Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Mediche - Classe LM-9

Struttura e funzione dei geni a dei cromosomi. DNA, RNA e proteine (composizione di DNA, RNA e proteine, trascrizione, splicing traduzione). La struttura dei geni e del genoma. Tipi di mutazioni e polimorfismi. La trasmissione dei caratteri ereditari semplici e complessi. Alberi genealogici. Le leggi di Mendel. Malattie cromosomiche. Genetica di popolazioni e caratteri complessi.

La genetica e la genomica stanno rapidamente diventando una parte fondamentale della pratica medica e della sanità pubblica. I dati del Progetto Genoma Umano hanno stimolato lo sviluppo di nuovi potenti strumenti che stanno cambiando la ricerca genetica e la pratica medica. L’insegnamento prevede l’approfondimento della genetica medica, partendo dalle variazioni genetiche e dalle alterazioni funzionali del DNA. Verranno approfonditi i concetti legati alle malattie genetiche dovute ad alterazioni strutturali del genoma quali anomalie cromosomiche, malattie genomiche e malattie mendeliane legate a singoli geni. Verranno studiati nel dettaglio i metodi per l’identificazione di nuovi geni associati a malattia, e come le varianti geniche possano predisporre a malattie genetiche. Saranno una parte centrale del modulo il ruolo delle tecnologie di analisi del DNA in ambito medico quali l’array-CGH e il sequenziamento di ultima generazione. Il modulo ha l’obiettivo di fornire esempi pratici e parti interattive durante le lezioni, oltre che fornire gli strumenti necessari (siti web di approfondimento e software) per lo studio di casi di interesse genetico.

Lo studente/la studentessa dovrà saper descrivere l’eziologia e i meccanismi molecolari alla base delle principali situazioni patologiche e delle malattie genetiche mendeliane. Dovrà anche dimostrare di saper spiegare a terzi in modo approfondito ed esauriente i meccanismi di danno cellulare e riparo tissutale, il processo infiammatorio, i meccanismi e le cause di trasformazione neoplastica e le alterazioni genetiche di varia natura, fornendo esempi concreti, appropriati per le diverse situazioni patologiche. Inoltre, dovrà saper descrivere e confrontare vantaggi e svantaggi dei diversi approcci metodologici disponibili per l’identificazione di specifiche alterazioni genetiche che causano fenotipo patologico. Lo studente dovrà essere in grado di comprendere e commentare articoli scientifici relativi agli argomenti del corso. 

Che cosa sono le malattie genetiche, prevalenza e tipi di segregazione. Pattern di segregazione mendeliani e non-mendeliani. Esempi atipici e complessi di malattie autosomiche dominanti: sindrome di Marfan e acondroplasia. Corea di Huntington. Geni da predisposizione di tumori: BRCA1 e 2. Malattie autosomiche recessive. Effetti fondatore e consanguineità. Malattie X-linked recessive e dominanti. La distrofia muscolare di Duchenne e Becker. Inattivazione sbilanciata del cromosoma X. Malattie pseudoautosomiche. Malattie legate al cromosoma Y. Malattie mitocondriali. Mutazioni de novo. Mosaicismo: la sindrome di Pallister-Killian.

Malattie genomiche. Anomalie di numero e struttura cromosomiche. Sindromi di Patau, Edwards e Down. Sindrome di Cri du Chat e Wolf- Hirschhorn. L’analisi array-CGH e lo SNP-array. Elementi di dismorfologia. Le copy number variants (CNV) e la variabilità strutturale del genoma umano. Geni sensibili alla dose. I disordini del neurosviluppo. La sindrome di Williams-Beuren. La sindrome di Di George. La sindrome di Miller-Dieker. Disordini genomici ricorrenti e non ricorrenti. Riarrangiamenti ricorrenti: il non-allelic homologous recombination. Disordini dello spettro autistico e geni correlati. I meccanismi mutazionali nelle malattie genomiche: NHEJ e FoSTeS/MMBIR. Mirror phenotypes nelle delezioni vs. duplicazioni. CNV non ricorrenti. Meccanismi patogenetici nei disordini genomici. Aploinsufficienza. Geni di fusione. Malattie recessive mascherate. Mutazioni ipomorfe complesse: la sindrome di TAR. TBX6 e la scogliosi. Variabilità fenotipica e penetranza incompleta nella delezione 1q21. Il modello doppio hit nella variabilità fenotipica.

