Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze avanzate di genetica molecolare relative ai meccanismi molecolari alla base del mantenimento della stabilità del genoma con particolare riferimento all’identificazioni di potenziali bersagli terapeutici e/o strumenti diagnostici nel campo della salute umana. Inoltre, verranno fornite conoscenze sulla produzione di varianti mutanti e sullo studio di interazioni gene-gene e gene-farmaco, discutendo potenziali applicazioni biotecnologiche nel campo industriale, della terapia farmacologica e della diagnostica.
Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente conoscerà i meccanismi che mantengono la stabilità del genoma, saprà produrre varianti mutanti e studiare interazioni gene-gene e gene-farmaco per applicazioni biotecnologiche nel campo industriale, della terapia farmacologica e della diagnostica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite sia nell'ambito della ricerca di base che in quella applicata.
Autonomia di giudizio. Lo studente sarà in grado di elaborare quanto appreso per applicarlo a problematiche biologiche e a valutarne le interconnessioni con altre materie avanzate.
Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche.
Capacità di apprendimento. Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite a problematiche differenti da quelli presentati durante il corso.
Contenuti sintetici
L'insegnamento svilupperà i seguenti argomenti:
- Meccanismi molecolari che assicurano il mantenimento della stabilità genetica: riparazione del DNA, ricombinazione omologa, tolleranza al danno al DNA e checkpoint da danno al DNA. Malattie genetiche derivanti dal loro malfunzionamento. Identificazione di bersagli molecolari e strumenti diagnostici per la salute umana.
- Meccanismi molecolari che regolano la stabilità dei telomeri e conseguenze derivanti dal loro malfuzionamento.
- Screening genetici per identificare varianti mutanti ed interazioni genetiche (positive, negative, di dosaggio genico) per costruire network di interazione per la ricerca sia di base che applicata. Screening genetici su larga scala per interazioni gene-gene e gene-farmaco per identificare nuovi composti e profili genetici per terapie farmacologiche personalizzate.
Programma esteso
1. Danni al DNA e meccanismi di insorgenza delle mutazioni.
2. Meccanismi di riparazione dei danni al DNA (fotoriattivazione, BER, NER, MMR, ricombinazione omologa e NHEJ) e malattie genetiche associate al loro malfunzionamento (es. HNPCC, XP, CS, TTD, sindrome di Bloom e Werner). Identificazioni di potenziali bersagli molecolari e/o strumenti diagnostici nel campo della salute umana con particolare riferimento alle terapie antitumorali.
3. Meccanismi di tolleranza delle lesioni al DNA: sintesi del DNA translesione e ricombinazione omologa.
4. Checkpoint da danni al DNA e malattie genetiche derivate dal loro malfunzionamento (es. AT, ATLD).
5. Controlli genetici della stabilità dei telomeri e conseguenze genetiche delle loro alterazioni. Telomerasi e proteine del complesso "shelterin" come possibili bersagli molecolari nelle terapie antitumorali.
6. Screening genetici dopo mutagenesi spontanea o indotta per l’identificazione di mutanti. Tecniche di mappatura delle mutazioni e clonaggio dei geni. Mutagenesi casuale e sito specifica. Esempi di applicazione a scopi biotecnologici su organismi microbici.
7. Screening genetici per individuare interazioni positive (soppressori extragenici, soppressori ad alto dosaggio) e negative (letalità sintetica) tra geni. Analisi genetica del significato funzionale di tali interazioni e costruzione di networks di interazione. Esempi di applicazione a scopi biotecnologici.
8. Screening genomici su larga scala per individuare interazioni gene-gene (GGSL) e gene-farmaco (GCSL) allo scopo di identificare nuovi farmaci, effetti sinergici tra farmaci e profili genetici che causano sensibilità o resistenza all’azione di un farmaco. Potenziali applicazioni biotecnologiche nel campo della diagnostica e della terapia farmacologica (es. chemioterapia).
Prerequisiti
Prerequisiti: sono necessari i concetti di base della Genetica, Biologia Molecolare e Biochimica.
Propedeuticità: nessuna
Modalità didattica
28 lezioni frontali da 2 ore costituite da:
- una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE), focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti del programma. Ogni argomento è presentato sotto forma sperimentale, cercando di rispondere al perchè della sperimentazione, al come è stata condotta, a quali risultati ha portato e quale è il significato dei risultati.
- una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI) che prevede dimostrazioni aggiuntive di applicazioni pratiche dei contenuti della parte erogativa.
Tutte le attività sono svolte in presenza.
L'insegnamento verrà tenuto in lingua italiana.
Materiale didattico
Sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento sono reperibili i file contenenti le immagini mostrate durante le lezioni e le videoregistrazioni delle lezioni.
Testi consigliati.
