Genetica e Biologia Molecolare - Genetics and Molecular Biology

Lezioni 1-4 (Prof.ssa Morlando) - Introduzione alla complessità del mondo dell'RNA. - Metodi per la generazione di sistemi modello cellulari per lo studio del differenziamento cellulare e dell'organizzazione dei tessuti. Esempi di differenziamento muscolare e neuronale 2D in vitro, nonché la generazione di colture 3D (ad esempio, organoidi). - Diverse applicazioni della tecnologia CRISPR: a) per eseguire l'editing genomico; b) per controllare in modo reversibile l'espressione genica; c) per eseguire screening genetici. Lezioni 5-7 (Prof. Setti) - Metodologie pratiche per la progettazione di esperimenti CRISPR-KO combinati con l'uso di RNA-sequencing per esplorare l'effetto del KO sull'espressione genica. La lezione includerà l'analisi dell'RNA-sequencing utilizzando la piattaforma Galaxy per eseguire la pre-elaborazione e l'allineamento dei file FASTQ al genoma di riferimento. Il software IGV verrà utilizzato per esplorare le delezioni o mutazioni indotte nel locus bersaglio nelle cellule attraverso l'analisi delle letture allineate. Verranno poi presentate la quantificazione dell'espressione genica, l'analisi dell'espressione differenziale e l'analisi di arricchimento dei termini GO. Lezioni 8-9 (Prof.ssa Morlando) - Approcci a singola cellula basati su droplet e su pozzetti. - Trascrittomica spaziale. Lezioni 10-12 (Prof. Setti) - Metodi per l'analisi dei dati trascrittomici a singola cellula provenienti da diversi sistemi modello, tra cui: elaborazione dei dati, filtraggio della qualità delle cellule, riduzione della dimensionalità e clustering, metodi di integrazione di base, metodologie di espressione differenziale per identificare l'identità della popolazione cellulare o per confrontare le condizioni (ad esempio, WT vs KO), analisi della traiettoria utilizzando Monocle o RNA-velocity. Questo modulo includerà l'analisi approfondita di articoli scientifici selezionati utilizzati come riferimento (esempio di sistema di cellule immunitarie, organoidi neuro-muscolari, ecc.). - Metodi per l'integrazione di dati multi-omici in omiche a singola cellula, come epigenoma (ATAC-seq), trascrittoma (RNA-seq) e codici a barre genomici. Analisi del pathway e calcolo del Module-score. Verranno menzionate metodologie avanzate, come il Topic modelling e l'applicazione Scenic+. Lezione 13 (Prof. Setti) - Indagine sulla biologia dell'RNA utilizzando strumenti web, tra cui: i) Strumenti web utilizzati per indagare l'espressione dei geni in vari organismi, tessuti e condizioni patologiche (es. GTEX). ii) Indagine sulle dipendenze genetiche utilizzando progetti di caratterizzazione funzionale su larga scala (es. DEPMAP) e dataset sul cancro (es. CBIO portal). iii) Database di Trascrittomica Spaziale applicata al cervello umano. Lezioni 14-15 (Prof.ssa Morlando) - RNA corti (microRNA): - Metodi di sequenziamento dell'RNA corto per studiare l'espressione dei microRNA. - Metodi per lo studio della loro modalità d'azione e l'identificazione del bersaglio (es. CLASH). - Metodi per inibire i miRNA espressi endogenamente o per recuperare la loro espressione persa in condizioni patologiche. - I miRNA nei fluidi corporei: origine e utilizzo come biomarcatori; metodi per la loro rilevazione. Lezioni 16-17 (Prof. Setti) - Introduzione alle letture chimeriche (chimeric-reads). Spiegazione approfondita della metodologia CLASH che consente di catturare i microRNA legati, inclusi gli elementi di RNA bersaglio dei microRNA. - Caratterizzazione delle interazioni RNA:RNA con diversi approcci basati su derivati del psoralene tra cui PARIS, SPLASH e COMRADES, approcci basati su proteine tra cui MARIO e RIC-seq o nuove frontiere come le metodologie basate sul chetosale (KARR-seq). Approccio RNA-SPRITE. Lezioni 18 (Prof. Setti) - Introduzione alla struttura secondaria dell'RNA. - Analisi dei principali approcci utilizzati per sondare le strutture dell'RNA. Confronto tra SHAPE e DMA-Map-seq. Lezioni 19-21 (Prof.ssa Morlando) - Nuovi concetti in trascrittomica: epitrascrittomica. L'importanza dell'epitrascrittoma nel controllo dell'espressione genica e nel contribuire a diversi fenotipi di malattia. - Metodi innovativi per catturare la sequenza/modificazione dell'RNA e la diversità del trascritto. - Sequenziamento a lunghe letture (Long reads sequencing): Oxford Nanopore e PacBio. Lezione 22 (Prof.ssa Morlando) - Principi di analisi epitrascrittomica, strumenti disponibili, confronti ed esempio di workflow (es. Nanocompore). - Sessione pratica con approccio dettagliato all'analisi dei dati da esperimenti di sequenziamento di RNA nativo. Lezioni 23-24 (Prof. Setti) - Introduzione alle funzioni e alle attività regolatorie delle RBP (Proteine leganti l'RNA). - Metodologie per studiare i siti di legame delle RBP (RNAcompete, metodologie CLIP, ecc.). - Metodologie utilizzate per studiare i siti di modificazione dell'RNA nell'RNA: esempi di meRIP-seq e mi-CLIP.

