Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia - sede di Torino

Lo studio dei processi biologici a livello molecolare, cellulare e genetico, senza dubbio rappresenta un bagaglio di conoscenze essenziale per la preparazione del Medico. Il corso intende fornire allo studente l’essenziale per poter descrivere, comprendere e studiare le malattie, dal punto di vista dei meccanismi che le causano, dei meccanismi di progressione, degli effetti secondari e della loro ereditarietà. 

Basi Biologiche si focalizza sull’organizzazione e regolazione dei processi cellulari, dal livello molecolare al livello “sistema”. Assieme al corso di chimica biologica, fornisce un quadro completo della complessità della chimica dei sistemi viventi, ed è quindi essenziale per la farmacologia e la patologia.

Lo studio della Biologia Molecolare si propone di fornire conoscenze avanzate sull'analisi dell'organizzazione molecolare dell'informazione genica e dei meccanismi epigenetici che presiedono alla sua espressione. Si propone inoltre di fornire le basi essenziali per la comprensione delle tecnologie di analisi molecolare, sia in prospettiva diagnostica che terapeutica, con particolare attenzione per i fondamenti dell'ingegneria genetica e della terapia geniche.

Lo studio della genetica si focalizza soprattutto sulle modalità di trasmissione dei caratteri, sull’interazione fra geni e dei geni con l'ambiente, sulle varianti alleliche e mutazioni come causa di malattia, sul genoma umano e sul processo evolutivo.  Combinare la genetica formale con la genomica moderna è essenziale per lo studente di medicina di oggi, che si affaccia all’era della medicina personalizzata.  Questo corso è quindi essenziale e propedeutico per lo studio della genetica medica e la consulenza genetica.

Il corso intende anche aprire la mente dello studente al metodo scientifico sperimentale come approccio ineluttabile nelle scienze biomediche.

Lo studente deve conoscere i processi e la regolazione della sintesi degli acidi nucleici e delle proteine ed il ruolo di queste molecole nella cellula procariotica ed eucariotica. Deve conoscere l'organizzazione molecolare e la funzione degli organelli cellulari e delle membrane delle cellule procariotiche ed eucariotiche.  Deve conoscere le peculiarità dei meccanismi di regolazione molecolare e genetica negli eucarioti e in particolare nell’uomo, con particolare riferimento al loro sovvertimento in condizioni patologiche. Deve comprendere il funzionamento delle tecnologie di analisi molecolare e di modificazione dell'espressione genica. Deve conoscere con padronanza le leggi formali dell'ereditarietà e loro varianti e scostamenti, deve saper risolvere problemi in cui si applicano le leggi formali dell’eredità a situazioni realistiche.  Deve conoscere le modalità di trasmissione dei caratteri in un pedigree, e valutare la probabilità della loro comparsa nella progenie. Deve dimostrare di aver compreso la problematica dell'interazione fra geni e dei geni con l'ambiente; analizzare la struttura genetica di una popolazione umana e le sue variazioni come base del processo evolutivo; dimostrare di avere compreso gli approcci molecolari allo studio delle malattie ereditarie e di sapere interpretare i risultati delle analisi citogenetiche e molecolari del genoma umano ai fini della consulenza genetica.

Obiettivi di Competenza

Allo studente viene chiesto di collegare tra loro argomenti che sono ambiti di discipline tradizionalmente distinte, ma riguardano un unico complesso sistema che governa le proprietà della singola cellula, dei tessuti, degli organismi e di una popolazione (intesa in senso genetico).

Lo studente deve sapere applicare le leggi dell'eredità genetica per individuare le modalità di trasmissione dei caratteri e valutare la probabilità della loro comparsa nella progenie.

Lo studente deve imparare a individuare nell'uomo l'ereditarietà dei caratteri normali e mutati e comprenderne l'espressione durante lo sviluppo e la vita dell'individuo nel rapporto fra genotipo e ambiente.

Lo studente deve dimostrare di avere compreso la problematica dell'interazione fra geni e dei geni con l'ambiente nella determinazione del fenotipo.

Lo studente deve saper esaminare la struttura genetica di una popolazione umana e le sue variazioni come base del processo evolutivo; dimostrare di avere compreso gli approcci molecolari allo studio delle malattie ereditarie e di sapere interpretare i risultati delle analisi citogenetiche e molecolari del genoma umano ai fini della consulenza genetica.

Lo studente deve iniziare a comprendere il legame tra un alterato processo cellulare / molecolare e la patofisiologia delle malattie.

Lo studente deve acquisire familiarità con l'approccio sperimentale applicato allo studio dei processi molecolari e cellulari e delle interazioni tra cellule.

