- Cellular Pathophysiology
- Summary
Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento è destinato a fornire modelli interpretativi utili all'individuazione di potenziali "meccanismi bersaglio", utilizzabili nello sviluppo di approcci diagnostici e terapeutici alla patologia. Questo insegnamento si integra idealmente con quelli di “Malattie del metabolismo” (approccio biochimico) e “Regolazione genica e malattie” (approccio genetico) in un percorso formativo destinato alla comprensione dei meccanismi di malattia e di terapia dal punto di vista del biologo.
Contenuti sintetici
L’insegnamento affronterà alcun temi di fisiopatologia cellulare di rilevanza generale e con riferimento a varie funzioni organiche. Si parlerà sia di anomalie su base genetica (canalopatie etc.) che acquisite (risposta cellulare a stress). Per rendere l’insegnamento comprensibile anche a studenti provenienti da corsi di studio diversi dalle Scienze Biologiche, la trattazione della fisiopatologia sarà preceduta da un riassunto degli aspetti fisiologici di rilevanza per l’argomento.
Programma esteso
Programma esteso
Il programma è principalmente organizzato attorno alla funzione di proteine con specifiche funzioni (canali ionici, trasportatori, etc.), il cui ruolo in diversi sistemi organici verrà illustrato con esempi di patologie legate a loro anomalie (tra parentesi nel programma).
Il programma qui elencato è piuttosto ambizioso per il tempo a disposizione (21 lezioni). Tuttavia, ciascun argomento rappresenta un modulo a se stante; sarà quindi possibile decidere durante l’insegnamento quanti e quali argomenti trattare, a seconda del livello delle conoscenze di base degli studenti e del loro interesse ad approfondirne qualcuno in particolare. Nuovi argomenti vengono messi a disposizione quasi ogni anno.
**Elementi di relazione struttura-funzione nei canali ionici e trasportatori di membrana
**Generalità sui meccanismi di trasporto transepiteliale
Canali del Na+ epiteliali (ENaC)
Struttura , funzione e regolazione fisiologica della proteina
Ruolo di ENaC in epiteli tubulare renale e alveolare
Mutazioni di ENaC e sindromi correlate (pseudo-ipo e iper-aldosteronismi): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Canali del Cl- epiteliali (CFTR, ClC, CaCC)
Struttura, funzione e regolazione fisiologica della proteina
Ruolo dei canali del Cl- nel trasporto transepiteliale polmonare e ghiandolare
Mutazioni di CFTR sindromi correlate (fibrosi cistica): epidemiologia, fenotipo nei vari apparati, meccanismo, terapia
**
Elementi di elettrofisiologia cardiaca e meccansmi di aritmogenesi
Canali del Na+ V-dipendenti (NaV)
Struttura, funzione e regolazione fisiologica della proteina
Ruolo dei canali NaV1.5 nell’eccitabilità cardiaca
Mutazioni di NaV1.5 con gain of function e sindrome correlata (LQT3): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Mutazioni di NaV1.5 con loss of function e sindrome correlata (Brugada Syndrome): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Canali del K+ V-dipendenti e inward rectifier
Struttura, funzione e regolazione fisiologica delle proteine Kv, KCNQ, Eag, Kir
Ruolo dei canali inward e delayed rectifiers nell’elettrofisiologia cardiaca e negli epiteli di trasporto
Mutazioni di KCNQ1 con loss of function e sindrome correlata (LQT1): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Mutazioni di Herg con loss of function e sindrome correlata (LQT2): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Mutazioni di Herg con gain of function e sindrome correlata (SQT): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Mutazioni di Kir2.1 con loss of function e sindromi correlata (Andersen-Tawil S): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Mutazioni di ROMK1 con loss of function e sindrome correlata (S di Bartter): epidemiologia, fenotipo, meccanismo, terapia
