BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA E 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.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Lezioni frontali tenute dal docente mediante presentazioni in powerpoint

• GENETICA MEDICA

  Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche

Prerequisiti richiesti

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Pregressa frequenza e superamento degli esami finali di corsi di base di Biologia e Genetica

• GENETICA MEDICA

  Principi di genetica umana, basi di statistica e probabilità

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 Concetto di polimorfismo e mutazione e loro significato evoluzionistico Mutazioni costituzionali e somatiche Equilibrio di Hardy-Weinberg e sue deviazioni Effetto fondatore e deriva genetica Markers polimorfici, aplotipi e analisi di linkage Principali meccanismi d’insorgenza delle variazioni genetiche e genomiche Sistemi di riparazione del DNA Classificazione funzionale delle mutazioni Modalità di trasmissione delle malattie genetiche mendeliane e legate al sesso Concetto di allele recessivo, dominante e legato ai cromosomi sessuali Ereditarietà pseudodominante e digenica Penetranza ed espressività Mosaicismo Imprinting genomico Malattie da ripetizioni di triplette e anticipazione Altri tipi di ereditarietà Ereditarietà mitocondriale Ereditarietà poligenica e multifattoriale Modelli di malattie multifattoriali Genetica delle malattie complesse Le basi cromosomiche delle malattie genetiche Anomalie del numero di cromosomi e non disgiunzione meiotica Sindrome di Turner, Sindrome di Down, Sindrome di Edwards, Sindrome di Patau Anomalie di struttura Traslocazioni, inversioni, delezioni duplicazioni Plasticità del genoma umano: le copy number variants Meccanismi di formazione delle copy number variants Disomia Uniparentale Trisomic e monosomic rescue Tecniche di analisi dell’assetto cromosomico Cariotipo FISH Array-CGH e SNP-array Test genetici Concetti di Sensibilità e specificità dei test Probabilità bayesiana e valori predittivi Array-CGH e SNP-array Analisi statistica del segnale Consultazione dei databases Next generation sequencing (NGS) Metodologia e relativi indicatori Base calling Phred score, coverage e distribuzione binomiale delle reads Algoritmi per il genotype calling Metodi a soglia fissa e metodi bayesiani Gene Panel, WES e WGS Workflow diagnostico e software di previsione delle varianti Indicatori diagnostici della NGS Refertazione e incidental findings nella NGS   La consulenza genetica Definizioni e principi 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

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• BIOLOGIA, GENOMICA, GENETICA UMANA

  Scritti, orali, presentazione di powerpoints

• GENETICA MEDICA

  Esame orale

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

• GENETICA MEDICA

  Workflow NGS secondo i vari modelli di segregazione.

  Principi di funzionamento dei software predizionali.