Siede W., Kow Y.W., Doetsch, "DNA damage recognition", Taylor and Francis
Watson J.D., “Biologia molecolare del gene”, Zanichelli,
Lewin B., “Il gene VIII”, Zanichelli
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova orale: domande aperte volte a verificare le conoscenze apprese.
Non sono previste prove in itinere.
Orario di ricevimento
Ricevimento su appuntamento richiesto per email al docente.
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to provide students advanced knowledge of molecular genetics related to the molecular mechanisms underlying the maintenance of genome stability with particular reference to the identification of potential therapeutic targets and/or diagnostic tools in the field of human health. In addition, knowledge will be provided on the production of mutant variants and on the study of gene-gene and gene-drug interactions, discussing potential biotechnological applications in the industrial field, drug therapy and diagnostics.
Knowledge and understanding. At the end of the course the student will know the mechanisms that maintain the stability of the genome, will be able to produce mutant variants and study gene-gene and drug-gene interactions for biotechnological applications in the industrial field, drug therapy and diagnostics.
Applying knowledge and understanding. At the end of the course the student will be able to apply the knowledge acquired both in the field of basic and applied research.
Making judgment. The student will be able to elaborate what he has learned to apply it to biological problems in which the molecular genetic methods learned can be used.
Communication skills. At the end of the course the student will be able to express himself appropriately in the description of the topics addressed with scientific language properties.
Learning skills. At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge to problems different from those presented during the course.
Contents
The course will focus on the following topics:
- Molecular mechanisms for maintaining genetic stability: DNA repair, homologous recombination, DNA damage tolerance and DNA damage checkpoints. Genetic diseases resulting from their malfunctions. Identification of molecular targets and diagnostic tools for human health.
- Molecular mechanisms regulating telomere stability and consequences derived from their malfunction.
- Genetics screens to identify mutant variants and genetic interactions (positive, negative, gene dosage) to construct interaction networks for basic and applied research. High-throughput screens for gene-gene and gene-drug interactions to identify new drugs and genetic profiles for personalized drug therapy.
Detailed program
1. DNA damage and mechanisms of onset of mutations.
2. Mechanisms for DNA damage repair (photoreactivation, BER, NER, MMR, homologous recombination and NHEJ) and genetic diseases associated with their malfunction (eg HNPCC, XP, CS, TTD, Bloom and Werner syndromes). Identifications of potential molecular targets and/or of diagnostic tools for human health with particular interest to anticancer therapies.
3. Mechanisms of DNA damage tolerance: translesion DNA synthesis and homologous recombination.
4. DNA damage checkpoints and genetic diseases resulting from their malfunction (eg AT, ATLD).
5. Genetic controls of telomere stability and consequences of their alterations. Telomerase and proteins of the shelterin complex as possible molecular targets in anti-tumor therapies.
6. Genetic screens after spontaneous or induced mutagenesis for the identification of mutants. Mutation mapping and gene cloning techniques. Random and site-specific mutagenesis. Examples of application for biotechnological purposes on microbial organisms.
7. Genetic screens to identify positive (extragenic suppressors, high dose suppressors) and negative (synthetic lethality) interactions between genes. Genetic analysis of the functional meaning of these interactions and construction of interaction networks. Examples of application for biotechnological purposes.
8. High-throughput screens to identify gene-gene (GGSL) and gene-drug interactions (GCSL) in order to identify new drugs, synergistic effects between drugs and genetic profiles that cause sensitivity or resistance to the action of a drug. Potential biotechnological applications in the field of diagnostics and drug therapy (eg chemotherapy).
Prerequisites
Background. Basic knowledge of Genetics, Molecular Biology and Biochemistry.
Prerequisites. None
Teaching form
32 x 2 hours-lectures composed by:
- a section of delivered didactics (Didattica erogativa, DE) focused on the presentation-illustration of contents by the lecturer; each topic is presented in an experimental form, trying to answer the reasons for the experimentation, the way it was carried out, the results achieved and the significance of the results.
- a section of interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) including teaching interventions supplementary to delivered didactic activities.
Didactic activities are conveyed by means of face-to-face lectures.
Teaching language: italian.
Textbook and teaching resource
Slides available at the e-learning platform of the course.
Lectures in the classroom will be recorded and made available in the e-learning page of the course.
Recommended textbooks:
Siede W., Kow Y.W., Doetsch, "DNA damage recognition", Taylor and Francis
Watson J.D., “Biologia molecolare del gene”, Zanichelli,
Lewin B., “Il gene VIII”, Zanichelli
Semester
Second semester
Assessment method
Oral examination: open questions aimed at verifying the acquired knowledge.
No intermediate evaluations/partial exams.
Office hours
Contact: on demand by mail to the lecturer.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Maria Pia Longhese
