Syllabus del corso
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. 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 la regolazione della crescita, del ciclo cellulare e del metabolismo. Gli argomenti sono approfonditi anche mediante letteratura originale (articoli scientifici e “reviews”) segnalata e discussa durante l’insegnamento.
- Conoscenza e capacità di comprensione - al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito conoscenze riguardo ai meccanismi di regolazione del ciclo cellulare, della proliferazione e del metabolismo, processi essenziali per la crescita delle cellule di eucarioti.
- 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 a livello molecolare della crescita cellulare dei sistemi eucarioti.
- 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. Lo sviluppo di tali abilità sarà possibile anche grazie all’analisi di esperimenti tratti dalla letteratura che hanno permesso di chiarire a livello molecolare i processi cellulari in studio e grazie a journal club in cui gli studenti dovranno analizzare nel dettaglio un articolo scientifico fornito dalle docenti.
- 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.
- 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
La regolazione delle transizioni del ciclo cellulare; i componenti chiave del ciclo cellulare: le cicline, i complessi chinasi ciclina-dipendenti (CdK), la loro attivazione e inibizione durante gli eventi di divisione cellulare; il ruolo degli inibitori di Cdk; il controllo della proteolisi durante il ciclo cellulare e la degradazione delle proteine regolatrici del ciclo cellulare mediate dalla via ubiquitina-proteasoma; la regolazione della trascrizione in fase G1; il controllo della transizione G1/S e l'inizio della fase S; mitosi e citochinesi. Il controllo della proliferazione e del metabolismo cellulare: le chinasi TORC1 (target-of-rapamycin) e AMPK (AMP-protein kinase); autofagia: un attore chiave nel metabolismo cellulare; autofagia selettiva degli organelli intracellulari. Morte cellulare.
Programma esteso
Introduzione del corso. Il sistema di controllo del ciclo cellulare nelle tre principali transizioni: restriction point in G1, transizione G2/M e transizione metafase-anafase. Le chinasi ciclina-dipendenti (Cdks) e i loro principali regolatori: le cicline delle fasi G1, S ed M. Stimolazione da parte dei fattori di crescita e dei nutrienti delle attività G1-Cdk e G1/S-Cdk. La regolazione dell'attività delle Cdk mediante fosforilazioni inibitorie e proteine inibitrici di Cdk. Retinoblastoma, proteine pocket, fattori di trascrizione E2F e la regolazione trascrizionale in G1. Il controllo della proteolisi da parte dei complessi SCF (Skp1-Cullin-F-box protein) e APC/C (anaphase promoting factor) durante il ciclo cellulare. Ubiquitinazione e attività del proteasoma durante il ciclo cellulare. La regolazione dell'attività del complesso M-Cdk: il ruolo della chinasi Cdk-attivante (CAK), della chinasi Cdk-inibitrice (Wee) e della fosfatasi Cdc25. Mitosi e citochinesi. Il coordinamento tra divisione e crescita cellulare. Il ruolo della chinasi TORC1 (target-of-rapamycin) nella stimolazione dei processi metabolici inclusa la sintesi proteica. AMPK (AMP-protein kinase): regolatore dell'omeostasi energetica cellulare. Il meccanismo molecolare dell'autofagia: un regolatore chiave nel metabolismo cellulare. Il ruolo di AMPK e TORC1 nella regolazione dell'autofagia. Autofagia selettiva degli organelli intracellulari. Il ruolo dell’autofagia in condizioni patologiche. Processi di morte cellulare accidentali e programmati.
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
19 lezioni saranno svolte:
- per la prima parte (almeno un’ora) in modalità erogativa per presentare i concetti principali: lezioni frontali in aula con il supporto di presentazioni powerpoint sugli argomenti svolti.
- per la seconda parte (almeno 30 min) in modalità interattiva, per discutere con gli studenti ed approfondire gli argomenti affrontati partendo dagli esperimenti tratti dalla letteratura.
2 lezioni saranno svolte: - in modalità totalmente interattiva: journal club con discussione approfondita di un articolo scientifico da parte degli studenti suddivisi in gruppi.
Tutte le lezioni si svolgeranno in presenza.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Materiale didattico
Il materiale presentato durante le lezioni (powerpoint presentations e articoli scientifici discussi in classe) è disponibile alla pagina e-learning dell'insegnamento. Non saranno rese disponibili le registrazioni delle lezioni.
Libri di testo suggeriti:
- Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD “Molecular biology of the cell” Garland Publishing, Inc.
