BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA E MEDICA

10 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

MICHELE PURRELLO - Modulo BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA - BIO/13 - 6 CFU
CINZIA SANTA DI PIETRO - Modulo BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
FULVIA SINATRA - Modulo BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
MARCO FICHERA - Modulo GENETICA MEDICA - MED/03 - 4 CFU
TERESA MATTINA - Modulo GENETICA MEDICA

Obiettivi formativi

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Acquisizione di conoscenze e competenze avanzate di Biologia, Genetica e Genomica Umana nell’ambito della ricerca biotecnologica di base e delle sue applicazioni traslazionali alla Medicina
GENETICA MEDICA
Alla fine del corso gli studenti devono essere in grado di:

Descrivere i tipi di variazioni genetiche e genomiche del genoma umano e spiegare il loro ruolo nello stato patologico e nella diversità fenotipica. Effettuare l’analisi del pedigree e comprendere I principi dell’ereditarietà, per calcolare il rischio genetico in una varietà di malattie genetiche e modi di trasmissione diversi. Incorporare le nozioni di genetica di popolazione per il calcolo del rischio genetico basato sulla frequenza allelica nella popolazione. Conoscere i meccanismi non mendeliani quali penetranza ridotta ed espressività variabile, disomia uniparentale, mosaicismi, imprinting e malattie da espansione da triplette Conoscere i principi della consulenza genetica e. Gli studenti dovranno inoltre essere in grado di comprendere le modalità tecniche di esecuzione nonché d’interpretazione dei principali test genetici quali array-CGH/SNP e NGS, conoscerne le loro sensibilità e specificità cliniche ed analitche e i loro valori predittivi.

Prerequisiti richiesti

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Pregressa frequenza e superamento degli esami finali di corsi di base di Biologia e Genetica

Frequenza lezioni

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
E’ richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per essere ammessi all’esame conclusivo del corso
GENETICA MEDICA
almeno il 70% delle lezioni

Contenuti del corso

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Il completamento del Progetto Genoma di Homo sapiens e di molti altri organismi e virus ha modificato profondamente le nostre conoscenze sulla loro biologia, nonché l’impostazione e le prospettive degli studi correlati in campo biomedico e delle loro applicazioni biotecnologiche. I progressi delle conoscenze nell’ambito della BioMedicina Molecolare Omica [Genomica (inclusa quella degli RNA non codificanti), Epigenomica, Trascrittomica, Proteomica (incluse le modifiche post-traduzionali delle proteine), Interattomica, Patogenomica Umana], della Biologia Computazionale, della BioInformatica e delle Biotecnologie hanno determinato una importante evoluzione della Biologia, della Genetica e della Genomica Umana. Questa disciplina si propone di consentire agli Studenti di conseguire una visione globale ed unificante della struttura degli organismi, delle cellule che li costituiscono, delle relative funzioni fisiologiche e delle eventuali alterazioni correlate a patologia allo scopo di consentire razionali interventi biotecnologici. Il corso di Biologia, Genetica, Genomica Umanasi basa su una serie di seminari sulle conoscenze più recenti ed avanzate sulla struttura biomolecolare del nostro genoma e del nostro organismo (eg, ruolo biomolecolare degli RNA non codificanti, loro funzione biologica e coinvolgimento in patologia; microvescicole, esosomi, loro cargo molecolare, e corrispondenti funzioni biomolecolari); il corso ha l’obiettivo di consentire una visione unificante della Biologia e della Genetica, poichè queste conoscenze vengono inserite nel contesto della fisiopatologia dell'organismo. La conseguente comprensione dellalogica biologica dovrebbe permettere agli Studenti di comprendere le basi concettuali della BioMedicina Molecolare e le loro applicazioni biotecnologiche di natura medica. Il Corso è caratterizzato dalla peculiarità dell’approccio Top > Down ed è costituito da una serie di seminari su aspetti avanzati della BioMedicina Molecolare, Genomica e dei Sistemi Complessi (quali i progetti Encode, The Human Methylome,The Human Proteome, The Human Interactome), che hanno determinato una importante evoluzione delle nostre conoscenze sulla struttura e sulle funzioni del genoma umano. Verranno descritte le Omiche degli Apparati e Macchinari molecolari delle cellule (Macchinario del Ciclo Cellulare, Apparato di Duplicazione del DNA, Macchinario del Restauro del DNA, Apparato di Trascrizione, Apparato della Sintesi delle Proteine, Apparato per la Sintesi ed il Targeting di Microvescicole ed Esosomi, Macchinario della Trasduzione del Segnale, Macchinario Apoptotico), correlandole con le relative funzioni biologiche e con il coinvolgimento di questi apparati in patologia. L’evoluzione è un tema costante del Corso. Gli Studenti sono stimolati a svolgere un intenso tirocinio in laboratorio per acquisire una appropriata working knowledge sugli argomenti e sulle metodologie sperimentali della BioMedicina molecolare contemporanea e delle Biotecnologie mediche. La Sezione di Biologia e Genetica del Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche dispone di strumentazione tecnologicamente avanzata per lo svolgimento di ricerche sperimentali in BioMedicinaMolecolare, Cellulare e Computazionale.

