BIOLOGIA MOLECOLARE E DELLA NUTRIZIONE
Academic Year 2022/2023 - Teacher: Vito Nicola DE PINTOExpected Learning Outcomes
The knowledge regarding the molecular mechanisms implied in gene expression regulation will be acquired by the students with a particular attention to dietary behaviour and molecular mechanisms of the signal transduction controlled by nutrients in physiological and pathological metabolic condition. The molecular mechanisms through which an organism uses nutrients in order to produce the energy necessary to perform normal biological functions, will be highlighted. In addition, it is proposed to illustrate the action of hormones and nutrients on epigenetic modifications and gene expression mechanisms. To the end of the course, the knowdledge of bioinformatic approaches and the molecular biology techniques utilized for the analysis of gene expression regulation.
Course Structure
The teaching is held with lectures using slides and practical lessons. Attendance of the course is mandatory to the extent provided by the study programme.
Should teaching be carried out in mixed mode or remotely, it may be necessary to introduce changes with respect to previous statements, in line with the programme planned and outlined in the syllabus.
Detailed Course Content
Signal transduction pathways in response to nutrients, growth factors, stress signals, intracellular metabolite changes. Signal transduction and activation of gene regulation mediated by membrane receptors (G-protein-coupled, tyrosine kinase): mechanism of action and factors involved in gene transcription regulation. Glucagon-mediated signal transduction, insulin, and control of glucose homeostasis. The regulatory pathway of cell growth, proliferation, and survival. Intracellular receptor-mediated signal transduction and activation of gene regulation: mechanism of action and gene transcription factors involved. The regulatory pathway of growth, metabolism, and cellular homeostasis.
Elements of molecular bioenergetics. Regulation of cellular energy balance in response to nutrient availability. Energy demand and optimal energy expenditure. The mitochondrion as a central regulator of energy homeostasis. Modulation of the activity of specific transcription factors and coactivators involved in metabolism.
Mechanisms of chromatin modification, histone complexes, and DNA implicated in the control of gene expression. Role of DNA methylation. Effects of nutrients on epigenetic modifications and gene expression. Diet-related molecular mechanisms involved in the onset and/or prevention of diseases. Nutrients and non-coding RNA: synthesis and action. Genetically modified foods and their molecular traceability in the agri-food chain. Bioinformatic and experimental methods for identification of transcription factors and regulatory sequences and chromatin modifications.
Textbook Information
Arienti G., IV edizione, Basi Molecolari della Nutrizione, Piccin
Alberts B. et al, VI edizione, Biologia Molecolare della cellula, Zanichelli
Latchman D.S., 2nd edition, Gene control, Garland Science
Lehninger ultima ediz; Nichols DG, Ferguson S - Bioenergetics 4th ed 2014 Academic Press
“Biologia molecolare” di J. Zatlanova, Ediz. Zanichelli
“Biologia molecolare del cancro” di L. Pecorino, Ediz. Zanichelli
“Biologia molecolare del gene” di J. Watson, VII Ediz. Zanichelli
Other additional material will be uploaded on Studium platform.
Course Planning
| Subjects | Text References | |
|---|---|---|
| 1 | La trasduzione del segnale dallo stimolo esterno all’espressione genica in risposta ai nutrienti, fattori di crescita, segnali di stress, variazioni intracellulari di metaboliti. | Alberts B. et al, VI edizione, Biologia Molecolare della cellula, Zanichelli; Arienti G., IV edizione, Basi Molecolari della Nutrizione, Piccin |
| 2 | I meccanismi molecolari della regolazione e dell’espressione genica mediati dai fattori di trascrizione (es.: PPAR, SREBs, LXR, C/EBPs, RXR) coinvolti nella risposta alla disponibilità di nutrienti (carboidrati, acidi grassi, proteine, vitamine) | Latchman D.S., 2nd edition, Gene control, Garland Science, Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |
| 3 | Metodi bioinformatici (es.:uso di UCSC Genome browser, ENCODE, GTXs, MethBank, Genomatix, JASPAR, UniBind) e sperimentali (es.:ChIP, EMSA, gene reporter assay, DNA pull-down assay) per l’identificazione dei fattori di trascrizione e delle rispettive sequenze di regolazione sul DNA | Latchman D.S., 2nd edition, Gene control, Garland Science, Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |
| 4 | Rapporti tra energia biologica e nutrizione. Il bilancio energetico degli organismi viventi. Il destino finale dei nutrienti è nel mitocondrio. La gestione dell’energia di origine alimentare avviene nel mitocondrio. Il metabolismo energetico. Richiesta energetica e spesa energetica ottimale. Il mitocondrio come centrale di regolazione dell’omeostasi energetica | Lehninger ultima ediz; Nichols DG, Ferguson S - Bioenergetics 4th ed 2014 Academic Press ed edizioni successive |
| 5 | Effetti dei nutrienti sulle modificazioni della cromatina e sull’espressione genica: Metilazione del DNA e isole CpG. Rimodellamento della cromatina: modificazioni degli istoni; azione dei “complessi di rimodellamento”; sostituzioni di varianti istoniche. Silenziamento epigenetico e imprinting. Tecniche d’analisi della metilazione del DNA. | “Biologia molecolare” di J. Zatlanova, Ediz. Zanichelli; Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |
| 6 | Meccanismi molecolari pro- e anticancerogeni dei costituenti della dieta; chemioprevenzione con cibi “migliorati”; l’azione dei microcostituenti di frutta e verdura sulla regolazione genica; l’effetto delle carenze nutrizionali e dell’obesità | “Biologia molecolare del cancro” di L. Pecorino, Ediz. Zanichelli; Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |
| 7 | Nutrienti ed RNA non codificanti: Meccanismi di regolazione genica di miRNA e siRNA | “Biologia molecolare del gene” di J. Watson, VII Ediz. Zanichelli; Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |
| 8 | Alimenti geneticamente modificati: Elementi di ingegneria genetica applicati alle piante alimentari; OGM e loro tracciabilità molecolare nella filiera agroalimentare | Arienti G., IV edizione, Basi Molecolari della Nutrizione, Piccin; Articoli da riviste scientifiche indicati dal docente |