ITALIANO

Tecnologie biomolecolari avanzate e applicazioni: Principali metodiche per la biologia sintetica (Design e produzione di costrutti di DNA; Vettori di espressione). Principali metodiche per lo studio dell’espressione e della funzione dei geni (Modelli murini; Crispr-Cas9; RNAi). Metodi per lo studio dell'interazione tra acidi nucleici e proteine. Controllo trascrizionale dell’espressione genica in eucarioti: modulazione della struttura cromatinica, fattori trascrizionali. Controllo post-trascrizionale dell’espressione genica: maturazione dell’mRNA; controllo della traduzione; RNA silencing. Controllo dell’attività delle proteine. Biologia e Biotecnologie dell'RNA: tipi di RNA; biogenesi; funzioni. Applicazioni in ambito diagnostico e terapeutico. Esercitazione di Laboratorio di Biologia Molecolare: Espressione eterologa dell’oncogene K-Ras.

1- Alberts B., Johnson A. et al. -Biologia Molecolare della cellula- Quarta edizioneZanichelli
2- Appunti dalle lezioni e slide delle lezioni sul sito web del Dipartimento.
3- Dispense per le esercitazioni pratiche
4-Articoli scientifici forniti dal docente e discussi a lezione

Conoscenza e Comprensione: L’insegnamento mira a fornire agli studenti: conoscenza dei principali meccanismi di controllo dell’espressione genica, sopratutto negli eucarioti; conoscenza degli approcci e delle più avanzate tecnologie di indagine in ambito biomolecolare; sviluppare l'attitudine a utilizzare la comprensione dei meccanismi molecolari per immaginare metodologie innovative.

Capacità di Applicare la Conoscenza e la Comprensione: Lo studente sarà in grado di: applicare le conoscenze acquisite per studiare criticamente i processi biologici a livello molecolare, anche ipotizzando gli approcci sperimentali in modo intergrato utili per lo studio e la pianificazione sperimentale; consultare criticamente la letteratura scientifica; ipotizzare potenziali applicazioni basate sullo studio dei fenomeni biologici a livello molecolare.

Autonomia di Giudizio: l’insegnamento favorisce lo sviluppo della capacità di valutare criticamente scenari e problemi complessi nel campo della biologia molecolare, consentendo agli studenti di formulare decisioni autonome basate su conoscenze teoriche e dati sperimentali.

Abilità Comunicative: lo studente svilupperà un linguaggio scientifico appropriato per descrivere i complesi meccanismi moelcolari sottesi al controllo della espressione dei geni in contesti fisiologici e patologici. Sarà in grado di presentare oralmente argomenti teorici e risultati sperimentali in modo chiaro e coerente. Lo studente sarà in grado di elaborare una relazione che illustri un lavoro sperimentale, attraverso le varie fasi di background, ipotesi e scopo della ricerca, strategie e procedure sperimentali, risultati, interpretazione e conslusioni.

Capacità di Apprendimento: l’insegnamento promuove la capacità di apprendimento continuo, supportando l’autonomia decisionale e operativa nello studio e nell’approfondimento teorico-pratico delle conoscenze acquisite attraverso la consultazione di testi e letteratura scientifica, per affrontare in maniera efficace nuove problematiche del settore nonché proseguire gli studi in ambito moelcolare con adeguato livello di autonomia.

Conoscenze e abilità fornite dal corso di Biologia Molecolare

L'insegnamento è articolato in: 48 ore di lezioni frontali in aula; 2 ore di esercitazione di bioinformatica con l'ausilio di PC in aula; 6 ore di esercitazioni di laboratorio svolte nel Laboratorio di Biologia Sperimentale.
Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti della biologia molecolare avanzata relativamente a: principali meccanismi molecolari di controllo dell'espressione dei geni in contesti fisiologici e patologici; principali approcci e metodiche della biologia molecolare; biologia e biotecnologie delle molecole di RNA.

