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

Biologia Cellulare, Genetica Generale, Biologia Molecolare I

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

• Conoscere le principali metodologie di biologia e biotecnologie cellulari utilizzate nell’ambito della ricerca biomedica di base ed applicata.
• Conoscere in modo approfondito processi cellulari di fondamentale importanza nell’ambito della ricerca biomedica.
• Suscitare l’interesse per un’approfondita conoscenza dei processi biologici e per il metodo scientifico d'indagine.
• Illustrare l'utilizzo di modelli murini transgenici per studiare la patogenesi di malattie umane e validare nuovi approcci terapeutici.

Modulo Genomica e Bioinformatica

- Acquisire la consapevolezza della dinamicità della configurazione della cromatina e quindi dei meccanismi che determinano e regolano l’espressione genica e il destino differenziativo delle cellule all’interno del contesto tissutale (Genomica)

- acquisire le più avanzate strategie sperimentali per la generazione di modelli preclinici in vitro da cellule di pazienti (Genomica)

- Conoscere le basi per un’analisi critica delle metodiche di analisi di dati genomici (Bioinformatica)

- Conoscere gli strumenti necessari alla definizione di un disegno sperimentale ottimizzato (Bioinformatica)

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

Al termine del corso ci si attende il raggiungimento degli obiettivi formativi indicati 

Modulo Genomica e Bioinformatica

Al termine del corso ci si attende il raggiungimento degli obiettivi formativi indicati 

 

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

Lezioni frontali sincrone o asincrone

Modulo Genomica e Bioinformatica

Lezioni frontali e analisi di articoli della letteratura anche in gruppi

N.B. Per accedere alle lezioni ed alle esercitazioni bisogna seguire la procedura indicata sulla homepage della piattaforma Moodle (menu a destra: Navigazione/Modalità di accesso alla Piattaforma), raggiungibile al link 

https://biotec.i-learn.unito.it/

 

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

Verifica scritta con domande aperte riguardanti temi rilevanti degli argomenti del programma a cui lo studente deve rispondere dando prova di conoscere a fondo la materia e di essere in grado di comprendere il ruolo dei processi studiati. Possibilità di esame orale via web.

Modulo Genomica e Bioinformatica

Prova orale in presenza o via web (Genomica)

Prova scritto costituito da domande a scelta multipla in presenza o via web (Bioinformatica)

 

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

BIOLOGIA APPLICATA

1) Le colture cellulari: le colture primarie, le linee stabilizzate, le cellule immortalizzate, gli ibridomi, le cellule staminali.

2) L’analisi delle proteine cellulari in vitro (saggi qualitativi e quantitativi): estrazione e purificazione delle proteine; analisi delle proteine mediante elettroforesi unidimensionale e bidimensionale, immunoprecipitazione, Western blotting, marcatura metabolica e saggi radioimmunologici, analisi dello stato di attivazione di proteine con funzioni regolatrici, saggi di attività chinasica. Le applicazioni di spettrometria di massa. Studi di interazione proteina-proteina: i saggi di “pull-down”; la tecnica del doppio ibrido.

3) Le proteine ricombinanti: i sistemi di espressione procariotici ed eucariotici, la produzione e purificazione proteine di fusione, gli impieghi delle proteine di fusione.

4) La trasfezione delle cellule eucariotiche per l’espressione di proteine di interesse: tecnica del Ca2+/fosfato, tecnica del DEAE-dextrano, i liposomi, l’elettroporazione, i vettori virali.

5) I controlli post-trascrizionali dei livelli di espressione delle proteine.

6) L’analisi delle proteine cellulari in vivo (localizzazione, dinamiche subcellulari e funzioni): microscopia ottica convenzionale e confocale; tecniche di immunofluorescenza ed immunocitochimica; l’uso delle proteine di fusione per l’analisi delle funzioni delle proteine; tecniche di microscopia a multifluorescenza in “time-lapse” per l’analisi delle dinamiche molecolari.

7) Le tecniche “F” e le loro applicazioni: “Fluorescence Resonance Energy Transfer” (FRET), “Fluorescence Recovery After Photobleaching” (FRAP), “Fluorescence Loss In Photobleaching” (FLIP).

8) Analisi di processi cellulari e molecolari:

1. a) I meccanismi di regolazione post-trascrizionale dell’espressione e delle funzioni dei recettori adesivi.
2. b) Il traffico vescicolare e le proteine della famiglia Rab: potenziali bersagli per interventi terapeutici.

1. c) Le small GTPasi della famiglia Rho: ruoli fisiologici e patologici.
2. d) I meccanismi di regolazione della traslocazione nucleo-citoplasma di proteine e la loro alterazione patologica.
3. e) Redox signaling e autofagia: ruoli fisiologici e patologici.

