Fornire un approfondimento delle conoscenze relative ai meccanismi molecolari informazionali e regolativi dell’espressione genica con particolare attenzione alle implicazioni patologiche ed alle possibili applicazioni terapeutiche e biotecnologiche. Introdurre ai concetti e alle applicazioni delle tecnologie dedicate all’analisi estesa del genoma, inclusi l’utilizzo di banche dati e l’analisi computerizzata dei dati generati da questi studi.

The course is aimed to: i) deepen the knowledge on molecular mechanism of gene expression and regulation, giving particular attention to pathological aspects and therapeutic and biotechnological applications; ii) give an introduction to theory and technologies of genomics, including the use of databases and computer analysis of molecular data.

Acquisizione di conoscenze approfondite dei meccanismi di espressione e regolazione genica, negli aspetti fisiologici e patologici, e di tecniche di laboratorio e bioinformatiche necessarie per lo studio di queste problematiche.

Students are expected to increase their knowledge on the mechanism of gene expression and regulation, both physiological and pathological, and to learn laboratory and informatic techniques for this type of studies.

-  Proprietà chimico-fisiche del DNA.

 Le DNA polimerasi.Stabilità del DNA, mutazioni e meccanismi di riparazione.Ricombinazione e trasposizione. Il DNA degli organelli. Sequenziamento di genomi interi.

Metodiche:  Isolamento, purificazione ed analisi del DNA. Metodi di sequenziamento di ultima generazione basati sulla sintesi o sulla ligazione.La clonazione del DNA (DNA e proteine ricombinanti ).  Mutagenesi sito-specifica.

-  Espressione genica e regolazione .

Organizzazione e struttura fisica del genoma Struttura e organnizzazione del genoma eucariotico, famiglie geniche. Modificazioni strutturali e funzionali della cromatina. Modificazioni epigenetiche del genoma, metilazione DNA e modifiche degli istoni. Regolazione trascrizionale. Gli RNA e le RNA polimerasi. Promotori ed enhancers. Fattori di trascrizione. Motivi dei domini che legano il DNA. Coattivatori e corepressori. Editing di RNA, introni ed esoni, Splicing alternativi, errori di splicing come causa di malattie. Il turnover dell’RNA nel nucleo e nel citoplasma. Regolazione genica post-trascrizionale. MicroRNA 

- Confronto ed analisi di genomi. 

Banche dati, ricerca ed allineamento di sequenze con BLAST. PCR e programmi per la progettazione di primers. Programmi per l’analisi della struttura delle proteine. Analisi  comparativa di sequenze proteiche per individuare aminoacidi con funzioni essenziali.

Esercitazioni in laboratorio di informatica sull'utilizzo di banche dati biologiche e programmi bioinformatici

- Tecniche di studio dell'espressione  e di soppressione dell’espressione genica.

 Metodiche per lo studio delle interazioni proteine-DNA ed interazioni tra proteine. Microarray di DNA, proteine ed anticorpi. Sistema del doppio ibrido in lievito.

Terapia genica. Oligonucleotidi antisenso, RNAi ed applicazioni terapeutiche.

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Il corso prevede esercitazioni dimostrative e pratiche in laboratorio.

Gli argomenti delle esercitazioni verranno scelti tra i seguenti: estrazione e purificazione di DNA plasmidico; digestione di DNA plasmidico con enzimi di restrizione; analisi elettroforetica del DNA; amplificazione di DNA, mediante PCR, da DNA genomico o plasmidico.

 -Chemical-physical properties, purification and analysis of DNA. Genome sequencing (ligation-based methods). Recombinant DNA and recombinant protein.  Site-directed mutagenesis. Organisation and physical structure of genoma. DNA polymerases. DNA stability, mutations and repair mechanisms. Recombination, transposition. DNA in the organelles.

- gene expression and regulation. Structure and organisation of eukariotic genome, gene families. Structural and functional modifications of chromatine. Epigenetic modifications, DNA methylation and histone modifications. Transcriptional regulation. RNA and RNA polymerases. Promotors and enhancers. Transcriptional factors. Motifs binding DNA. Coactivator and corepressors. RNA editing, exons and introns, alternative splicing, splicing and diseases. Translation and post-translation regulation. Ribosome structure and antibiotic interactions. Post-transcriptional regulation by microRNAs. RNA turnover.

- Genome analysis and comparison. Nucleic acid and protein data banks, sequences aligments with BLAST. PCR and primers design programs.

-  Proteins-DNA interactions, protein-protein interactions. DNA microarray, proteins and antibodies arrays. Yeast two-hybrid method to study proteins interactions.

Antisense oligonucleotides, RNAi and therapeutic applications. Gene therapy

- Laboratory Practical exercitations.

Some practical exercitation choosing among : plasmide or genomic  DNA purification ; digestion with restriction enzymes; DNA electrophoresis; PCR.