GENOMICA STRUTTURALE E FUNZIONALE

Con l’insegnamento di GENOMICA STRUTTURALE E FUNZIONALE lo studente approfondisce le conoscenze sull’organizzazione del genoma nei cromosomi metafasici e nei nuclei interfasici, anche sotto l’aspetto evoluzionistico. Particolare attenzione sarà anche rivolta verso l’acquisizione delle conoscenze relative alla correlazione tra architettura della cromatina, espressione genica e insorgenza di patologie umane. Dal punto di vista applicativo, il corso si prefigge inoltre di fare acquisire agli studenti competenze metodologiche relative all’analisi dei cromosomi umani e di sequenze genomiche utilizzabili in vari ambiti lavorativi pubblici e privati.

Lezioni frontali coadiuvate da ausili multimediali. Sono previste anche esercitazioni in aula e prove in itinere in forma scritta.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenze di base previste negli insegnamenti di Citologia, Zoologia, Genetica, Biochimica, Biologia Molecolare dei CdS della classe L13 (Biologia).

Frequenza obbligatoria delle lezioni, in base alle indicazioni generali previste dal regolamento didattico del CdS.

Il genoma degli eucarioti. Visione generale delle dimensioni, del contenuto genico e dell'organizzazione delle sequenze nel genoma nucleare e nei genomi degli organelli citoplasmatici. Aspetti generali dell'evoluzione del genoma eucariotico. L’origine dei genomi e le caratteristiche dei genomi attuali. Meccanismi di formazione di nuovi geni.

Metodi di studio dei cromosomi. Le colture di cellule in vitro. Tecniche standard per la preparazione di cromosomi metafasici e prometafasici. I bandeggi cromosomici: bandeggi strutturali e bandeggi dinamici. Il Sistema Internazionale per la Nomenclatura in Citogenetica (ISCN). L’identificazione dei cromosomi umani con il bandeggio G. L’ibridazione in situ fluorescente: principi generali, metodi di marcatura delle sonde e di rilevazione del segnale. L’ibridazione su cromosomi, su nuclei e su fibre di cromatina. La citogenetica classica e molecolare nella diagnostica in ambito biomedico. Lo studio dei genomi a livello cromosomico nella post-genomica. I cariotipi dei Vertebrati e i microcromosomi di Uccelli e Rettili (cenni).

Organizzazione strutturale del genoma eucariotico. Centromeri, telomeri e origini di replicazione. Le sequenze altamente ripetute e mediamente ripetute. Le sequenze L1 e Alu. Le sequenze altamente polimorfiche e il loro utilizzo nei protocolli standard per l’analisi genetica in ambito forense. Le famiglie geniche. L’organizzazione dei geni nei cromosomi.

Organizzazione ed evoluzione composizionale del genoma eucariotico. Il gradiente di CsCl per lo studio dei genomi. Il DNA della banda principale e il DNA satellite. Caratteristiche composizionali del genoma dei Vertebrati eterotermi ed omeotermi. L’organizzazione dei genomi in isocore e il modello di Bernardi. Caratteristiche strutturali e funzionali associate alle isocore. Modelli di evoluzione composizionale del genoma dei vertebrati. Il “major compositional shift” e il "minor compositional shift". Il neogenoma e il paleogenoma. Ipotesi sull'origine delle isocore ricche in GC. Correlazione tra sequenza nucleotidica, isocore e bande cromosomiche. L'organizzazione composizionale del genoma delle piante (cenni).

Organizzazione funzionale della cromatina nei nuclei interfasici. I cromosomi in interfase: territori cromosomici e domini intercromosomici. Il modello di Cremer. Speckles e loro organizzazione. Organizzazione composizionale dei territori cromosomici. Bande cromosomiche in interfase e relazione con la trascrizione genica, con la densità genica e con il timing di replicazione. I geni costitutivi e i geni tessuto-specifici: caratteristiche composizionali e strutturali e distribuzione cromosomica. Livello di espressione delle bande cromosomiche. Correlazione tra distribuzione genica, struttura della cromatina ed espressione genica. Effetto posizione e attivazione ectopica dei geni. Caratteristiche della cromatina trascrizionalmente attiva e trascrizionalmente inattiva. Le modificazioni post-traduzionali degli istoni. La metilazione del DNA e l’imprinting genomico. LCR e ICR: caratteristiche e meccanismo di attivazione/inattivazione genica. Le sindromi da disomia uniparentale e le malattie genetiche legate all’imprinting. L’eterocromatizzazione come meccanismo di inattivazione genica. Analisi dell'organizzazione del DNA nucleare mediante chromatin conformation capture (3C, 4C, 5C, Hi-C). L’inattivazione del cromosoma X e il gene Xist.