9) Modelli cellulari e murini di patologie umane: le Malformazioni Cavernose Cerebrali (CCM disease).

GENETICA

Generazione ed analisi di modelli animali di patologie umane. Le patologie prese in considerazione sono le seguenti:

• Emocromatosi/patologie da alterato metabolismo del ferro e dell’eme
• Anemie
• Neuropatie sensoriali
• Diabete
• Fibrosi cistica
• Patologie cardiache

Verranno introdotti anche altri modelli animali (ad es. Drosophila, C. elegans, talpa nuda) , il principio delle 3R e l’utilizzo di organoidi e di cellule staminali pluripotenti differenziate (iPSC) come modelli in vitro.

Modulo Genomica e Bioinformatica

GENOMICA

• Dalla complessità dell’organizzazione genomica alle basi genomiche della complessità degli organismi viventi
• Reversibilità e regolazione della definizione del destino differenziativo delle cellule: dal panorama epigenetico di Waddington alla riprogrammazione nucleare di Yamanaka.
• Implicazioni della risposta cellulare al danno al DNA e del rimodellamento della cromatina nella regolazione del destino differenziativo: ovvero perché le cellule dei tessuti anziani riprogrammano meglio delle cellule dei tessuti giovani.
• Cellule pluripontenti indotte (iPS) da paziente e la generazione di modelli preclinici in vitro personalizzati.

BIOINFORMATICA

Tecnologie di sequenziamento e metodi bioinformatici nello studio della organizzazione funzionale del genoma.
Durante il corso ci muoveremo attraverso gli strati regolativi del genoma, partendo dai territori genomici fino ad arrivare a controllo traduzionale, analizzando le tecnologie di sequenziamento che vengono utilizzate e le basi delle metodiche bioinformatiche per la loro analisi.

Nel dettaglio:
Metodiche di studio delle interazioni a lunga distanza: Hi-C
Metodiche per lo studio della organizzazione della cromatina: ATAC-seq, ChIP-seq, metilazione del DNA
Metodiche per lo studio dell'espressione genica in bulk ed in singola cellula: RNAseq/miRNAseq
Metodiche per lo lo studio dei trascritti in attiva traduzione: ribo-seq
Metodiche per la chiamata di varianti genetiche e mutazioni somatiche
Struttura dei fastq, bam e vcf
QC dei fastq
Metodi per chiamata di varianti
Metodi di quantificazione genica alignment based and alignment free
Principal Component Analysis (PCA)
Analisi dell’espressione differenziale
Arricchimento di termioni di Gene Ontology (GO)
miRNA e geni bersaglio
Sequenziamento del trascrittoma/genoma di singole cellule e definizione di sotto-popolazioni cellulari.

Modulo Modelli sperimentali in ambito biotecnologico

1) Alberts et al.- “Biologia Molecolare della Cellula” – Zanichelli.

2) Glick e Pasternak – “Biotecnologia Molecolare” – Zanichelli.

3) Reed et al.- “Metodologie di base per le Scienze Biomolecolari” - Zanichelli.

4) Ninfa e Ballou - “Metodologie di base per la Biochimica e la Biotecnologia” - Zanichelli.

5) H. Lodish e altri, “Biologia Molecolare della cellula”, Zanichelli

6) Brown, T.A., “Genomes”, New York and London: Garland Science

7) Bibliografia fornita dal docente.

Modulo Genomica e Bioinformatica

GENOMICA:

• Lewin's GENES XII, by Elliott S. Goldstein, Jocelyn E. Krebbs, and Stephen T. Kilpatrick, Jones & Barlett Learning, 2017
• Bibliografia fornita dal docente

BIOINFORMATICA

• RNA-seq Data Analysis: A Practical Approach by Eija Korpelainen (Author), Jarno Tuimala (Author), Panu Somervuo (Author), Mikael Huss (Author), Garry Wong (Author) Series: Chapman & Hall/CRC Mathematical and Computational Biology Publisher: Chapman and Hall/CRC; 1 edition (September 19, 2014)
• Practical Guide to ChIP-seq Data Analysis by Borbala Mifsud (Author), Kathi Zarnack (Author), Anaïs F Bardet (Author) Series: Focus Computational Biology Series Publisher: CRC Press; 1 edition (November 5, 2018)
• Computational Exome and Genome Analysis by Peter N. Robinson, Rosario Michael Piro, Marten Jager 1st Edition Chapman and Hall/CRC, Published September 11, 2017 Reference - 557 Pages - 116 Color & 23 B/W Illustrations ISBN 9781498775984 - CAT# K29706 Series: Chapman & Hall/CRC Mathematical and Computational Biology