66369 - BIOLOGIA MOLECOLARE AVANZATA CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce i meccanismi molecolari di biogenesi, processamento e funzione di RNA non codificanti coinvolti nel silenziamento genico e 'RNA decay', tanto in eucarioti e quanto in procarioti; ha inoltre competenze sulle alterazioni genetiche che stanno alla base dei principali processi patologici, sulle tecnologie impiegate per la diagnosi precoce di queste malattie e sulle strategie biotecnologiche di interesse terapeutico. Lo studente è altresì capace di contestualizzare correttamente la portata di nuove scoperte in questi campi per valutarne il potenziale biomedico e biotecnologico. Conosce approfonditamente i fondamenti della tecnologia microarray, del silenziamento genico, della farmacogenomica oltre che dello sviluppo di molecole modificate, integrando le informazioni con quelle degli altri insegnamenti del corso di laurea. In particolare, lo studente ha competenze su: - determinanti molecolari, nonché effettori dell'apparato RNAi coinvolti nel silenziamento genico e strategie ablative derivate; - meccanismi di inibizione della sintesi proteica da microRNA; - RNAi e silenziamento dell'eterocromatina; - meccanismi di difesa della linea germinale a carico di piRNA; - regolazione post-trascrizionale da sRNA in batteri; - malattie genetiche, tecniche di diagnosi precoce e terapia genica; - cenni di genetica del cancro; - meccanismi di resistenza ai farmaci; - SNIP arrays e farmacogenomica.

Contenuti

Introduzione
Non-coding (small) regulatory RNAs: cambio di paradigma nello studio della regolazione genica. Storia, importanza, significato biologico, prospettive.
Fondamenti
Analisi e discussione degli articoli seminali che hanno evidenziato i fenomeni di silenziamento genico indotto da piccoli RNA.
Approfondimenti
- Meccanismi molecolari di riconoscimento e processamento: Drosha, Pasha, export nucleare, DICER, gli argonauti, RISC, scelta del filamento, analogie molecolari di processamento, etc;
- Meccanismi di inibizione della traduzione (miRNA);
- P-bodies: mRNA purgatory
- Amplificazione del silenziamento in piante e C. elegans
- RNAi e silenziamento dell'eterocromatina.
- PIWIs & piRNAs a difesa del genoma delle cellule germinali
- Mirtroni
- siRNA endogeni (esiRNA)
- Regolazione da sRNA e CRISPRs in batteri: funzioni biologiche, meccanismi molecolari, etc;

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici. Viene fornito a lezione materiale didattico aggiornato, reperibile anche tramite username e password presso AMS Campus - AlmaDL - Università di Bologna.

Research Articles
È previsto approfondimento dei seguenti articoli, da analizzare e discutere in aula:
 
RNAi discovery
Fire et al. (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-811.
 
21-23 nt dsRNA effectors; DICER
Zamore et al (2000). RNAi: Double-Stranded RNA Directs the ATP-Dependent Cleavage of mRNA at 21 to 23 Nucleoide Intervals. Cell 101, 25-33.
Berstein et al (2001). Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature 409, 363-366.
 
RISC assembly and maturation
Schwarz et al. (2003). Asymmetry in the assembly of the RNAi enzyme complex. Cell 115, 199-208.
 
microRNA regulation and RNAi share common genes and effector mechanisms
Grishok et al (2001). Genes and Mechanisms Related to RNA Interference Regulate Expression of the Small Temporal RNAs that Control C. elegans Developmental Timing. Cell 106, 23-34.
 
the MICROPROCESSOR complex
Han et al (2006). Molecular basis for the recognition of primary microRNAs by the Drosha-DGCR8 complex. Cell 125, 887-901.
 
RITS and heterochromatin silencing
Buhler et al (2006). Tethering RITS to a nascent transcript initiates RNAi- and heterochromatin-dependent gene silencing. Cell 125, 873-886.
 
