ITALIANO

Principali metodi d’indagine in Biologia cellulare. Segnalazione cellulare. Motilità cellulare. I sistemi delle endomembrane: struttura, funzione e traffico di membrana. Interazioni tra le cellule e il loro ambiente. Interazioni cellula-cellula. Meccanismi di morte cellulare. Differenziamento cellulare. Il ciclo cellulare

G.Karp. Biologia cellulare e molecolare. EdiSeS.; Becker et al. Il mondo della cellula. EdiSES; Cooper&Hausman La cellula. Un approccio molecolare. Piccin

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L'insegnamento si prefigge di fornire conoscenze più approfondite della complessità strutturale e funzionale delle cellule e delle modalità attuate per integrare l’attività dei diversi componenti cellulari in condizione fisiologica. Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate riguardanti:
-l’organizzazione morfo-funzionale della cellula animale e sulle sue principali attività quali motilità, morte, proliferazione, differenziamento;
- i meccanismi che stanno alla base dei processi di comunicazione cellula-cellula e cellula-microambiente;
-le metodiche, strumentazioni e procedure di base e d'avanguardia utilizzate per la sperimentazione nel settore.
Gli studenti comprenderanno che le attività dei diversi componenti cellulari sono perfettamente integrate al fine di rendere la cellula una unità funzionale; comprenderanno inoltre come il rapporto della cellula con altre cellule e con il suo microambiente sia fondamentale per una corretta funzionalità della cellula stessa, del tessuto di appartenenza e per il mantenimento dell’omeostasi dell’intero organismo.

CAPACITÀ DI APPLICARE LA CONOSCENZA E LA COMPRENSIONE
Lo studente sarà in grado di: applicare le conoscenze acquisite per riconoscere i diversi organelli e altre strutture all’interno della cellula, e laddove possible, riconoscere il tipo di cellula, mediante immagini di microscopia elettronica; scegliere la tecnica di indagine più idonea per rispondere a uno specifico quesito biologico; interpretare come alterazioni nei processi cellulari/molecolari si traducano in fenotipi patologici o oncologici.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
L’insegnamento favorisce lo sviluppo della capacità di analizzare criticamente la complessità dei sistemi biologici e la validità dei diversi modelli sperimentali presentati. Lo studente sarà in grado di formulare giudizi autonomi sull'adeguatezza delle metodologie di indagine cellulare e subcellulare. Attraverso l'integrazione delle conoscenze teoriche acquisite, lo studente saprà valutare con rigore scientifico le evidenze riportate in letteratura, distinguendo tra i diversi meccanismi di regolazione cellulare e comprendendone le implicazioni in contesti fisiologici e patologici.

ABILITÀ COMUNICATIVE
Lo studente acquisirà la capacità di utilizzare un linguaggio scientifico appropriato per descrivere i complessi meccanismi molecolari, le reti di segnalazione cellulare e le interazioni ultrastrutturali. Inoltre, lo studente svilupperà l'abilità di illustrare e commentare criticamente immagini di microscopia. Sarà in grado di esporre oralmente argomenti teorici in modo chiaro e coerente, e di saper comunicare la logica scientifica che sottende ai risultati riportati nella letteratura di settore.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
L’insegnamento promuove la capacità di apprendimento continuo, supportando l’autonomia decisionale e operativa nello studio e nell’approfondimento teorico-pratico dei meccanismi molecolari e delle dinamiche cellulari. Attraverso la consultazione di testi avanzati e della letteratura scientifica internazionale, lo studente sarà in grado di aggiornarsi costantemente per affrontare in maniera efficace nuove problematiche in un campo in rapida evoluzione come quello della biologia cellulare. Tale preparazione consentirà di affrontare con un elevato livello di autonomia e rigore scientifico percorsi di formazione superiore o contesti lavorativi ad alta specializzazione sia nel settore biosanitario che in quello biomolecolare.