Lezioni

-La BioMedicina Genomica: Definizione, Origine Storica, Ambiti di Indagine, Prospettive per

l’Evoluzione della Medicina.

-La BioMedicina Molecolare dei Sistemi Complessi: importanza dell’approccio Olistico allo

studio degli organismi e delle cellule - Ostacoli tecnologici alla sua attuazione - Dallo studio

delle Omiche alla Biologia dell’organismoe delle sue cellule.

-I Progetti Genoma e l’approccio del Gene Candidato per l’analisi del fenotipo e della

funzione dei geni.

-La regolazione dell'espressione dei singoli geni e del genoma.

-Metodologie avanzate High Throughput (incluse le tecnologie biotecnologiche) per lo studio di

struttura e funzioni cellulari.

-La Polymerase Chain Reaction e le sue applicazioni sperimentali.

-Tecnologie per la modifica della struttura del genoma e del trascrittoma (eg, CRISPR).

-Biologia Computazionale e BioInformatica.

-Apparati e Macchinari Cellulari: struttura genomica e molecolare, evoluzione epatologie

correlate (il Macchinario del Ciclo Cellulare, L’Apparato di Duplicazione del DNA,

L’Apparato di Trascrizione, Il Macchinario della Sintesi delle Proteine, l’Apparato per la Sintesi

ed il Targeting di Microvescicole ed Esosomi, l’Apparato della Trasduzione del Segnale, Il

Macchinario Apoptotico).

-Una nuova visione del genoma: ruolo critico degli RNA non Codificanti (ncRNAs) nella

regolazione dell’espressione e loro coinvolgimento in patologia genetica.

-Il progetto Encode.

-Il progetto The Human Proteome.

-Il progetto The Human Methylome.

-Il progetto The Human Interactome.

-Networks biologiche: complessita', metodi di analisi, applicazioni sperimentali.

-Cellule staminali: Biologia, Biotecnologia, applicazioni terapeutiche.

-Biodiritto e Bioetica: Legislazione e Filosofia Morale.

GENETICA MEDICA

Variazioni genetiche, genomiche e loro cause
1. Concetto di polimorfismo e mutazione e loro significato evoluzionistico
2. Mutazioni costituzionali e somatiche
3. Equilibrio di Hardy-Weinberg e sue deviazioni
4. Effetto fondatore e deriva genetica
5. Markers polimorfici, aplotipi e analisi di linkage
6. Principali meccanismi d’insorgenza delle variazioni genetiche e genomiche
7. Sistemi di riparazione del DNA
8. Classificazione funzionale delle mutazioni

Modalità di trasmissione delle malattie genetiche mendeliane e legate al sesso
1. Concetto di allele recessivo, dominante e legato ai cromosomi sessuali
2. Ereditarietà pseudodominante e digenica
3. Penetranza ed espressività
4. Mosaicismo
5. Imprinting genomico
6. Malattie da ripetizioni di triplette e anticipazione

Altri tipi di ereditarietà
1. Ereditarietà mitocondriale
2. Ereditarietà poligenica e multifattoriale
3. Modelli di malattie multifattoriali
4. Genetica delle malattie complesse