Identificazione di geni malattia: strategie posizione dipendenti. I marcatori genetici: microsatelliti e SNP. Traslocazioni come metodi per identificare geni malattia: la sindrome di Sotos. Analisi di linkage su loci noti. Aplotipi e fase. L’esempio del rene policistico dell’adulto. Ricostruzione degli aplotipi. Analisi di linkage two-point e multipoint. Il LOD score. Autozigosità.. Malattie complesse: gli studi di associazione. L’esempio dell’alcolismo. Malattie complesse: i genome-wide association studies (GWAS). GWAS nell’infarto del miocardio. Le tecnologie di sequenziamento del DNA di prima (Sanger), seconda generazione (NGS). Sistemi di amplificazione e cattura in fase solida e liquida.

Metodi di sequenziamento NGS. Sequenziamento di seconda, terza e quarta generazione. Le pipeline di analisi dei dati NGS. Malattie da imprinting. Epigenetica. La sindrome di Beckwitt-Wiedeman. La sindrome di Prader-Willy/Angelman. Nomenclatura delle mutazioni. Effetto delle mutazioni puntiformi. Le mutazioni stop ed il nonsense mediated decay. L’esempio della beta-talassemia autosomica dominante ed i meccanismi dominant negative. Interpretazione delle varianti missense. Le mutazioni di spicing. Mutazioni in siti accettori e donatore (canoniche). Mutazioni non canoniche che attivano siti di splicing esonici ed intronici. Gli pseudo esoni. Regolatori di splicing: enhancer e silencer esonici/intronici. Il sistema minigene per lo studio dei meccanismi di splicing. L’atrofia spinomuscolare. Esempi di exome sequencing (WES). L’identificazione di geni malattia attraverso WES. La sindrome di Miller. La sindrome di Proteus: il mosaicismo somatico. A cosa serve identificare i geni malattia. I secondary findings.

Effetti posizione: alterazione dei regolatori funzionali dei geni. Gli insulator e i domini di trascrizione. La sindrome di Lery-Weil (gene SHOX). L’aniridia (PAX6) e l’effetto spettatore. TADopatie: domini trascrizionali nel genoma. Circular chromosome conformation capture.

Malattie da espansione di tratti oligonucleotidici. Espansioni con perdita di funzione. Malattie associate al gene FMR1: FRAXA, POF, FXTAS. Meccanismi patogenetici e correlazione genotipo fenotipo. Il paradosso di Sherman. Atassia di Friedreich. Malattie da espansione con effetto tossico del RNA. La distrofia miotonica. Espansioni CTG/CCTG nel mRNA: meccanismo patogenetico. Le malattie da espansione di unità ripetute codificanti. Le polialanine e le poliglutamine. Repeat associated non-ATG translation (RAN). Unità ripetute trascritte su senso ed antisenso. Malattie da espansione di repeat codificanti. Malattie da espansione di polialanine e poliglutamine. Malattia di Kennedy e di Huntington. Meccanismi patogenetici nelle malattie da espansione di poliglutamine. Ripetizioni espresse sui due strand del DNA: doppi effetti patogenetici. Il Repeat Associated non-ATG translation, un nuovo meccanismo per spiegare la patogenesi da espansione di repeat.

Meccanismi patogenetici: loss of function. Varianti null e ipomorfe. Loss of function in malattie recessive: i portatori sintomatici. The resilience project. Meccanismi patogenetici: aploinsufficienza. La tessuto specificità delle malattie genetiche. Gain of function: overespressione, l’esempio di CMT1A/HNPP. Malattie con effetto da età paterna. L’acondroplasia. Dominanti negativi: osteogenesi imperfecta. Le correlazioni genotipo fenotipo: l’esempio della fibrosi cistica. Geni modificatori e ambiente.

 

 

L’Insegnamento prevede 40 ore di lezione (5 CFU) con l’ausilio di proiezioni di diapositive, video ed articoli tratti da riviste scientifiche. Alcune lezioni saranno tenute da relatori invitati, esperti nello specifico ambito. 

L’esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti oggetto delle lezioni. Verranno discussi almeno due argomenti trattati durante il modulo, uno dei quali tratto da una lista fornita dal docente alla fine del corso. La prova verrà considerata superata ove la votazione sia compresa tra 18 e 30/30. 

- Per ciascuna lezione sono fornite le diapositive con note e una serie di link a siti di approfondimento.

- Medical Genetics
Autore: Lynn Jorde John Carey Michael Bamshad Edizione: sesta
Casa editrice: Elsevier

- Thompson & Thompson. Genetica in Medicina, 6a edizione
Autore: Robert L. Nussbaum (Autore), Roderick R. McInnes (Autore), Huntington F. Willard (Autore), A. Iolascon (a cura di)Edizione: I/2018
Casa editrice: Edises