Ca2+ binding proteins and Ca2+ -dependent signaling
Calmoduline (CaM): trascrizione, struttura e funzione
CaMs nella regolazione di canali (CaV1.2, RyRs, KCNQ1)
Principali segnali CaM -regolati: CaMK, CaN, NOS
Calmodulinopatie con fenotipo LQTS: caratteristiche, meccanismo
Calmodulinopatie con fenotipo CPVT: caratteristiche, meccanismo
Oxygen-sensing, ipossia e ischemia
Cellular mechanisms of oxygen sensing, oxygen-sensing organs
Hypoxia signalling
Metabolic adaptation to hypoxia
Mechanisms of cell damage in hypoxia: ROS, Ca2+ overload, mito damage
Ischemia vs hypoxia: electrical and mechanical correlates of myocardial ischemia
Post-ischemic reperfusion – mechanism of reperfusion damage
Pre- and post-conditioning in chronic ischemia
Invecchiamento Cellulare
Features and significance of the cellular aging process
Replicative vs stress-induced senescence: comparison of causes and mechanisms
Senescence signalling (the SASP secretosome)
Metabolic switches in senescence
Aging consequences on the cardiovascular system
Lamin mutations: The Hutchinson-Gilford Progeria syndrome
Prerequisiti
La comprensione dell’ insegnamento è facilitata dalla familiarità con i contenuti dei corsi di Fisiologia Generale e Umana della Laurea Triennale in Scienze Biologiche. A seconda della familirità degli studenti con detti contenuti, il docente deciderà in che misura riassumerli nella misura necessari alla comprensione della fisiopatologia; questo ovviamente influenzerà il numero degli argomenti che potranno essere trattati nel tempo a disposizione.
L'assenza di un unico testo di riferimento e la modalità interattiva delle lezioni rende particolarmente utile la frequenza.
Modalità didattica
Lezioni frontali, discussione interattiva. Considerata la modalità didattica, la partecipazione in presenza è caldamente consigliata.
Materiale didattico
Come testo di riferimento per i concetti di fisiologia cellulare e dei sistemi, propedeutici ai contenuti del insegnamento, si consiglia "Fisiologia. D’Angelo e Peres, Edi-Ermes 2011 (ISBN 978-88-7051-378-3). Per un testo specifico di Fisiologia Cellulare, consiglio: Cell Physiology Sourcebook, N. Sperelakis ed., 4th edition , Academic Press. Il livello avanzato del insegnamento richiede comunque l'integrazione con materiale bibliografico (generalmente in lingua inglese) che verrà reso disponibile sulla piattaforma e-learning. Sulla stessa piattaforma saranno messe a disposizione le diapositive dell’ insegnamento
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Il profitto verrà valutato mediante prova orale, di natura colloquiale. Verrà valutata la conoscenza dei meccanismi di base e la capacità di applicarla all’interpretazione delle condizioni specifiche. E’ richiesta conoscenza dei pricipi di base di fisica e fisiologia generale. Verrà anche valutata la capacità espositiva, con attenzione alla terminologia specifica della disciplina.
Orario di ricevimento
Scrivere a antonio.zaza@unimib.it per appuntamento
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to provide an interpretative framework useful to the identification of molecular targets in the diagnosis and therapy of disease. This course is ideally complementary to those on “Diseases of metabolism ” (biochemical approach) and “Gene regulation and disease” (genetic approach) in learning about disease mechanisms and therapeutic approaches.
Contents
The course will focus on themes of cellular pathophysiology with reference to different organic functions . It will deal with both gene-based abnormalities (channellopathies, signalling abnormalities.) and acquired ones (cell response to stress). To render the course suitable also for students coming from graduation courses other than Biological Sciences, the address to pathophysiology will be preceded by a succinct review of the physiological mechanisms involved..
