Italiano

Il corso verterà sullo studio degli aspetti fondamentali dell’organizzazione del genoma dei mammiferi e dell’espressione genica. Verranno inoltre trattati i meccanismi molecolari alla base dei fenomeni epigenetici.
Verranno approfondite le conseguenze patologiche delle epimutazioni nell’uomo. Inoltre verranno trattate alcune tecniche atte a studiare la funzione del genoma e ad identificare difetti epigenetici. Gli argomenti trattati saranno i seguenti:
1-Principi di base della struttura e organizzazione del genoma;
2-Basi molecolari della regolazione epigenetica;
3-Epigenetica dello sviluppo e malattie nell’uomo;
4-Approcci metodologici per lo studio delle modifiche epigenetiche.

 Romani M. Epigenetica, I edizione/2021. Zanichelli
 Strachan T, Goodship J, Chinnery P. Genetica e Genomica nelle Scienze Mediche, I edizione/2016. Zanichelli
 Paro R, Grossniklaus U, Santoro R, Wutz A. Introduction to epigenetics, I edizione/2021. Springer-
Open Access at: https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-030-68670-3

Copie pdf delle diapositive presentate a lezione sono disponibili sullo sharepoint di ateneo, accessibile dalla pagina web del docente: http://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=701329

L’insegnamento ha lo scopo di fornire allo studente conoscenze dettagliate sulla funzione del genoma e sulla regolazione epigenetica dello stesso. Si prefigge inoltre di portare lo studente a conoscenza delle tecniche e delle strategie utilizzate in epoca post- genomica, per lo studio della funzione delle sequenze geniche, delle loro interazioni e dei meccanismi che ne regolano l’espressione. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: - analizzare e discutere con padronanza argomenti di genomica; - proporre strategie di indagine per lo studio dei fenomeni genomici ed epigenetici.

Conoscenze di base di Genetica e Biologia Molecolare.

Il corso è articolato in lezioni frontali svolte dal docente e discussion in aula di articoli scientifici, svolte dagli studenti, atte a stimolare la capacità di inquadrare e approfondire problematiche scientifiche, a conseguire capacità comunicative e a stimolare autonomia di giudizio.

La verifica finale prevede un esame orale teso a verificare la conoscenza dei meccanismi genomici ed epigenomici e dei difetti associati a una deregolazione di questi. Verrà inoltre valutata la conoscenza delle metodologie utilizzate per gli studi -omici.
La valutazione finale, espressa in trentesimi, tiene conto della capacità di comprensione e apprendimento degli argomenti trattati, l'uso dei termini scientifici adeguati e la capacità di collegamento fra concetti diversi.

Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati nella sua pagina web: http://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=701329

1-Concetto di genoma. Genoma nucleare e genoma mitocondriale. Il Progetto Genoma Umano. Struttura del genoma umano. Genoma codificante e non codificante. Densità genica. Duplicazione segmentale. Meccanismi di duplicazione genica. Pseudogeni e retrogeni. Famiglie geniche. DNA non codificante ripetuto in tandem. Eterocromatina costitutiva. DNA satellite, minisatellite e microsatellite. I trasposoni. Sviluppo del progetto ENCODE. Progetto 1000 Genomi.
2-Elementi regolatori cis-agenti e trans-agenti. Promotore. Potenziatori e Silenziatori. Elementi isolatori e domini topologicamente associati. Concetto di Epigenetica. Epigenetica e Ambiente. La metilazione eucariotica e la metilazione batterica. Deamminazione della 5mC. Isole CpG, shore e shelf. Metilazione de novo e di mantenimento. DNMT. Demetilazione passiva e attiva. 5hmC e TET. Proteine MBD. Istoni e replicazione del DNA. Varianti istoniche. Modificazione istoniche: acetilazione, metilazione ed enzimi coinvolti. Funzioni delle metilazioni istoniche. Complessità del codice istonico. siRNA, miRNA, piRNA. Lnc RNA e loro funzioni in cis e in trans. Accessibilità cromatinica e siti ipersensibili alla DNAasi I. Complessi di rimodellamento cromatinico mediante idrolisi di ATP. Rimodellatori SWI/SNF, ISWI, CHD e INO80. Rimodellatori cromatinici nel riparo del DNA e nelle patologie.
3-Riprogrammazione epigenetica nell'embrione precoce. Dinamica di demetilazione del genoma materno e paterno. Inattivazione e riprogrammazione del cromosoma X. Imprinting genomico e malattie da imprinting nell'11p15.5. Pluripotenza e staminalità. Promotori bivalenti e altre variazioni epigenetiche nel differenziamento cellulare. Cellule ES naive e primed. Cellule iPS. Principali effetti di dieta e inquinanti sulle modifiche epigenetiche. Caratteristiche genetiche ed epigenetiche del cancro e progressione neoplastica. Mutazioni driver e mutazioni passenger. Eterogeneità tumorale. Mutazioni genetiche ed epigenetiche comuni nel cancro. Profili di metilazione e idrossimetilazione nei tumori. Cellule staminali tumorali. Metastatizzazione.
4-Metodi aspecifici e metodi specifici per lo studio di modifiche epigenetiche. Enzimi di restrizione sensibili alla metilazione. Saggio HUMARA. Trattamento sodio bisolfito. Sequenziamento diretto, clonaggio e sequenziamento, COBRA, MSP e Pirosequenziamento. Array di metilazione. Metodiche basate su NGS: WGBS e nanopore sequencing, TAB-seq, ChIP-seq, Mnase-seq, DNaseI-seq, ATAC-seq e FAIRE, RNA-seq e RIP.