Conoscenze e abilità fornite dal corso di Citologia e Istologia, Chimica Biologica e Biologia molecolare

Il corso è articolato in 56 ore di lezioni frontali (7 CFU) svolte dal docente. Esse si svolgono settimanalmente in aula con l’ausilio di presentazioni power point. Le lezioni sono integrate dall'analisi guidata di casi studio e modelli sperimentali avanzati relativi all'applicazione delle più recenti tecniche di indagine ultrastrutturale e molecolare. Nel suo lavoro personale, lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della biologia cellulare moderna relativamente a: conoscenza dell' e della dinamica dei sistemi cellulari; comprensione dei processi di segnalazione e destino cellulare; comprensione delle metodologie di indagine.

Il 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 scritta e una prova orale, da sostenere nello stesso appello in date calendarizzate. Ciascuna prova è valutata in trentesimi e si intende superata con un punteggio minimo di 18/30.
La prova scritta, di carattere propedeutico alla prova orale, consiste nella somministrazione di un questionario composto da 40 quesiti a risposta multipla (5 alternative di risposta) della durata di 50 minuti.
La prova orale prevede una discussione della durata di circa 30 minuti, volta ad accertare il livello di conoscenza teorica, la capacità di rielaborazione critica e la padronanza del linguaggio tecnico-scientifico.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e ottenuta tramite media ponderata dei punteggi conseguiti: 35% per la prova scritta e 65% per la prova orale.
<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.

La frequenza è fortemente consigliata. Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (slides) pubblicate sul sito web del Dipartimento. Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati nella scheda dell’insegnamento e, su richiesta, anche in altri momenti concordabili via email.