Le basi cromosomiche delle malattie genetiche
1. Anomalie del numero di cromosomi e non disgiunzione meiotica
  1. Sindrome di Turner, Sindrome di Down, Sindrome di Edwards, Sindrome di Patau
2. Anomalie di struttura
  1. Traslocazioni, inversioni, delezioni duplicazioni
  2. Plasticità del genoma umano: le copy number variants
  3. Meccanismi di formazione delle copy number variants
3. Disomia Uniparentale
  1. Trisomic e monosomic rescue
4. Tecniche di analisi dell’assetto cromosomico
  1. Cariotipo
  2. FISH
  3. Array-CGH e SNP-array

Test genetici
1. Concetti di Sensibilità e specificità dei test
2. Probabilità bayesiana e valori predittivi
3. Array-CGH e SNP-array
  1. Analisi statistica del segnale
  2. Consultazione dei databases
4. Next generation sequencing (NGS)
  1. Metodologia e relativi indicatori
  2. Base calling
    1. Phred score, coverage e distribuzione binomiale delle reads
  3. Algoritmi per il genotype calling
    1. Metodi a soglia fissa e metodi bayesiani
  4. Gene Panel, WES e WGS
  5. Workflow diagnostico e software di previsione delle varianti
  6. Indicatori diagnostici della NGS
  7. Refertazione e incidental findings nella NGS

La consulenza genetica
1. Definizioni e principi
2. Rischio di ricorrenza

Testi di riferimento

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Biologia Molecolare della Cellula, Lodish e coll, Ed Zanichelli

Biologia molecolare della cellula, Alberts e coll, Ed Zanichelli

Biologia e Genetica, De Leo, Fasano, Ginelli, Ed Edises

Genetica in Medicina, Thompson e Thompson, Ed Idelson Gnocchi

Genetica umana molecolare,Strachan e Read, Ed Utet.
GENETICA MEDICA
Genetica Umana e Medica (Neri, Genuardi), seconda edizione, Elsevier

Medical Genetics (Jorde, Carey, Bamshad) fifth edition, Elsevier

Altro materiale didattico

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
www.bgbunict.it
GENETICA MEDICA
Dispense del docente

Programmazione del corso

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	BioMedicina e BioTecnologie Genomiche: Definizione, Origine Storica, Ambiti di Indagine, Prospettive per la loro evoluzione concettuale ed applicazioni traslazionali	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
2	I Progetti Genoma e l’Approccio del Gene Candidato per l’Analisi del Fenotipo degli Organismi e della Funzione dei Geni	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
3	BioMedicina Molecolare dei Sistemi Complessi: Importanza dell’Approccio Olistico allo Studio degli Organismi e delle Cellule - Ostacoli biotecnologici alla sua Attuazione	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
4	Dallo Studio delle Omiche alla BioMedicina dell'Organismo	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
5	Una Nuova Visione del Genoma: Ruolo critico degli RNA non Codificanti (ncRNAs) nella Regolazione dell’Espressione e loro Coinvolgimento in Patologia	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
6	La Regolazione dell'Espressione dei Singoli Geni e del Genoma	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
7	Metodologie Avanzate High Throughput per lo Studio di Struttura e Funzioni Cellulari	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
8	Biologia Computazionale e BioInformatica	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
9	Networks biologiche: Complessita', Metodi di Analisi, Applicazioni Sperimentali	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli
10	Metodologie sperimentali biotecnologiche per la modifica del genoma: CRISPR	Biologia molecolare della cellula - Lodish e Coll, Ed Zanichelli

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Scritti, orali, presentazione di powerpoints

PROVE IN ITINERE

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Alla conclusione di ogni argomento del corso, gli Studenti presenteranno relazioni scritte oppure powerpoints: questo metodo si è dimostrato particolarmente efficace nel garantire l’apprendimento da parte degli Studenti

PROVE DI FINE CORSO

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
Esame scritto con domande a risposta aperta - Presentazione di powerpoints

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA
La Polymerase Chain Reaction: logica molecolare e possibili applicazioni traslazionali.

La tecnologia CRISPR per la modifica del genoma: logica molecolare e possibili applicazioni traslazionali

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