Detailed program
The program is organized around the function of proteins with specific functions (ion channels, trasporters, etc.). The role of these proteins in different organic systems will be illustrated through examples of disease conditions (in parentesis) mechanistically linked to their abnormality. Considering the course duration (21 lessons), the program below is rather ambitious. However, every topic in the list is an independent module; therefore, it will be possible to decide during the course how many and which topics to address, depending on the students’ background knowledge and interest (new topics are introduced almost every year)
**Overview on mechanisms of transepitelial transport **
Epithelial Na+channels (ENaC)
Protein structure, function and regulation
ENaC in tubular and alveolar transport
ENaC mutations and related syndromes (pseudo-ipo & iper-aldosteronisms): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Epithelial Cl-channels (CFTR, ClC, CaCC)
Protein structure, function and regulation
Cl- channels in transepitelial transport in lung, guts and glands
CFTR mutations and related syndromes (cystic fibrosis): epidemiology, multi-organ phenotype, pathogenesis , therapy
**Overview on cardiac electrophysiology and arrhythmogenic mechanisms **
V-gated Na+ channels (NaV)
Protein structure, function and regulation
NaV1.5 in cardiac excitation
Gain of function NaV1.5 mutation and the related syndrome (LQT3): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Loss of function NaV1.5 mutations and related syndromes (Brugada Syndrome): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
V-gated and inward rectifier K+ channels
Structure, function and regulation of Kv, KCNQ, Eag, Kir proteins
Inward e delayed rectifier channels in cardiac electrophysiology and epithelial transport
Loss of function KCNQ1 mutations and the related syndrome (LQT1): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Loss of function Herg mutations and the related syndrome (LQT2): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy Gain of function Herg mutations and the related syndrome (SQT): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Loss of function Kir2.1mutations and related syndrome (Andersen-Tawil S): ): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Loss of function ROMK1 mutations and related syndrome (S di Bartter): ): epidemiology, phenotype, mechanism, therapy
Ca2+ binding proteins and Ca2+ -dependent signaling
Calmodulins (CaM): coding, structure and function
CaMs in channel regulation (CaV1.2, RyRs, KCNQ1)
Main CaM – triggered signaling pathways: CaMK, CaN, NOS
Calmodulinopathies with LQTS phenotype:
Calmodulinopathies with CPVT phenotype
Oxygen-sensing, hypoxia and ischemia
Cellular mechanisms of oxygen sensing, oxygen-sensing organs
Hypoxia signalling
Metabolic adaptation to hypoxia
Mechanisms of cell damage in hypoxia: ROS, Ca2+ overload, mito damage
Ischemia vs hypoxia: electrical and mechanical correlates of myocardial ischemia
Post-ischemic reperfusion – mechanism of reperfusion damage
Pre- and post-conditioning in chronic ischemia
Cellular aging
Features and significance of the cellular aging process
Replicative vs stress-induced senescence: comparison of causes and mechanisms
Senescence signalling (the SASP secretosome)
Metabolic switches in senescence
Aging consequences on the cardiovascular system
Lamin mutations: The Hutchinson-Gilford Progeria syndrome
Prerequisites
Acquaintance with the contents of the courses of General and Systems Physiology (graduation course in Biological Sciences) is recommended. Depending on students’ background, the teacher will decide the extent to which physiology principles shall be summarized before addressing pathophysiology; this will obviously impact on the number of topics that will be covered in the time available. Considering the impossibility to provide a single reference textbook for the course content, attendance is recommended.
Teaching form
Frontal teaching with interactive discussion. Considering the nature of the course, attendance in person is highly advised
Textbook and teaching resource
A cell Physiology textbook (e.g. Cell Physiology Sourcebook, N. Sperelakis ed., 4th edition, Academic Press) may serve as a reference for basic concepts, but it will not cover many of the specific topics presented in the course. Specific reading material, mostly in the form of review articles, will be made available during the course. Course slides will also be uploaded on the e-learning platform.
Considering the unavailability of a comprehensive textbook and the interactive teaching modality, attendance to the course is highly recommended
Semester
Second semester
Assessment method
Students will be evaluated by an oral exam. The exam, of colloquial nature, will focus on knowledge of basic mechanisms and on student’s ability to apply it to the interpretation of specific conditions. Lack of acquaintance with basic principles of physics and general physiology will not be considered acceptable. Communication skills (including appropriate terminology of the discipline) will also be part of the evaluation.
Office hours
Please send email to antonio.zaza@unimib.it for appointment
Sustainable Development Goals
Key information
Staff
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Antonio Zaza