GENETICA MOLECOLARE UMANA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- CHIARA SCAPOLI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- BIO/18
Obiettivi formativi
- L’insegnamento di Genetica molecolare umana, che si tiene al primo semestre del III anno del corso di studio in Scienze biologiche, si propone di guidare gli studenti alla comprensione dei meccanismi molecolari attraverso i quali le caratteristiche biologiche vengono ereditate ed espresse nell’uomo con particolare dettaglio all’aspetto molecolare. Verranno illustrati i principali approcci per l'analisi genetica dei caratteri mendeliani e complessi nell'uomo e l'impatto delle nuove conoscenze del genoma sui metodi di mappatura dei geni sui cromosomi umani. Verranno inoltre presentati i concetti di base di genetica di popolazione e della genetica dei tumori.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso, lo studente avrà appreso i principali strumenti di analisi del genoma umano e le basi molecolari delle malattie genetiche. In particolare, lo studente conoscerà i principali approcci per l'analisi genetica di caratteri Mendeliani e complessi (analisi di linkage, associazione allelica anche estesi a tutto il genoma, GWAS), elementi di patologia molecolare ed i principali strumenti bioinformatici per l'analisi del genoma umano oltre alle tecniche comunemente utilizzate in laboratorio per l’analisi del DNA e dei suoi polimorfismi.
Capacità applicative:
Verranno acquisite le principali metodologie utilizzate nell'analisi genetica umana, in particolare la capacità di (a) determinare le modalità di ereditarietà di caratteri mendeliani semplici o complessi attraverso approcci basati sulla famiglia o sulla popolazione; (b) stimare la probabilità di trasmissione genitore-figlio di un tratto; e (c) valutare il legame genetico tra geni o alleli attraverso studi basati sulla popolazione o sulla famiglia. Verranno inoltre acquisite le seguenti competenze: a) uso dei principali test statistici per verificare la significatività dei dati sperimentali; b) analisi genetica a livello di popolazione; c) metodologie di base per la caratterizzazione dei polimorfismi del DNA.
Autonomia di giudizio:
Acquisizione di capacità critiche nell’analisi dei risultati di test genetici e nella loro interpretazione. Consapevolezza della natura probabilistica delle predizioni riguardanti la trasmissione dei caratteri alla discendenza. Consapevolezza delle complesse relazioni esistenti tra genotipo e fenotipo e della importanza evolutiva della variabilità genetica. Interpretazione critica dei test statistici per verificare la significatività e le deduzioni ottenute dall’analisi dei dati sperimentali.
Abilità nella comunicazione:
Capacità di esprimere le informazioni e i concetti appresi attraverso una corretta terminologia scientifica. Capacità di comunicare e spiegare in termini corretti, anche a non specialisti, tematiche che riguardano l’eredità, le relazioni tra genotipo e fenotipo e basi molecolari delle malattie genetiche nell’uomo.
Capacità di apprendere:
Acquisizione di conoscenze di base necessarie per studi avanzati di genetica umana molecolare e per la comprensione globale dei fenomeni biologici, anche attraverso lo sviluppo di capacità di collegamento tra i vari processi biologici e genetica con le altre discipline. Prerequisiti
- Sebbene non vi siano propedeuticità, lo studente deve possedere una buona conoscenza dei fondamenti di genetica formale e biologia generale, citogenetica, biologia molecolare e biochimica.
Contenuti del corso
- Il corso fornisce un quadro generale delle nozioni fondamentali della genetica umana molecolare: dai principi Mendeliani alla medicina genomica. Al termine del corso, lo studente deve aver compreso con chiarezza i seguenti concetti:
Genetica di popolazione (8 ore)
Popolazione mendeliana e pool genico. Legge di Hardy-Weinberg: definizione, calcolo delle frequenze alleliche e genotipiche, esempi e problemi. Fattori di disturbo dell'equilibrio di H-W: deriva genetica, effetto del fondatore e collo di bottiglia, isolati genetici, inincrocio, mutazione, selezione, migrazione, vantaggio dell'eterozigote. Equilibrio mutazione-selezione.
La variabilità genetica umana e le sue conseguenze (6 ore).
Varie classi di varianti genetiche. Principali tipi di polimorfismi del DNA usati come marcatori genetici (varianti rare e comuni). Patologia molecolare: capire l'effetto funzionale delle varianti genetiche; effetti funzionali delle mutazioni puntiformi; mutazione per perdita di funzione o guadagno di funzione in relazione a dominanza-recessività. Mutazioni dinamiche e malattie da ripetizioni di trinucleotidi. Varianti strutturali submicroscopiche: varianti del numero di copie (CNVs) e loro effetti patologici; il crossing over ineguale come meccanismo che genera varianti strutturali.