Bacterial non-coding regulatory RNAs
Pfeiffer et al (2009). Coding sequence targeting by MicC RNA reveals bacterial mRNA silencing downstream of translational initiation. Nature Struct. Mol. Biol., 16, 840-847.
 
Reviews & Perspectives
su cui si basa il corso
 
Overview completa silencing RNAs eucariotici
Ghildiyal and Zamore (2009). Small silencing RNAs: an expanding universe. Nature Reviews Genetics. 10, 94-108.
 
Rapporto tra struttura e funzione dei piccoli RNA regolativi eucariotici
Rana (2007). Illuminating the silence: understanding the structure and function of small RNAs. Nature Reviews Mol Cell Biol. 8, 23-36.
 
miRNA: meccanismi di inbizione della sintesi proteica, ruolo regolativo
Filipowicz et al. (2008). Mechanisms of post-transcriptional regulation by microRNAs: are the answers in sight? Nature Reviews Genetics 9, 102-114.
Flynt and Lai (2008). Biological principles of microRNA-mediated regulation: shared themes amid diversity. Nature Reviews Genetics 9, 831-842.
 
piRNA
Aravin et al. (2007). The Piwi-piRNA Pathways Provides an Adaptive Defence in the Transposon Arms Race. Science 318, 761-764.
 
RITS e silenziamento dell'eterocromatina
Grewal and Elgin (2007). Transcription and RNA interference in the formation of heterochromatin. Nature 447, 399-406.
 
P-bodies
Eulalio et al. (2007). P bodies: at the crossroads of post-transcriptional pathways. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. 8, 9-22.
Tritschler et al. (2010). Role of GW182 proteins and PABPC1 in the miRNA pathway: a sense of déjà vu. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. 11, 379-384.
 
Argonautes
Hutvagner and Simard (2008). Argonaute proteins: key players in RNA silencing. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. 9, 22-32.
Faehnle and Joshua-Tor (2010). Argonaute MID domain takes centre stage. EMBO reports 11, 564-565.
 
miRNA stability
Kai and Pasquinelli (2010). MicroRNA assassins:: factors that regulate the disappearance of miRNAs. Nature Structural and Molecular Biology 17, 5-10.
Rigoutsus and Furnari (2010). Decoy for microRNAs. Nature 456, 1016-1017.
 
esiRNA
Sasidharan and Gerstein (2008). Protein fossils live on as RNA. Nature 453, 729-731.
  
sRNA procariotici
Waters and  Storz (2009). Regulatory RNAs in Bacteria. Cell 136, 615-628.
Horvath and Barrangou (2010). CRISPR/Cas, the Immune System of Bacteria and Archaea Sciene 327, 167-170.
Sontheimer and Marraffini (2010). Slicer for DNA Nature 486, 45-46.
Wagner (2009). Kill the messenger: bacterial antisense RNA promotes RNA decay. Nature Struct. Mol. Biol., 16, 804-806.
Belasco (2010). All things must pass: contrasts and commonalities in eukaryotic and bacterial mRNA decay. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. 11, 467-478.

Metodi didattici

Lezioni introduttive agli argomenti principali.
Analisi e discussione degli articoli scientifici seminali
Slides e podcast riassuntivi
Laboratorio: regolazione post-trascrizionale mediata dal piccolo sRNA RyhB in Escherichia coli

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale; redazione di un protocollo per la parte di laboratorio. L'esame di fine corso mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici:il voto finale viene definito mediante due prove orali, sulla media dei voti riportati in tre quesiti specifici su argomenti inerenti i principali obiettivi del Corso.

Strumenti a supporto della didattica

Documenti .pdf degli articoli scientifici originali.
Slides .ppt di schematizzazione delle metodologie sperimentali e dei risultati descritti e loro contestualizzazione.
Podcast .mp4a di ricapitolazione e approfondimento dei principali argomenti e meccanismi.
Laboratorio didattico a postazione singola.

Il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite il portale AMS campus Alma-DL: http://campus.unibo.it/
Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Danielli

Consulta il sito web di Katia Scotlandi