Italian

The course will focus on the study of the fundamental aspects of the organization of the mammalian genome and gene expression. The molecular mechanisms underlying epigenetic phenomena will also be treated.
The pathological consequences of epimutations in humans will be explored. In addition, to study the function of the genome and to identify epigenetic defects, some technical approach will be also illustrated. The topics covered will be the following:
1-Basic principles of the structure and organization of the genome;
2-Molecular basis of epigenetic regulation;
3-Epigenetics of development and human diseases;
4-Methodological approaches for the study of epigenetic modifications.

 Romani M. Epigenetica, I edition/2021. Zanichelli
 Strachan T, Goodship J, Chinnery P. Genetica e Genomica nelle Scienze Mediche, I edition/2016. Zanichelli
 Paro R, Grossniklaus U, Santoro R, Wutz A. Introduction to epigenetics, I edition/2021. Springer-
Open Access at: https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-030-68670-3

Pdf copies of the slides shown in class are available on university sharepoint, accessible at the teacher's webpage: http://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=701329

Aim of the course is to provide the student with detailed knowledge on the function of the genome and its epigenetic regulation. It also aims to make the student aware of the techniques and strategies used in the post-genomic era, for the study of the function of gene sequences, their interactions and the mechanisms that regulate their expression. At the end of the course, the student will be able to: - analyze and discuss genomics topics with mastery; - propose investigation strategies for the study of genomic and epigenetic phenomena.

Basic knowledge of Genetics and Molecular Biology.

The course is divided into lectures held by the teacher and seminars carried out by the students on relevant and recently published scientific articles, designed to stimulate the ability to understand and investigate scientific problems, to achieve communication skills and to stimulate independent considerations.

The final examination will include oral questions designed to assess the knowledge of genomic and epigenomic mechanisms and of the defects associated with their deregulation. Knowledge of the methodologies used for -omics studies will also be evaluated.
The final grade, expressed in thirtieths, will take into account the ability to understand and learn the covered topics, the use of appropriate scientific terms and the ability to link different concepts.

The teacher is available to receive students on the days indicated on her web page: http://www.distabif.unicampania.it/dipartimento/docenti?MATRICOLA=701329

1-Concept of genome. Nuclear genome and mitochondrial genome. The Human Genome Project. Structure of the human genome. Coding and non-coding genome. Gene density. Segmental duplication. Gene duplication mechanisms. Pseudogenes and retrogenes. Gene families. Non-coding DNA repeated in tandem. Constitutive heterochromatin. Satellite, minisatellite and microsatellite DNA. The transposons. Development of the ENCODE project. 1000 Genomes Project.
2-Cis-acting and trans-acting regulatory elements. Promoter. Enhancers and Silencers. Insulator elements and topologically associated domains. Concept of epigenetics. Epigenetics and Environment. Eukaryotic methylation and bacterial methylation. Deamination of 5mC. CpG islands, shore and shelf. De novo and maintenance methylation. DNMT. Passive and active demethylation. 5hmC and TET. MBD proteins. Histones and DNA replication. Histone variants. Histone modifications: acetylation, methylation and enzymes involved. Functions of histone methylations. Complexity of the histone code. siRNAs, miRNAs, piRNAs. Lnc RNA and their in cis and in trans functions. Chromatin accessibility and DNAase I hypersensitive sites. ATP-dependent chromatin remodeling complexes: SWI/SNF, ISWI, CHD and INO80 remodelers. Chromatin remodelers in DNA repair and pathologies.
3-Epigenetic reprogramming in the early embryo. Dynamics of demethylation of the maternal and paternal genome. X chromosome inactivation and reprogramming. Genomic imprinting and imprinting diseases in 11p15.5. Pluripotency and stemness. Bivalent promoters and other epigenetic variations in the cellular differentiation. Naïve and primed ES cells. iPS cells. Main effects of diet and pollutants on epigenetic modifications. Genetic and epigenetic cancer features and neoplastic progression. Driver mutations and passenger mutations. Tumor heterogeneity. Genetic and epigenetic mutations common in cancer. Methylation and hydroxymethylation profiles in tumors. Cancer stem cells. Metastasis.
4-Non-specific methods and specific methods for the study of epigenetic modifications. Restriction enzymes sensitive to methylation. HUMARA test. Sodium bisulfite treatment. Direct sequencing, cloning and sequencing, COBRA, MSP and Pyrosequencing. Methylation arrays. Methods based on NGS: WGBS and nanopore sequencing, TAB-seq, ChIP-seq, Mnase-seq, DNaseI-seq, ATAC-seq and FAIRE, RNA-seq and RIP.