Principali metodi d’indagine in Biologia cellulare: Immunoistochimica e Immunofluorescenza. Studio dell’Ultrastruttura del protoplasma attraverso immagini di microscopia elettronica. Modelli sperimentali in Biologia cellulare. Segnalazione cellulare: panoramica dei messaggeri extracellulari e dei loro recettori. Recettori associati a proteine G: cAMP e calcio come secondi messaggeri. Via dell’ossido nitrico. Recettori ad attività tirosina chinasica (RTK). Fattori di crescita come messaggeri. Via di Ras-MAP chinasi. Via mediata da PI3K/Akt e di mTOR. Tirosin-chinasi non recettoriali. Recettori con attività serina/treonina chinasica: la via di segnalazione di TGF-β/Smad: Motilità cellulare: Tecniche di studio del citoscheletro. Organizzazione e polarità dei microtubuli in vari tipi di cellule. Le proteine associate ai microtubuli (MAP). Assemblaggio e polarità dei microfilamenti di actina. Proteine che legano l’actina. Assemblaggio dei filamenti intermedi. Movimento basato sui microtubuli: movimento intracellulare ed altri tipi di movimenti. Ruolo delle ciglia nello sviluppo e in alcune patologie. Movimento basato sull’actina: miosine convenzionali e non convenzionali. Associazione dei microfilamenti alla membrana plasmatica. Estroflessioni di membrana e movimento cellulare. Processi dipendenti dall’actina durante lo sviluppo: allungamento dell’assone; cambiamenti di forma delle cellule durante lo sviluppo embrionale. Microtubuli e microfilamenti nei processi di divisione cellulare. Microfilamenti nei processi di segnalazione. Interazione tra gli elementi del citoscheletro: le plachine. I sistemi delle endomembrane: struttura, funzione e traffico di membrana. Alcuni approcci allo studio delle endomembrane. Via secretoria regolata e costitutiva. Sintesi di proteine secretorie, lisosomali e integrali di membrana. Asimmetria delle membrane citoplasmatiche. Modificazioni della composizione lipidica delle membrane. Tipi di vescicole di trasporto e loro funzioni. Indirizzamento delle vescicole verso un particolare compartimento e fusione della vescicola alla membrana plasmatica (Rab, v-SNARE e t-SNARE). Vescicole extracellulari per la veicolazione di molecole. Importazione delle proteine nei perossisomi, nel nucleo e nei mitocondri. Ruolo del REL nella sintesi dei lipidi di membrana, nella regolazione dei livelli citosolici di calcio e nella detossificazione. Endocitosi mediata da recettore. Ruolo di proteine e fosfoinositidi nella formazione delle vescicole rivestiste. Recettori housekeeping e recettori di segnale: internalizzazione delle LDL, del ferro e dei recettori di fattori di crescita e ormoni. Endocitosi nelle cellule polarizzate e Transcitosi. Fagocitosi. Endosomi. Lisosomi e la digestione cellulare. Autofagia. Malattie che derivano da difetti nella funzione lisosomale. Interazioni tra le cellule e il loro ambiente: La matrice delle cellule animali. Proprietà dinamiche della matrice extracellulare: le metalloproteinasi. Interazione cellula-substrato e interazione cellula-matrice extracellulare: le integrine. Adesioni focali e via di segnalazione cellulare mediata dalle integrine (FAK). Organoidi. Interazioni cellula-cellula: selectine, superfamiglia delle immunoglobuline, caderine. Ruolo dell’adesione cellulare nell’infiammazione. Le caderine e lo sviluppo embrionale. Caderine e inibizione da contatto. I batteri patogeni e le proteine di adesione cellulare. Comunicazione intercellulare: giunzioni comunicanti, tunneling nanotubes e vescicole extracellulari. Meccanismi di morte cellulare: Identificazione dei geni necessari per la morte cellulare programmata. Gli eventi dell’apoptosi. Proteine che regolano l’apoptosi. Vie di segnalazione che regolano l’apoptosi. Necroptosi. Differenziamento cellulare: Equivalenza genomica. Espressione genica differenziale. Clonazione: esperimenti di Briggs e King, Gurdon, Wilmuth. Cellule totipotenti e cellule pluripotenti. Cellule staminali embrionali. Le cellule staminali nell’adulto. La proliferazione di cellule differenziate. Il ciclo cellulare: Le fasi del ciclo cellulare. Identificazione di molecole che controllano il ciclo cellulare: esperimenti di fusione cellulare e su mutanti. Complessi Cdk/cicline nella regolazione del ciclo cellulare. Checkpoints del ciclo cellulare. Gli eventi della fase M. Ruolo del fuso mitotico: congressione e allineamento dei cromosomi in metafase; movimenti cromosomici in anafase. Citocinesi: formazione dell’anello contrattile. Senescenza cellulare. Cenni sui meccanismi di proliferazione incontrollata: proto-oncogeni ed oncogeni; geni oncosoppressori.

Italian

Principal investigation methods in cell biology. Cell signaling. Cell motility. Endomembrane systems: structure, function, and membrane trafficking. Interactions between cells and their environment. Cell-cell interactions. Mechanisms of cell death. Cell differentiation. The cell cycle.

G.Karp. Biologia cellulare e molecolare. EdiSeS.; Becker et al. Il mondo della cellula. EdiSES;
Cooper&Hausman La cellula. Un approccio molecolare. Piccin

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The course aims to provide more in-depth knowledge of the structural and functional complexity of cells and the methods carried out to integrate the activity of the different cellular components in physiological condition. At the end of the course, the student will have acquired advanced knowledge regarding:
-the morpho-functional organization of the animal cell and its main activities such as motility, death, proliferation, differentiation;
-the mechanisms underlying cell-to-cell and cell-microenvironment communication;
-the basic and advanced methods, instruments and procedures used for experimentation in the field.
Students will understand that the activities of different cellular components are perfectly integrated to form the cell as a functional unit; they will also understand how the relationship between the cell and other cells or its microenvironment is essential for the proper functioning of the cell itself, the tissue to which it belongs, and the maintenance of homeostasis throughout the organism.

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
Students will be able to: apply their acquired knowledge to recognize the various organelles and other structures within the cell, and where possible, identify cell types, using electron microscopy images; choose the most appropriate investigation technique to answer a specific biological question; and interpret how alterations in cellular/molecular processes translate into pathological or oncological phenotypes.