ll raggiungimento degli obiettivi dell’insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame con valutazione espressa in trentesimi.
L’esame si articola in una prova orale, da sostenere in date calendarizzate. Ciascuna prova è valutata in trentesimi e si intende superata con un punteggio minimo di 18/30. La prova orale prevede una discussione della durata di circa 30 minuti, volta ad accertare il livello di conoscenza teorica e la padronanza del linguaggio tecnico-scientifico; sarà inoltre valutata la capacità di rielaborazione critica, in particolare la capacità di collegare i vari argomenti trattati durante il corso, come la descrizione dei pathway molecolari alla base del controllo dell'espressione genica, in relazione agli approcci sperimentali utilizzati per chiarirne i dettagli molecolari e la rilevanza biologica.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi, come dettagliato di seguito:
<18 Non superato: lo studente non dimostra risultati coerenti con i descrittori di conoscenza e comprensione, applicazione, giudizio, comunicazione e capacità di apprendere.
18-21 Livello sufficiente: lo studente raggiunge i descrittori di base relativi alla conoscenza e comprensione dei contenuti fondamentali e mostra una prima capacità di applicazione in contesti semplici.
22-24 Livello pienamente sufficiente: lo studente soddisfa i descrittori di conoscenza e comprensione applicate, mostrando capacità di applicare concetti chiave correttamente e iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell’insegnamento.
25-26 Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica conoscenze in modo efficace e comunica risultati con chiarezza, riflettendo competenze più consolidate.
27-29 Livello molto buono: lo studente soddisfa in modo avanzato i descrittori dei cinque ambiti, con padronanza dei contenuti, capacità di valutare criticamente casi complessi e abilità comunicative solide, evidenziate in elaborati e presentazioni.
30 Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, giudizio autonomo, comunicazione efficace e capacità di apprendere in modo continuo e creativo, producendo lavori di elevata qualità sia nella presentazione sia nelle prove scritte/orali. La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità, approfondimento e innovazione nell’elaborato e nella presentazione, superando le aspettative standard.

Allo studente è data la possibilità di sostenere una prova di autovalutazione in itinere, dopo circa 2/3 delle lezioni e consistente nel discutere in aula, anche con l'ausilio di un power point, un articolo scientifico fornito dal docente e attinente al programma svolto. La discussione dovrà riferirsi criticamente alla struttura dell'articolo attraverso le fasi di background, ipotesi e scopo del lavoro, approcci e metodiche sperimentali, risultati e interpretazione, conclusioni.
Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (dispense e slides) pubblicate sul sito web del Dipartimento.
Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati, ma anche su richiesta inoltrata via email.

Tecnologie biomolecolari avanzate e applicazioni: Principali metodiche per la biologia sintetica. Design e produzione di costrutti di DNA: principi e applicazioni. Vettori per espressione in procarioti e in eucarioti: principi generali e applicazioni. Produzione di vaccini ricombinanti: vaccini subunità, vaccini peptidici, vaccini vettori, vaccini a RNA. Trasfezioni. Principali metodi di trasferimento di acidi nucleici in cellule di mammifero per l’espressione transitoria o stabile. Principali metodiche per lo studio dell’espressione e della funzione dei geni. RT-qPCR e applicazioni. Ibridazione in situ. Cenni introduttivi a microarray e RNAseq. Approcci in vivo mediante l’utilizzo di modelli murini: “gene trap”; “enhancer trap”; ablazione cellulare; topi transgenici; knock-in, knock-out, sistema Cre-loxP, knock-out condizionale. L’editing genomico mediante il sistema CRISPR/CAS9. Il silenziamento genico mediato da RNA. Metodi per lo studio dell’interazione DNA/proteina, proteina/proteina, RNA proteina. EMSA. Cromatografie di affinità. Immunoprecipitazione della cromatina. RIP. Two Hybrid system.
Meccanismi molecolari di controllo dell’espressione genica in eucarioti: Concetti introduttivi. Meccanismi di Controllo trascrizionale. Stato della cromatina e sua dinamicità. Codice istonico. Interruttori genetici: sequenze di DNA consensus, proteine regolatrici dei geni, modalità di funzionamento, risposta a segnali extracellulari. Isolatori. Metilazione del DNA: DNA metiltrasferasi eucariotiche; metilazione de novo e di mantenimento; ruolo della metilazione; isole CpG; imprinting genomico. Meccanismi di Controllo post-trascrizionale. Controllo delle modificazioni dell’mRNA: attenuazione; regolazione dello splicing; regolazione del sito di taglio dell’estremità 3’; editing. Controllo del trasporto e della localizzazione dell’mRNA. Controllo della traduzione. IRES. Controllo della degradazione dell’mRNA. Il silenziamento genico mediato da RNA: significato biologico, meccanismo ed applicazioni. Meccanismi di Controllo dell’attività delle proteine. Fosforilazione/Defosforilazione; segnalazione per fosforilazione; segnalazione da parte di proteine che legano GTP. Degradazione: il proteosoma, meccanismi di controllo della degradazione; malattie da prioni.
Biologia e Biotecnologie dell’RNA Tipi di RNA. Biogenesi e funzioni: funzione genomica, trascrizionale e post-trascrizionale, traduzionale, post-traduzionale, catalitica. RNA regulatory network: Concetti base ed esempi. Focus sul ruolo dell’RNA nel cancro. Applicazioni degli studi sull’RNA in ambito diagnostico. Applicazioni degli studi sull’RNA in ambito terapeutico.
Esercitazione di Bioinformatica e di Laboratorio per il progetto "Espressione eterologa dell'oncogene K-Ras": Retrieve della sequenza dalla banche dati e design dei primer; Purificazione di RNA; RT-PCR; clonaggio in un vettore di espressione; trasformazione, primi step per la produzione dell’oncoproteina.