Studio dell’eredità delle malattie su base mendeliana semplice nell’uomo (10 ore).
- Analisi genetica di caratteri umani ed impiego degli alberi genealogici. Principali modelli di trasmissione di caratteri mendeliani (eredità autosomica dominante, recessiva, legata al cromosoma X). La mappatura genetica di caratteri mendeliani. Ruolo della ricombinazione nel mappaggio genetico. Analisi di linkage e metodo del Lod Score. Analisi di linkage a scopo diagnostico o predittivo (analisi indiretta).
Studio dell’eredità nell’uomo delle malattie complesse o multifattoriali (10 ore).
- Strategie per l'identificazione dei fattori genetici implicati in malattie complesse. Analisi di linkage non-parametrica, studi di associazione caso controllo, studi di associazione estesi a tutto il genoma (GWAS). Misura dell'effetto di una variante di suscettibilità: rischio relativo e odds ratio (OR). Livelli di significatività e test multipli.
-Caratteri quantitativi. Modello poligenico. Modello multifattoriale a soglia (per caratteri discontinui). Concetto di ereditabilità. Grado di aggregazione familiare e studi di gemelli per la stima dell'ereditabilità.
Studio del linkage disequilibrium e progetto HapMap (6 ore).
I limiti degli studi di associazione per l'identificazione dei fattori di predisposizione a malattie complesse. Modello “common disease-common variant” e ruolo di molteplici varianti rare nelle malattie complesse. Struttura e analisi molecolare del genoma umano. Next generation sequencing: caratteristiche generali. Exome sequencing e sue applicazioni.
Nell'ambito del corso si svolgeranno laboratori sull'interrogazione dei principali browser genomici (NCBI, Ensembl, UCSC, ecc.) e delle banche dati genomiche (dbSNPs, gnomAD, ecc.) a completamento della preparazione individuale. (8 ore) Metodi didattici
- Il corso, per un totale di 48 ore (6 CFU), è strutturato in lezioni teoriche frontali ed esercitazioni riguardanti l’analisi e la risoluzione di sperimentazioni virtuali (per 40 ore). Nell'ambito del corso si svolgeranno laboratori sull'interrogazione dei principali browser genomici (NCBI, Ensembl, UCSC, ecc.) e delle banche dati genomiche (dbSNPs, gnomAD, ecc.) a completamento della preparazione individuale (8 ore).
Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive su power-point e, per la miglior comprensione di alcuni argomenti, anche della lavagna classica. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.
A seconda di come evolverà l'emergenza sanitaria l'esame potrà svolgersi nelle seguenti due modalità (la scelta dipenderà dalle condizioni sanitarie a dicembre e dalle decisioni degli Organi Accademici).
In base alle disposizioni attuali, l’esame viene svolto in presenza: consiste in un elaborato scritto composto da 7 domande a risposta multipla e 4 domande aperte. Le risposte alle 4 domande aperte vengono giudicate sia per il contenuto sia per il linguaggio scientifico appropriato, ed il punteggio massimo per ognuna è di punti 4.5. Alle 7 domande multiple viene assegnato un punteggio massimo per ognuna di punti 2 (con una penalità di -0.5 in caso di risposta errata ). La prova avrà durata complessiva di 1.5 ore.
Nel caso in cui l'esame non si possa svolgere in presenza (causa peggioramento delle condizioni sanitarie e su indicazione dell'Ateneo) l'esame si svolgerà tramite piattaforma telematica: consisterà in 20 domande di cui 18 a risposta multipla (per ognuna sarà assegnato un punteggio pari a 2 con penalità pari a 0.25 in caso di risposta errata), le ultime due domande saranno aperte e varranno 5 punti l’una. L'esame sarà superato per un punteggio pari o superiore a 26, la lode si otterrà con punteggi superiori a 44. La prova avrà durata complessiva di 50 minuti.
In entrambe le modalità i punteggi verranno espressi in trentesimi e risulta dal punteggio complessivo ottenuto nella prova, il punteggio minimo necessario per ritenere la superata la prova d'esame è 18/30.
Per gli studenti con esigenze speciali verranno previste modalità compensative. Testi di riferimento
- Testo raccomandato:
- Strachan T., Read A.P. Genetica Molecolare Umana (2a edizione, 2021). Zanichelli
- Strachan T, Goodship J, Chinnery P - Titolo: "Genetica & Genomica nelle scienze mediche" (2016) Zanichelli
Altri testi:
- Neri G, Genuardi M - Titolo: "Genetica Umana e Medica" (4a edizione, 2017) Edra
- RL Nussbaum, RR Mclness, HF Williard - Titolo: "Thompson e Thompson Genetica in Medicina" edizione/2018, EDISES