Soft Skill

• Collegare gli argomenti tra loro
• Rintracciare le evidenze sperimentali che giustificano le conoscenze
• Applicare le regole apprese a problemi (parzialmente) nuovi e realistici
• Usando le conoscenze apprese, imparare a sviluppare ipotesi ragionevoli sulle basi biologiche di alcune malattie

La cellula: struttura ed organizzazione

• cellule eucariote e procariote
• i compartimenti cellulari

La membrana

• i fosfolipidi
• l’organizzazione a doppio strato
• la fluidità del doppio strato fosfolipidico
• proteine intrinseche e proteine estrinseche
• il citoscheletro come supporto meccanico al doppio strato lipidico

I meccanismi di trasporto delle piccole molecole

• caratteristiche di permeabilità del doppio strato lipidico
• proteine canale e proteine trasportatore: caratteristiche cinetiche dei due sistemi e modalità di funzionamento
• trasportatore del glucosio
• trasporto passivo e trasporto attivo
• pompa del sodio e potassio: modalità di funzionamento
• antiporto e simporto
• regolazione dell’apertura e chiusura dei canali

Mitocondri e sintesi di ATP

• nozioni generali sul processo di glicolisi, ossidazione del piruvato e ciclo di Krebs
• sintesi chemio-osmotica di ATP
• origini evolutive del mitocondrio

Reticolo endoplasmatico rugoso e apparato di Golgi

• sintesi delle proteine di membrana e di secrezione
• glicosilazione e maturazione delle proteine nel Golgi
• traffico vescicolare: formazione di vescicole, movimento delle vescicole, riconoscimento del organello bersaglio

Meccanismi di indirizzamento delle proteine nei compartimenti cellulari

• sequenze segnale e localizzazione delle proteine (entrata nel nucleo, nel reticolo endoplasmatico, nel mitocondrio

Recettori e vie di segnalazione

• la membrana come interfaccia di comunicazione con l’esterno
• recettori: proteine intrinseche e specificità dell'interazione recettore-ligando
• generazione di messaggi intracellulari: attivazione di processi di fosforilazione delle proteine
• chinasi e fosfatasi
• le GTPasi monomeriche e trimeriche
• recettori associati a proteine Gs e Gi e la via di segnalazione dell’AMPc/protein chinasi A.
• recettori associati a proteine Gq e la via di segnalazione della PLC e del Ca⁺⁺.
• i recettori tirosina chinasici e la via delle MAPK, della PI3K, della PLC.
• la via di segnalazione JAK/STAT
• la via di segnalazione attivata dal TGF-b
• l’importanza dell'amplificazione del segnale intracellulare
• meccanismi di disattivazione: degradazione del ligando; internalizzazione del recettore
• gli ormoni steroidei possono attraversare la membrana: recettori citoplasmatici e nucleari

Il citoscheletro:

• microfilamenti contrattili di actina e miosina e il movimento cellulare
• filamenti intermedi
• microtubuli ed il movimento degli organelli
• la contrazione muscolare

La matrice extracellulare e i recettori adesivi

• i collagene, laminina, fibronectina e proteoglicani
• le proteine della matrice extracellulare stabiliscono interazioni multiple
• l’interazione matrice extracellulare-cellula è mediata da recettori specifici: le integrine
• struttura e funzione delle integrine 

Il ciclo cellulare e la mitosi

• il ciclo cellulare G1, S, G2 ed M.
• ruolo delle cicline e delle cdk nella progressione del ciclo cellulare
• i check point del ciclo cellulare: check point di G1 (Rb/E2F), di G2 (p53) e check point mitotico (cdc20/APC).

L’apoptosi

• via intrinseca (p53 e il mitocondrio)
• via estrinseca (i recettori di morte)

Cancro

• le caratteristiche delle cellule tumorali
• oncogeni ed oncosoppressori

Genetica Formale

Il nucleo, i cromosomi, mitosi e ciclo cellulare

La meiosi, Ricombinazione, Crossing-over, Assortimento

Eredità genetica mendelliana

Anomalie e Interferenze dell’eredità mendelliana

Distorsioni delle frequenze, geni associati, eredità del cromosoma X

Mutazioni, origine, riparo e conseguenze

Ereditabilità delle mutazioni, alberi genealogici

Tratti poligenici e quantitativi

Relazione geni-ambiente

Il nostro genoma

Genetica molecolare
I meccanismi dell'ereditarietà genetica

• Duplicazione del DNA 
• Organizzazione e dinamica del genoma eucariote 
• La trascrizione dell'RNA 
• La sintesi delle proteine 
• Le mutazioni 
• Controllo dell'espressione genica 
• Cenni di genetica batterica 
• Analisi mendeliana

Biologia Molecolare

• Dal concetto formale al concetto molecolare di gene: isolamento e clonaggio dei geni.
• La tecnologia del DNA ricombinante
• Il sequenziamento dei geni e dei genomi
• Il genoma umano e gli altri genomi
• Approcci per l'analisi dei genotipi individuali
• Meccanismi epigenetici di controllo dell'espressione genica nel differenziamento e nello sviluppo
• Controllo post-trascrizionale dell'espressione genica
• RNA non codificanti
• Approcci per la misurazione dell'espressione genica
• Manipolazione dell'espressione genica nei diversi organismi
• Strategie per la manipolazione dell'espressione genica in cellule umane a scopi terapeutici

 Genetica umana

1)      La genetica umana per i medici.