Un background biologico o biomedico è richiesto, incluse le conoscenze di base di biologia molecolare, biochimica e cellulare. Dimestichezza con la lettura di riviste scientifiche in inglese è utile ma non necessaria. Per il modulo di “Strumenti di Analisi” non è necessaria alcuna esperienza pregressa, ma la familiarità con internet ed i sistemi base operativi (Linux, Mac OSX, Windows 10) è preferibile.

piattaforma e-learning (articoli scientifici e materiale fornito dal docente)

La frequenza non è obbigatoria ma fortemente consigliata

La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove lo studente è invitato a presentare un articolo scientifico di proprio interesse in cui vengano applicate una o più metodologie trattate durante il corso. Seguirà discussione e domande estese a tutti gli argomenti del programma.

Le lezioni verranno svolte come didattica frontale mediante la presentazione di Slides che verranno in seguito rese disponibili agli studenti. Durante le lezioni verrà stimolata la discussione sulle diverse tematiche in programma in modo da verificare lezione dopo lezione il grado di acquisizione delle tematiche trattate da parte dello studente

Lezioni 1-4 (Prof.ssa Morlando) - Introduzione alla complessità del mondo dell'RNA. - Metodi per la generazione di sistemi modello cellulari per lo studio del differenziamento cellulare e dell'organizzazione dei tessuti. Esempi di differenziamento muscolare e neuronale 2D in vitro, nonché la generazione di colture 3D (ad esempio, organoidi). - Diverse applicazioni della tecnologia CRISPR: a) per eseguire l'editing genomico; b) per controllare in modo reversibile l'espressione genica; c) per eseguire screening genetici. Lezioni 5-7 (Prof. Setti) - Metodologie pratiche per la progettazione di esperimenti CRISPR-KO combinati con l'uso di RNA-sequencing per esplorare l'effetto del KO sull'espressione genica. La lezione includerà l'analisi dell'RNA-sequencing utilizzando la piattaforma Galaxy per eseguire la pre-elaborazione e l'allineamento dei file FASTQ al genoma di riferimento. Il software IGV verrà utilizzato per esplorare le delezioni o mutazioni indotte nel locus bersaglio nelle cellule attraverso l'analisi delle letture allineate. Verranno poi presentate la quantificazione dell'espressione genica, l'analisi dell'espressione differenziale e l'analisi di arricchimento dei termini GO. Lezioni 8-9 (Prof.ssa Morlando) - Approcci a singola cellula basati su droplet e su pozzetti. - Trascrittomica spaziale. Lezioni 10-12 (Prof. Setti) - Metodi per l'analisi dei dati trascrittomici a singola cellula provenienti da diversi sistemi modello, tra cui: elaborazione dei dati, filtraggio della qualità delle cellule, riduzione della dimensionalità e clustering, metodi di integrazione di base, metodologie di espressione differenziale per identificare l'identità della popolazione cellulare o per confrontare le condizioni (ad esempio, WT vs KO), analisi della traiettoria utilizzando Monocle o RNA-velocity. Questo modulo includerà l'analisi approfondita di articoli scientifici selezionati utilizzati come riferimento (esempio di sistema di cellule immunitarie, organoidi neuro-muscolari, ecc.). - Metodi per l'integrazione di dati multi-omici in omiche a singola cellula, come epigenoma (ATAC-seq), trascrittoma (RNA-seq) e codici a barre genomici. Analisi del pathway e calcolo del Module-score. Verranno menzionate metodologie avanzate, come il Topic modelling e l'applicazione Scenic+. Lezione 13 (Prof. Setti) - Indagine sulla biologia dell'RNA utilizzando strumenti web, tra cui: i) Strumenti web utilizzati per indagare l'espressione