AUTONOMY OF JUDGMENT
The course fosters the development of the ability to critically analyze the complexity of biological systems and the validity of the various experimental models. Students will be able to make independent judgments regarding the adequacy of cellular and subcellular investigation methodologies. By integrating their acquired theoretical knowledge, students will be able to evaluate the evidence reported in the literature with scientific rigor, distinguishing between the various mechanisms of cellular regulation and understanding their implications in physiological and pathological contexts.

COMMUNICATION SKILLS
Students will acquire the ability to use appropriate scientific language to describe complex molecular mechanisms, cell signaling networks, and ultrastructural interactions. Furthermore, they will develop the ability to illustrate and critically comment on microscopy images. They will be able to present theoretical arguments clearly and coherently and communicate the scientific rationale underlying the results reported in the relevant literature.

LEARNING ABILITY
The course promotes for continuous learning, supporting decision-making and operational autonomy in the study and in the learning of the theoretical-practical aspects of molecular mechanisms and cellular dynamics. Through consultation with advanced texts and international scientific literature, students will be able to continuously update their knowledge to effectively address new issues in the rapidly evolving field of cell biology. This preparation will enable them to approach higher education programs or highly specialized work environments in both the biomedical and biomolecular sectors with a high level of autonomy and scientific rigor.

Knowledge and skills provided by the courses in Cytology and Histology, Biological Chemistry and Molecular Biology

The course consists of 56 hours of lectures (7 credits) led by the teacher. These lectures are held weekly in the classroom with the aid of PowerPoint presentations. Lectures are complemented by guided analysis of case studies and advanced experimental models relating to the application of the latest ultrastructural and molecular techniques. In their individual work, students will assimilate knowledge and concepts underlying modern cell biology relating to: knowledge of the structure and dynamics of cellular systems; understanding signaling processes and cell fate; and understanding investigation methodologies.

The achievement of the learning objectives of the course is certified through the passing of an exam, graded on a 30-point scale.
The exam consists of a written test and an oral test, to be taken on the same scheduled date. Each test is graded out of 30 and a minimum score of 18/30 is considered a pass.
The written test, which is a preliminary step to the oral exam, consists of a questionnaire consisting of 40 multiple-choice questions (5 possible answers) and lasts 50 minutes.
The oral exam lasts approximately 30 minutes and aims to assess the student’s theoretical knowledge, critical thinking, and command of technical-scientific language.
The final grade will be expressed in thirtieths and obtained through the weighted average of the scores achieved: 35% for the written exam and 65% for the oral exam.
<18 Fail: the student does not demonstrate learning outcomes consistent with the Dublin descriptors for knowledge and understanding, application, judgment, communication, and learning skills.
18-21 Sufficient: the student achieves the basic descriptors for knowledge and understanding of fundamental content and shows an initial ability to apply this knowledge in simple contexts.
22-24 Fully sufficient: the student meets the descriptors for applied knowledge and understanding, showing the ability to correctly apply key concepts and begin to critically analyze situations related to the course topics.
25-26 Good: the student demonstrates autonomy of judgment in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, reflecting more consolidated skills.
27-29 Very good: the student demonstrates an advanced level across the five descriptors, with mastery of content, the ability to critically evaluate complex cases, and strong communication skills, evidenced in papers and presentations.
30 Excellent: the student excels in all Dublin descriptors, with in-depth knowledge, safe and critical application, autonomous judgment, effective communication, and the ability to learn continuously and creatively, producing high-quality work both in presentations and written/oral tests. Honors (cum laude) may be awarded when the student demonstrates, in addition, particular originality, depth, and innovation in the paper and presentation, exceeding standard expectations.

Attendance is strongly recommended. Students may use the teaching materials (slides) published on the Department website. The instructor is available for student office hours on the days indicated in the course description and, upon request, at other times agreed upon via email.