Tutto il materiale didattico occorrente per lo studio dell'insegnamento viene fornito dal docente durante la frequenza delle lezioni.

Il materiale didattico viene fornito mediante file pdf, caricati sulla piattaforma Studium, con le diapositive delle lezioni. Inoltre vengono forniti, sempre sulla piattaforma Studium, articoli scientifici sia in italiano che in inglese su argomenti inerenti il programma.

L'esame finale consiste in una prova preliminare in forma scritta con due domande a risposta aperta e una domanda relativa all'identificazione di cromosomi umani. L'esame si conclude con una prova orale cui si accede previo superamento, con votazione sufficiente, della prova preliminare scritta. Durante il corso saranno effettuate due prove scritte/pratiche in itinere in tutto uguali alla prova d'esame preliminare in forma scritta.

L’esame è teso ad accertare 1) il grado di apprendimento e comprensione, 2) la capacità di analisi degli argomenti trattati durante il corso, 3) il livello di approfondimento dell'argomento trattato, 4) l'utilizzo di materiale didattico integrativo, 5) la capacità di applicare le competenze di tipo metodologico acquisite durante la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni.

La valutazione di tutte le prove consiste in una votazione in trentesimi con voto minimo di 18/30.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

PROVE IN ITINERE

Le prove in itinere sono in forma scritta e concorrono nella valutazione finale. Ogni prova, che consiste di due domande a risposta aperta, viene valutata considerando i seguenti criteri: 1) pertinenza delle risposte, 2) completezza delle risposte, 3) utilizzo del materiale didattico e livello di approfondimento, 4) esattezza di concetti e definizioni, 5) appropriatezza della terminologia scientifica.

Nelle prove in itinere viene inoltre proposta una prova pratica: identificazione di alcuni cromosomi umani in una metafase con bandeggio G. La prova si considera superata se vengono identificati correttamente almeno la metà più uno dei cromosomi previsti. L'esito di tale prova, se positivo, concorre nella valutazione finale.

La prima prova in itinere è basata su argomenti della prima parte del programma svolto. La seconda prova in itinere (finale) è basata sugli argomenti dell'intero corso.

Una valutazione positiva delle prove in itinere consente, nella prima sessione di esami, di sostenere solo la prova orale con voto delle prove in itinere sostituivo della prova di esame scritta.

Lo studente con una valutazione negativa delle prove in itinere o con una valutazione ritenuta non sufficiente dallo studente, deve sostenere l'esame finale sia nella parte scritta che nella parte orale. In questo caso non si terrà conto della valutazione negativa conseguita nei test in itinere.

Esempi di domande a risposta aperta:

Correlazione tra dimensione del genoma e complessità degli organismi.

I bandeggi dinamici.

La risoluzione di un cariotipo e il sistema ISCN.

Descrivere l’organizzazione del centromero di S. cerevisiae.

La neocentromerizzazione.

Telomeri e invecchiamento cellulare.

Origine ed evoluzione delle sequenze Alu.

Le sonde single-locus nella diagnosi genotipica: caratteristiche e applicabilità.

Caratteristiche composizionali del genoma umano: descrivere il profilo ottenuto mediante gradiente di CsCl.

Isocore ricche in GC: caratteristiche e ipotesi sulla loro origine.

Organizzazione dei cromosomi nel nucleo interfasico.

Organizzazione di uno “speckle”.

Meccanismo di inattivazione allelica: struttura della cromatina e ruolo delle ICR.

Il gene Xist: caratteristiche e funzioni.

Esempio di domande della parte pratica:

Identificare, in una metafase di cromosomi umani con bandeggio G, i cromosomi 3 - 6 - 13 - 15 - 19 - 21