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

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. Il corso 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, e le 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 i meccanismi patogenetici, le applicazioni diagnostiche in genetica medica ed il ruolo delle tecnologie di sequenziamento di ultima generazione stanno rapidamente contribuendo allo sviluppo di una medicina di precisione che mira a terapie disegnate sulla base delle informazioni genomiche disponibili. 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.

 

 

Al termine del corso lo studente conoscerà l’eziologia ed i meccanismi molecolari alla base delle malattie genetiche mendeliane. Avrà a disposizione strumenti informatici per lo studio dei geni associate a malattia e delle loro varianti. Lo studente dovrà anche dimostrare di saper spiegare a terzi in modo approfondito ed esauriente i meccanismi molecolari delle diverse situazioni patologiche Mendeliane; dovrà aver acquisito i termini tecnici relative alla genetica medica, avere dimestichezza con le procedure di laboratorio e le tecnologie. Dovrà essere in grado di comprendere e commentare articoli scientifici relativi agli argomenti del corso.

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. L’esame consiste nell’analisi di un pedigree e della patologia associata tratta da un articolo di una rivista scientifica implementata dalla discussione di almeno due argomenti trattati durante il modulo. Ciascuna prova orale verrà valutata attribuendo una votazione in trentesimi e la singola prova verrà considerata superata ove la votazione sia compresa tra 18 e 30/30. Il voto finale verrà determinato mediante media ponderata delle votazioni riportate nelle singole prove orali.

Introduzione alla genetica medica. 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. Mosaicismo: la sindrome di Pallister-Killian.

Malattie genomiche 1. 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. 2. Le copy number variants (CNV) e la variabilità strutturale del genoma umano. Geni dose sensibile. I disordini del neurosviluppo. La sindrome di Williams-Beuren. La sindrome di Di George. La sindrome di Miller-Dieker. 3. Disordini genomici ricorrenti e non ricorrenti. Riarrangiamenti ricorrenti: il non-allelic homologous recombination. Disordini dello spettro autistico e geni correlati. Malattie genomiche 4.  meccanismi mutazionali:  NHEJ e Fostes. 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) e 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 imprintig. 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: l’esempio della Gaucher e del morbo di Parkinson. The resilience project. Meccanismi patogenetici: aploinsufficienza. Gain of function: overespressione, l’esempio di CMT1A/HNPP. Malattie con effetto da età paterna. L’acondroplasia. Neomorfi: variante Pittsburg nell’alfa-1 antitripsina. Dominanti negativi: osteogenesi imperfecta. Le correlazioni genotipo fenotipo: l’esempio della fibrosi cistica. Geni modificatori e ambiente.