Principal Investigative Methods in Cell Biology: Immunohistochemistry and Immunofluorescence. Study of Protoplasmic Ultrastructure through Electron Microscopy. Experimental Models in Cell Biology. Cell Signaling: Overview of extracellular messengers and Their Receptors. G Protein-Associated Receptors: cAMP and Calcium as Second Messengers. Nitric Oxide Pathway. Receptor Tyrosine Kinases (RTKs). Growth Factors as Messengers. Ras-MAP Kinase Pathway. PI3K/Akt and mTOR-Mediated Pathway. Non-Receptor Tyrosine Kinases. Receptors with Serine/Threonine Kinase Activity: The TGF-β/Smad Signaling Pathway. Cell Motility: Techniques for studying the cytoskeleton. Organization and polarity of microtubules in various cell types. Microtubule-Associated Proteins (MAPs). Assembly and polarity of Actin microfilaments. Actin-binding proteins. Assembly of intermediate filaments. Microtubule-based movement: intracellular and other types of movement. The role of cilia in development and certain pathologies. Actin-based movement: conventional and unconventional myosins. Microfilament association with the plasma membrane. Membrane protrusions and cellular movement. Actin-dependent processes during development: axon elongation; changes in cell shape during embryonic development. Microtubules and microfilaments in cell division. Microfilaments in signaling processes. Interaction between cytoskeletal elements: plakins. Endomembrane systems: structure, function, and membrane traffic. Some approaches to the study of endomembranes. Regulated and constitutive secretory pathways. Synthesis of secretory, lysosomal, and integral membrane proteins. Asymmetry of cytoplasmic membranes. Changes in membrane lipid composition. Types of transport vesicles and their functions. Vesicle targeting to a specific compartment and vesicle fusion at the plasma membrane (Rab, v-SNARE, and t-SNARE). Extracellular vesicles for the delivery of molecules. Protein import into peroxisomes, the nucleus, and mitochondria. Role of REL in membrane lipid synthesis, regulation of cytosolic calcium levels, and detoxification. Receptor-mediated endocytosis: Role of proteins and phosphoinositides in the formation of coated vesicles. Housekeeping receptors and signaling receptors: internalization of LDL, iron, and growth factor and hormone receptors. Endocytosis in polarized cells and transcytosis. Phagocytosis. Endosomes. Lysosomes and cellular digestion. Autophagy. Diseases resulting from defects in lysosomal function. Interactions between cells and their environment: The matrix of animal cells. Dynamic properties of the extracellular matrix: metalloproteinases. Cell-substrate interaction and cell-extracellular matrix interaction: integrins. Focal adhesions and the integrin-mediated cell signaling pathway (FAK). Organoids. Cell-cell interactions: selectins, immunoglobulin superfamily, cadherins. Role of cell adhesion in inflammation. Cadherins and embryonic development. Cadherins and contact inhibition. Pathogenic bacteria and cell adhesion proteins. Intercellular communication: gap junctions, tunneling nanotubes, and extracellular vesicles. Mechanisms of cell death: Identification of genes required for programmed cell death. The events of apoptosis. Proteins that regulate apoptosis. Signaling pathways that regulate apoptosis. Necroptosis. Cell differentiation. Genomic equivalence. Differential gene expression. Cloning: experiments by Briggs and King, Gurdon, and Wilmuth. Totipotent and pluripotent cells. Embryonic stem cells. Stem cells in the adult. The proliferation of differentiated cells. The cell cycle. Phases of the cell cycle. Identification of molecules that control the cell cycle: cell fusion experiments and experiments on mutants. Cdk/cyclin complexes in cell cycle regulation. Cell cycle checkpoints. M-phase events. Role of the mitotic spindle: chromosome congression and alignment in metaphase; chromosome movements in anaphase. Cytokinesis: formation of the contractile ring. Cellular senescence. Overview of mechanisms of uncontrolled proliferation: proto-oncogenes and oncogenes; tumor suppressor genes.