella regolazione della mitosi.
La trasduzione del segnale in sistemi eucarioti
L’attivazione della cascata delle MAP (Mitogen-activated protein kinase) chinasi; il sensing del glucosio ed il complesso Gpr1/GPa2; il pathway della PKA ed il pathway di trasduzione mediato da Snf3-Rtg2.
La famiglia delle proteine chinasi Snf1/AMPK; Snf1 in lievito e AMPK in eucarioti pluricellulari: attivazione, funzione e loro substrati nella regolazione del metabolismo cellulare.
L’effetto Warburg; il pathway di TOR (Target Of Rapamycin), la sua regolazione in lievito e in eucarioti multicellulari; l’attivazione dell’autofagia e la sua regolazione.
Prerequisiti
Sono necessarie conoscenze di base di biochimica e di metodologie biochimiche e biomolecolari.
Propedeuticità specifiche: Biochimica.
Propedeuticità generali: Lo studente può sostenere gli esami del terzo anno dopo aver superato tutti gli esami del primo anno di corso.
Modalità didattica
Lezioni frontali in aula con il supporto di presentazioni powerpoint sugli argomenti svolti.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Materiale didattico
Il materiale presentato durante le lezioni (slide e articoli scientifici discussi in classe) è disponibile alla pagina e-learning dell'insegnamento.
Libri di testo suggeriti:
- Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD “Molecular biology of the cell” Garland Publishing, Inc.
- Voet D, Voet JD, Pratt CW “Fondamenti di biochimica” Zanichelli
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale. La prova ha una durata di circa 30 minuti con 3-4 domande, con le quali sono valutate sia le conoscenze dei contenuti dell’insegnamento sia la capacità dello studente di collegare le diverse tematiche trattate.
Orario di ricevimento
Ricevimento: su appuntamento, previa e-mail al docente.
Aims
The course aims to deepen topics and issues related to biochemical systems integrated into eukaryotic cells. The course will investigate the main mechanisms concerning signal transduction pathways, the regulation of cell growth, proliferation and cell cycle. The topics will be analyzed in-depth through original literature (scientific articles and reviews) that will be reported and discussed during the course.
1. Knowledge and understanding - the course will provide students with a knowledge of signal transduction, cell cycle and proliferation.
2. Applying knowledge and understanding - students will be able to apply the knowledge acquired to the understanding of the main processes concerning growth and proliferation.
3. Making judgements – at the end of the course, students will be able to understand the different cell processes described in the course and evaluate the consequences of their malfunctioning.
4. Communication skills – at the end of the course, students will acquire an adequate scientific language and the ability to describe orally the topics discussed in the course.
5. Learning skills - this course will provide students with the ability to understand and critically evaluate the experimental methods described in the scientific literature on the topic of cellular biochemistry.
Contents
Cell cycle regulation in eukaryotic systems
The regulation of cell cycle transitions in the unicellular eukaryotic model system Saccharomyces cerevisiae and in mammalian cells. The regulation of transcription of G1 phase and the control of G1/S transition, SBF/MBF in yeast, pocket proteins and E2F in multicellular organism; the key components of the cell cycle, the cyclin-dependent kinase complexes and inhibitors, the degradation mechanisms of proteins mediated by the ubiquitin pathway (SCF and APC complexes; SCF:Skp1–Cullin–F-box protein; APC: Anaphase Promoting Complex); the control of mitosis.
Signal transduction of eukaryotic systems
The MAPK family (Mitogen-activated protein kinase) as mediators of responses to extracellular signals; the signal transduction pathway of PKA and Snf3-Rtg2; the protein kinase Snf1/AMPK kinase and the Warburg effect; Target Of Rapamycin (TOR) signaling, its regulation and comparison between unicellular and multicellular eukaryotic systems; autophagy and its regulation.
Detailed program
Introduction of the course.
Cell-cycle regulation in eukaryotic systems
The regulation of the cell cycle progression in the unicellular eukaryotic model Saccharomyces cerevisiae, the cyclin-Cdk complexes; the transcription factors SBF (SCB Binding Factor) and MBF (SCB Binding Factor); the cyclin Cln3 and its transcriptional regulation; the role of the repressor Whi5 in the transcriptional regulation of G1.
Sic1 and Far1: inhibitors of cyclin-Cdk complexes in the regulation of the G1/S transition; the “ubiquitin-dependent” degradation of proteins and SCF complexes (Skp1–Cullin–F-box protein) in the G1/S transition.
The regulation of the G1/S transition in multicellular eukaryotic systems; the cyclin/Cdk complexes; restriction point, retinoblastoma, pocket proteins and E2F transcription factors in the G1/S transition; the inhibitors of the cyclin/Cdk complexes belonging to the INK and CIP families.
The regulation of mitosis and APC (Anaphase Promoting Complex) in eukaryotic systems; the role of Cdc14 phosphatase in mitosis regulation.
Signal transduction in eukaryotic systems
The activation of the MAP (Mitogen-activated protein kinase) kinase cascade; the glucose sensing and the Gpr1/GPa2 complex; the PKA pathway and the Snf3- Rtg2-mediated transduction pathway.
The Snf1/AMPK protein kinase family: Snf1 in yeast and AMPK in multicellular eukaryotes: activation, function and targets in the regulation of cellular metabolism.
The Warburg effect; Target Of Rapamycin (TOR) signaling in yeast and in multicellular eukaryotes and regulation; the regulation of autophagy.
Prerequisites
Background: Basic knowledge of biochemistry and methodologies of biochemistry and molecular technologies.
Specific prerequisites: Biochemistry.
General prerequisites: Students can take the exams of the third year after passing all the exams of the first year of the course.
Teaching form
Classroom lessons supported by PowerPoint presentations.
Teaching language: italian.
Textbook and teaching resource
Learning material (slides of the lessons, scientific articles) is available at the e-learning web page of the course.
Recommended textbooks:
- Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD “Molecular biology of the cell” Garland Publishing, Inc.
- Voet D, Voet JD, Pratt CW “Fondamenti di biochimica” Zanichelli
Semester
First semester
Assessment method
Oral examination. Each exam takes 30 minutes, with 3-4 questions aimed to assess the overall knowledge of course content and student's ability to link different topics.
Office hours
Contact: on demand, upon request by mail to lecturer.
Staff
-
Paola Coccetti
-
Marco Ercole Vanoni