dei geni in vari organismi, tessuti e condizioni patologiche (es. GTEX). ii) Indagine sulle dipendenze genetiche utilizzando progetti di caratterizzazione funzionale su larga scala (es. DEPMAP) e dataset sul cancro (es. CBIO portal). iii) Database di Trascrittomica Spaziale applicata al cervello umano. Lezioni 14-15 (Prof.ssa Morlando) - RNA corti (microRNA): - Metodi di sequenziamento dell'RNA corto per studiare l'espressione dei microRNA. - Metodi per lo studio della loro modalità d'azione e l'identificazione del bersaglio (es. CLASH). - Metodi per inibire i miRNA espressi endogenamente o per recuperare la loro espressione persa in condizioni patologiche. - I miRNA nei fluidi corporei: origine e utilizzo come biomarcatori; metodi per la loro rilevazione. Lezioni 16-17 (Prof. Setti) - Introduzione alle letture chimeriche (chimeric-reads). Spiegazione approfondita della metodologia CLASH che consente di catturare i microRNA legati, inclusi gli elementi di RNA bersaglio dei microRNA. - Caratterizzazione delle interazioni RNA:RNA con diversi approcci basati su derivati del psoralene tra cui PARIS, SPLASH e COMRADES, approcci basati su proteine tra cui MARIO e RIC-seq o nuove frontiere come le metodologie basate sul chetosale (KARR-seq). Approccio RNA-SPRITE. Lezioni 18 (Prof. Setti) - Introduzione alla struttura secondaria dell'RNA. - Analisi dei principali approcci utilizzati per sondare le strutture dell'RNA. Confronto tra SHAPE e DMA-Map-seq. Lezioni 19-21 (Prof.ssa Morlando) - Nuovi concetti in trascrittomica: epitrascrittomica. L'importanza dell'epitrascrittoma nel controllo dell'espressione genica e nel contribuire a diversi fenotipi di malattia. - Metodi innovativi per catturare la sequenza/modificazione dell'RNA e la diversità del trascritto. - Sequenziamento a lunghe letture (Long reads sequencing): Oxford Nanopore e PacBio. Lezione 22 (Prof.ssa Morlando) - Principi di analisi epitrascrittomica, strumenti disponibili, confronti ed esempio di workflow (es. Nanocompore). - Sessione pratica con approccio dettagliato all'analisi dei dati da esperimenti di sequenziamento di RNA nativo. Lezioni 23-24 (Prof. Setti) - Introduzione alle funzioni e alle attività regolatorie delle RBP (Proteine leganti l'RNA). - Metodologie per studiare i siti di legame delle RBP (RNAcompete, metodologie CLIP, ecc.). - Metodologie utilizzate per studiare i siti di modificazione dell'RNA nell'RNA: esempi di meRIP-seq e mi-CLIP.

Un background biologico o biomedico è richiesto, incluse le conoscenze di base di biologia molecolare, biochimica e cellulare. Dimestichezza con la lettura di riviste scientifiche in inglese è utile ma non necessaria. Per il modulo di “Strumenti di Analisi” non è necessaria alcuna esperienza pregressa, ma la familiarità con internet ed i sistemi base operativi (Linux, Mac OSX, Windows 10) è preferibile.

piattaforma e-learning (articoli scientifici e materiale fornito dal docente)

La frequenza non è obbigatoria ma fortemente consigliata

La modalità di valutazione consisterà in un esame orale dove lo studente è invitato a presentare un articolo scientifico di proprio interesse in cui vengano applicate una o più metodologie trattate durante il corso. Seguirà discussione e domande estese a tutti gli argomenti del programma.

Le lezioni verranno svolte come didattica frontale mediante la presentazione di Slides che verranno in seguito rese disponibili agli studenti. Durante le lezioni verrà stimolata la discussione sulle diverse tematiche in programma in modo da verificare lezione dopo lezione il grado di acquisizione delle tematiche trattate da parte dello studente