- Lodish H, Berk A., Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaria P. “Biologia molecolare della cellula” 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 degli argomenti trattati a lezione, sia la capacità dello studente di collegare le diverse tematiche trattate. Non sono previste prove in itinere.
Orario di ricevimento
Ricevimento su appuntamento, previa e-mail alle docente: farida.tripodi1@unimib.it; elena.sacco@unimib.it.
Sustainable Development Goals
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 the control of cell cycle machinery and proliferation as well as the regulation and cellular metabolism. The topics will be analyzed in-depth through original literature (scientific articles and reviews) that will be reported and discussed during the course.
- Knowledge and understanding - the course will provide students with a knowledge of the regulation of cell cycle, proliferation and metabolism.
- Applying knowledge and understanding - students will be able to apply the knowledge acquired to the understanding the moleciular regulation of the main processes concerning the cellular coordination among cell cycle, proliferation and metabolism, as well as the integration of the main pathways involved in these processes.
- Independent judgment - at the end of the course, students will be able to understand the various described cellular processes and identify the key regulatory points and the consequences of their malfunction. The development of these skills will also be supported by the analysis of experiments from scientific literature that have clarified the molecular mechanisms of the studied processes, as well as by journal clubs in which students will be required to analyze in detail a scientific article provided by the lecturers.
- 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.
- 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
The regulation of cell cycle transitions; the key components of the cell cycle: the cyclins, the cyclin-dependent kinase complexes (CdK), their activation and inhibition during the events of cell division; the role of the Cdk inhibitors; the control of proteolysis during cell cycle and the degradation of cell-cycle regulatory proteins mediated by the ubiquitin-proteasome pathway; the transcription regulation in G1 phase; the control of G1/S transition and the onset of S-phase; mitosis and cytokinesis. The control of proliferation and cellular metabolism: the kinases TORC1 (target-of- rapamycin) and AMPK (AMPprotein kinase); autophagy: a key player in cellular metabolism; selective autophagy of intracellular organelles. Cell death.
Detailed program
Introduction of the course. The cell-cycle control system at the three major regulatory transitions: restriction point in late G1, the G2/M phase transition and the metaphase-to-anaphase transition. The cyclin-dependent kinases (Cdks) and their main regulators: G1-cyclins, S-cyclins, M-cyclins. Mitogens stimulation of G1-Cdk and G1/S-Cdk activities. The regulation of Cdk activity by inhibitory phosphorylation and Cdk inhibitor proteins. Retinoblastoma, pocket proteins and E2F transcription factors and the transcriptional regulation in G1. The control of proteolysis by SCF complexes (Skp1–Cullin–F-box protein) and APC/C (anaphase promoting complex) during the cell cycle. Ubiquitination and the activity of proteasome during cell cycle. The regulation of the activity of M-Cdk complex: the role of Cdk-activating kinase (CAK), Cdk-inhibitory kinase (Wee) and the phosphatase Cdc25. Mitosis and cytokinesis. The coordination between division and cell growth. The role of the kinase TORC1 (target-of- rapamycin) in the stimulation of metabolic processes including protein synthesis. AMPK (AMP-protein kinase): guardian of metabolism homeostasis. The molecular mechanism of autophagy: a key player in cellular metabolism. The role of AMPK and TORC1 in the regulation of autophagy. Selective autophagy of intracellular organelles. Autophagy in human health and disease. Processes of accidental and programmed cell death.
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
19 lessons will be conducted as follows:
- the first part of each lesson (at least 1 h) will be delivered in an erogative format, aimed at presenting the main concepts through in-class lectures supported by PowerPoint presentations on the covered topics.
- the second part (at least 30 minutes) will follow an interactive format, allowing for discussion with students and further exploration of the topics introduced, based on experiments drawn from scientific literature.
2 lessons will be conducted: - in a fully interactive format: journal club sessions involving an in-depth discussion of a scientific article by students working in groups.
All lessons will take place in person.
The course is in Italian language.
Textbook and teaching resource
Learning material (PowerPoint presentations, scientific articles) is available at the e-learning web page of the course. The recordings of the lessons will not be made available.
Recommended textbooks:
- Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD “Molecular biology of the cell” Garland Publishing, Inc.
- Lodish H, Berk A., Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaria P. “Molecular biology of the cell” 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 contents and student's ability to link different topics. No in itinere evaluation are scheduled.
Office hours
Contact on demand, upon request by mail to lecturers: farida.tripodi1@unimib.it; elena.sacco@unimib.it.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Elena Sacco
-
Farida Tripodi