Italian

Advanced Biomolecular Technologies and Applications. Main techniques in synthetic biology (design and production of DNA constructs; expression vectors). Main techniques for studying gene expression and function (murine models; CRISPR-Cas9; RNA interference). Methods for analyzing nucleic acid–protein interactions. Transcriptional control of gene expression in eukaryotes: Chromatin structure modulation; transcription factors. Post-transcriptional control of gene expression: mRNA maturation; translational control; RNA silencing. Control of protein activity. RNA Biology and Biotechnology: Types of RNA; biogenesis; functions. Applications in diagnostics and therapeutics. Molecular Biology Laboratory Experience: Heterologous expression of the K-Ras oncogene.

1- Alberts B., Johnson A. et al. -Biologia Molecolare della cellula- Zanichelli
2- Slides of lessons on web site of Departement
3- Handouts for laboratory experiences
4-Scientific articles

Knowledge and Understanding:
The course aims to provide students with: knowledge of the main mechanisms controlling gene expression, especially in eukaryotes; knowledge of the approaches and most advanced technologies used in biomolecular research; and the ability to use their understanding of molecular mechanisms to conceive innovative methodologies.

Applying Knowledge and Understanding:
Students will be able to: apply the knowledge acquired to critically study biological processes at the molecular level, also by formulating integrated experimental approaches useful for research and experimental design; critically consult scientific literature; and hypothesize potential applications based on the study of biological phenomena at the molecular level.

Making Judgements:
The course fosters the development of the ability to critically evaluate complex scenarios and problems in the field of molecular biology, enabling students to make independent decisions based on theoretical knowledge and experimental data.

Communication Skills:
Students will develop appropriate scientific language to describe the complex molecular mechanisms underlying the control of gene expression in physiological and pathological contexts. They will be able to present theoretical topics and experimental results orally in a clear and coherent manner. Students will also be able to prepare a report describing experimental work, covering background, hypothesis and research aims, experimental strategies and procedures, results, interpretation, and conclusions.

Learning Skills:
The course promotes continuous learning skills, supporting students’ autonomy in decision-making and practical activities in the study and in-depth theoretical and practical understanding of acquired knowledge through consultation of textbooks and scientific literature. This will enable them to effectively address new challenges in the field and to pursue further studies in molecular sciences with an adequate level of independence.

Knowledge and skills provided by the course of Molecular Biology

The course is structured as follows: 48 hours of in-class lectures; 2 hours of bioinformatics practice sessions using computers in the classroom; and 6 hours of laboratory exercises carried out in the Experimental Biology Laboratory.
In their individual study, students will be required to acquire knowledge and understanding of advanced molecular biology concepts related to: the main molecular mechanisms controlling gene expression in physiological and pathological contexts;
the main approaches and methodologies of molecular biology;
the biology and biotechnological applications of RNA molecules.