• La "rivoluzione genetica" e la medicina personalizzata
• Il progetto genoma umano
• Il progetto HapMap
• Il rischio genetico e la suscettibilità alle malattie
• I test genetici

 2)      Mutazioni e malattie monofattoriali:

• Classificazione delle mutazioni
• Classificazione delle malattie monofattoriali sulla base del difetto genetico
• Identificazione di geni mutati mediante clonaggio funzionale
• Identificazione di geni mutati mediante clonaggio posizionale
• Esempi di malattie monofattoriali

 3)      Geni e popolazioni:

• proporzioni di Hardy-Weinberg; 
• legge dell'equilibrio delle frequenze genotipiche;
• calcolo delle frequenze geniche;
• metodo della conta diretta e indiretta;
• conseguenze genetiche dei matrimoni tra consanguinei

 4)      La medicina darwiniana ed evolutiva. L'evoluzione dell'eziologia. Charles Darwin: vita e pensiero. Evoluzione per selezione naturale. Le quattro domande di Tinbergen. L'alba della Medicina Darwiniana secondo Nesse e Williams. Le principali cause che determinano la nostra suscettibilità ad ammalarci.

 5)      La selezione naturale, l'equilibrio tra selezione e mutazione nelle malattie ereditarie. Il polimorfismo bilanciato e la malaria

 6)      L'istocompatibilità:  il sistema HLA. Identificazione, struttura genetica, funzione. Malattie associate al sistema HLA. I trapianti: barriere biologiche e fattori immunogenetici che ne condizionano la riuscita

 7)      Le malattie complesse:

• eredità dei caratteri quantitativi
• approcci allo studio dei caratteri quantitativi
• esempi di malattie complesse: malattia di Alzheimer, obesità, diabete, tumori solidi e leucemie. Importanza delle modificazioni epigenetiche nelle malattie complesse
• L'impatto dell'era genomica sulle malattie monofattoriali e complesse: i sequenziamenti di nuova generazione e ricadute sulla diagnosi, prognosi e terapia.

 8)      L'impatto dell'era genomica sulle terapie: cenni di farmacogenomica

Durante le lezioni vengono proposti esempi di problem solving, collegamenti tra argomenti del singolo modulo e tra argomenti degli altri moduli.

Il link a moodle di Basi biologiche, molecolari e di genetica medica, per i moduli di Biologia cellulare e Genetica formale e molecolare (SSD BIO/13) (SME0881) e':

https://biotec.i-learn.unito.it/course/index.php?categoryid=53

E' necessario accedervi con le credenziali Universitarie per accedere alle informazioni per connettersi alle lezioni in modalita' telematica salvate progressivamente le lezioni svolte ed i materiali.

NOTA BENE: Per i non immatricolati per ottenere le credenziali di accesso temporanee al mmodle e' necessario compilare il modulo disponibile al seguente link:
https://biotec.i-learn.unito.it/mod/page/view.php?id=6501&inpopup=1

Modulo di Basi Biologiche

L'esame finale di Basi Biologiche è in forma scritta, consistente in 3 parti: una prova di Genetica molecolare, una di Biologia cellulare e una prova di Genetica formale.  Il compito scritto prevede sia domande a scelta multipla, problemi da risolvere, e domande aperte nelle quali lo studente sviluppa i concetti di base e dimostra una conoscenza approfondita dell'argomento. Il punteggio dei quesiti di esame saranno espressi in trentesimi e il voto finale sarà calcolato  come media dei voti delle tre prove. Il voto viene comunicato al termine della correzione degli esami tramite comunicazione su Campusnet. Le indicazioni sulla modalità di esame saranno date con largo anticipo

Modulo di Biologia Molecolare

L'esame finale di Biologia Molecolare è in forma orale. L'esito dell'esame viene espresso in trentesimi. Il voto viene comunicato al termine dell'esame. Le indicazioni sulla modalità di esame saranno date con largo anticipo.

Modulo di Genetica Umana

L'esame finale di Genetica umana è in forma scritta. Il punteggio dei quesiti di esame saranno espressi in trentesimi. Il voto viene comunicato al termine della correzione degli esami tramite comunicazione su Campusnet. Le indicazioni sulla modalità di esame saranno date con largo anticipo.

Il voto finale è calcolato come media ponderata dei voti ottenuti nei 3 moduli.

• Alberts, Biologia Molecolare della Cellula, Zanichelli.
• Alberts, L' essenziale di biologia molecolare della cellula. 
•  Darnell, Biologia Molecolare della Cellula, Zanichelli.

Genetica umana: 

• Read, T. Strachan, Genetica Molecolare Umana, UTET (II ed.). 
• Thompson & Thompson, Genetics in Medicine, Sixth Edition, Nussbaum McInnes Willard. 
• Thompson & Thompson, Genetica in Medicina, Edizione italiana a cura di A. Iolascon e P. Gasparini, Nussbaum McInnes Willard