L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le conoscenze di base dei meccanismi molecolari inerenti la trasmissione, la variazione e l’espressione dell’informazione genetica.

Programma

Teoria:
-> L’informazione genetica e le molecole informazionali
Introduzione generale e cenni storici. La struttura chimica del DNA e dell’RNA. La struttura fisica del DNA. Proprietà chimico-fisiche del DNA.
->Tecniche di Biologia Molecolare
Elettroforesi in gel di agarosio. L’ibridazione. La reazione a catena della polimerasi (PCR). Le endonucleasi di restrizione. Il clonaggio e il sub-clonaggio. Sistemi per l’espressione genica.
-> DNA, RNA e struttura dei geni
La definizione di gene. Regioni codificanti e regolative. Dai geni alle proteine; RNA messaggero, RNA transfer e RNA ribosomiale.
-> Organizzazione ed evoluzione dei genomi
Contenuto di DNA e numero di geni. Mutazioni, riarrangiamenti del DNA ed evoluzione dei genomi. I genomi degli organelli. I geni interrotti; gli introni. Il cDNA. Famiglie geniche e duplicazione. DNA ripetitivo.
-> Elementi trasponibili
Meccansimi di trasposizione e controllo della trasposizione. Retrovirus e retrotrasposoni. Trasposoni.
-> Cromatina e cromosomi
I nucleosomi; istoni e loro modificazioni. Livelli superiori di organizzazione della cromatina. Eterocromatina ed eucromatina. I cromosomi eucariotici, i telomeri e i centromeri.
-> Replicazione del DNA
Le DNA polimerasi. Attività di proofreading delle DNA polimerasi. Il meccanismo di replicazione nei batteri e negli eucarioti.
-> Introni e RNA splicing
Caratteristiche degli introni spliceosomali. Lo spliceosoma e il meccanismo di splicing. Splicing alternativo e trans-splicing. Altri tipi di introni: introni del gruppo I e II e gli introni dei tRNA. Movimento degli introni. RNA editing. Ribozimi e riboswitch.
-> Mutazione e riparazione del DNA
Mutazioni spontanee e mutazioni causate da agenti mutageni fisici e chimici. Sistemi di riparazione pre-replicativi e post-replicativi. Ricombinazione nelle cellule del sistema immunitario. Cenni sulla ricombinazione omologa.
-> Regolazione dell’espressione genica 1
Promotori batterici. L’operone. Attivatori, repressori, coattivatori. Trasduzione di segnali e sistemi di regolazione a due componenti. Promotori eucariotici. Attivatori, repressori, coattivatori. Espressione genica e modificazioni della cromatina. Meccanismi epigenetici.
-> Gli RNA e la trascrizione
I diversi tipi di RNA: sintesi e maturazione. RNA polimerasi batterica. I fattori sigma. Le RNA polimerasi eucariotiche. mRNA eucariotici: capping, poliadenilazione , trasporto nel citoplasma. Il processo di trascrizione nei batteri e negli eucarioti.
-> Traduzione
I ribosomi. Struttura e funzione del tRNA. Sintesi degli aminoacil-tRNA. Inizio della traduzione nei batteri e negli eucarioti. Sintesi della catena polipeptidica e terminazione della traduzione. Regolazione della traduzione.
-> Localizzazione delle proteine.

Un credito del corso teorico (corrispondente a 8 ore di lezione in aula) sarà riservato alla discussione da parte degli studenti di argomenti di rilevante interesse o ritenuti di frontiera nell’ambito dell’insegnamento.

Teoria Connessa al Laboratorio Didattico:
-> Isolamento di acidi nucleici: concetti base, comparazione di metodi di estrazione, problematiche inerenti all’estrazione.
-> Elettroforesi di acidi nucleici su gel di agarosio e poliacrilammide, gel denaturanti e non denaturanti, elettroforesi pulsata.
-> Quantificazione spettrofotometrica degli acidi nucleici.
-> PCR
1. Definizione.
2. Miscela di reazione: efficienza, specificità, fedeltà.
3. Ciclo di PCR. Numero finale di molecole target.
4. Amplificazione del prodotto corretto: visualizzazione e analisi dei prodotti di PCR, come evitare le contaminazioni (Uracil N-glycosylase; UV; trattamento enzimatico), hot start, nested PCR.
5. Tecniche e applicazioni: 5’RACE-PCR e 3’RACE-PCR, RT-PCR, PCR mutagenesi (delezione di sequenze, sostituzione di basi, inserzione di sequenze), modificazione di prodotti di PCR (aggiunta di promotori, ribosome-binding site, siti di restrizione), unione di prodotti di PCR sovrapposti “overlapping”, PCR quantitativa.

Esperienze Pratiche:
Estrazione di RNA totale da diverse matrici vegetali mediante metodo del fenolo acido e mediante colonnine di adsorbimento, trattamento con DNase, valutazione qualitativa e quantitativa dell’RNA isolato mediante elettroforesi microcapillare su chip, sintesi di cDNA singolo filamento, RT-PCR semiquantitativa e Real-Time PCR Quantitativa (mediante l’impiego della molecola fluorescente SYBR green). Rapid Amplification of cDNA Ends: 5'RACE-PCR; 3'RACE-PCR.

Bibliografia

Modalità d'esame

Esame orale preceduto da uno scritto propedeutico riguardante la parte di Laboratorio.