The achievement of the course objectives is assessed through the successful completion of an exam graded on a scale of thirty.
The exam consists of an oral test, to be taken on scheduled dates. Each test is graded out of thirty and is considered passed with a minimum score of 18/30. The oral exam involves a discussion lasting approximately 30 minutes, aimed at assessing the level of theoretical knowledge and mastery of technical-scientific language. The ability for critical thinking will also be evaluated, particularly the ability to connect the various topics covered during the course, such as describing the molecular pathways underlying the control of gene expression in relation to the experimental approaches used to elucidate their molecular details and biological relevance.
The final grade will be expressed out of thirty, as detailed below:
<18 Fail: the student does not demonstrate outcomes consistent with the descriptors of knowledge and understanding, application, judgement, communication, and learning skills.
18–21 Satisfactory level: the student meets the basic descriptors related to knowledge and understanding of fundamental content and shows an initial ability to apply them in simple contexts.
22–24 Fully satisfactory level: the student meets the descriptors of applied knowledge and understanding, showing the ability to correctly apply key concepts and begin to critically analyze situations relevant to the course topics.
25–26 Good level: the student demonstrates autonomy of judgement in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, reflecting more consolidated competences.
27–29 Very good level: the student meets the descriptors of all five areas at an advanced level, showing mastery of content, the ability to critically evaluate complex cases, and solid communication skills, as evidenced in written work and presentations.
30 Excellent level: the student excels in all Dublin descriptors, with in-depth knowledge, confident and critical application, independent judgement, effective communication, and the ability to learn continuously and creatively, producing high-quality work in both presentations and written/oral assessments. Honours (cum laude) may be awarded when the student, in addition to the above, demonstrates particular originality, depth, and innovation in their work and presentation, exceeding standard expectations.

Students are given the opportunity to take an in-course self-assessment test after approximately two-thirds of the lectures. This consists of discussing in class, also with the aid of a PowerPoint presentation, a scientific article provided by the instructor and relevant to the course content. The discussion should critically address the structure of the article, covering the background, hypothesis and aims of the study, experimental approaches and methodologies, results and their interpretation, and conclusions.

Students may make use of the teaching materials (handouts and slides) published on the Department’s website.
The instructor is available to meet with students during the indicated office hours, as well as by appointment upon request via email.

Advanced Biomolecular Technologies and Applications. Main techniques for synthetic biology: Design and production of DNA constructs: principles and applications. Vectors for expression in prokaryotes and eukaryotes: general principles and applications. Production of recombinant vaccines: subunit vaccines, peptide vaccines, vector-based vaccines, RNA vaccines. Transfections: Main methods for the transfer of nucleic acids into mammalian cells for transient or stable expression. Key techniques for studying gene expression and function. RT-qPCR and its applications. In situ hybridization. Introductory notes on microarrays and RNAseq. In vivo approaches using murine models: gene trap; enhancer trap; cell ablation; transgenic mice; knock-in, knock-out, Cre-loxP system, conditional knock-out. Genome editing using the CRISPR/Cas9 system. RNA-mediated gene silencing. Methods for studying DNA/protein, protein/protein, and RNA/protein interactions: EMSA. Affinity chromatography. Chromatin immunoprecipitation (ChIP). RIP (RNA immunoprecipitation). Two-Hybrid system.
Molecular Mechanisms Controlling Gene Expression in Eukaryotes: Introductory concepts. Transcriptional control mechanisms. Chromatin state and its dynamics. Histone code. Genetic switches: DNA consensus sequences, gene regulatory proteins, mechanisms of action, response to extracellular signals. Insulators. DNA methylation: eukaryotic DNA methyltransferases; de novo and maintenance methylation; role of methylation; CpG islands; genomic imprinting. Post-transcriptional control mechanisms. Control of mRNA modifications: attenuation; splicing regulation; 3' end cleavage site regulation; editing. Control of mRNA transport and localization. Translational control. IRES. Control of mRNA degradation. RNA-mediated gene silencing: biological significance, mechanism, and applications. Control of protein activity: Phosphorylation/Dephosphorylation; signal transduction via phosphorylation; signaling by GTP-binding proteins. Degradation: the proteasome, degradation control mechanisms; prion-related diseases.
RNA Biology and Biotechnology: Types of RNA. Biogenesis and functions: genomic, transcriptional, post-transcriptional, translational, post-translational, and catalytic functions. RNA regulatory networks: basic concepts and examples. Focus on the role of RNA in cancer. Applications of RNA studies in diagnostics. Applications of RNA studies in therapeutics.
Bioinformatics and laboratory practical sessions for the project "Heterologous expression of K-ras oncogene": retrieving the sequence from databases and primer design; RNA purification; RT-PCR; cloning into an expression vector; transformation, initial steps for oncoprotein production.