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Oggetto:
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Cellular neurobiology

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Cellular neurobiology

Oggetto:

Academic year 2022/2023

Course ID
NEU0266B
Teachers
Prof.ssa Paola Defilippi (Lecturer)
Prof. Giorgio Roberto Merlo (Lecturer)
Year
1st year
Teaching period
First semester
Type
Distinctive
Credits/Recognition
5
Course disciplinary sector (SSD)
BIO/13 - experimental biology
Delivery
Blended
Language
English
Attendance
Obligatory
Type of examination
Written and oral
Type of learning unit
modulo
Modular course
Molecular and cellular neurobiology (NEU0266)
Prerequisites
A good knowledge of basic cell and molecular biology.
Knowledge in Developmental Biology
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Course objectives

The module aims to deal in detail with the cellular basis of functioning and development and of the central nervous system, regarding both the neuronal component and the different populations of glial cells. Particular attention will be paid to the mechanisms that govern the cellular processes characteristic of neurons and glia, with specific regard to the structural organization of synaptic communication. Furthermore, the module aims to deal in depth with cellular methods and the main animal models for the study and modeling of the nervous system, in normal and pathological conditions.

Specific objectives of the module will be:

- Guide the student to understand the complexity of neuronal, astrocytic and oligodendrocyte cells, with particular attention to the more specific molecular components and their dynamics.

- Analyze the role and mechanisms of neuronal migration in normal and pathological development, examining the main signaling molecules and signal transduction pathways, as well as the cytoskeletal and membrane trafficking processes relevant to axon guidance and differentiation.

- Analyze the role of protein :: protein interactions, of scaffold molecules and chaperons, and of protein stability / degradation, with special attention to those involved in the organization of synaptic transmission.

- To analyze the main experimental approaches of neuroscience at the cellular and tissue level, with particular regard to in vitro, ex vivo or combined cultures, using 2D and 3D strategies (organoids).

- Describe the main strategies for the priduction of animal models, aimed at studying the normal development of the nervous system or at understanding its pathologies.

- Guide the student to understand the advantages and limitations of the different experimental approaches, through examples from recent literature.

- Guide the student to the study of the molecular basis of some pathologies of the nervous system, both congenital and acquired.

 

Il modulo si propone di trattare in dettaglio le basi cellulari del funzionamento e dello sviluppo e del sistema nervoso centrale, riguardo sia alla componente neuronale che alle diverse popolazioni di cellule gliali. Particolare attenzione verrà dedicata ai meccanismi che governano i processi cellulari caratteristici dei neuroni e della glia, con specifico riguardo all’organizzazione strutturale della comunicazione sinaptica. Inoltre, il modulo si propone di trattare in profondità i metodi cellulari e i principali modelli animali per lo studio e la modellizzazione del sistema nervoso, in condizioni normali e patologiche.

Obiettivi specifici del modulo saranno:

- Guidare lo studente alla comprensione della complessità molecolare delle cellule neuronali, astrocitarie e oligodendrocitarie, con particolare attenzione ai programmi di espressione genica e di controllo epigenetico.

- Analizzare i meccanismi che legano i sistemi di trasduzione del segnale alla modulazione dinamica dell’espressione genica e il loro ruolo biologico.

- Analizzare il ruolo dei condensati molecolari di proteine ed RNA e dei meccanismi struturali di organizzazione locale nei neuroni e nelle cellule gliali, in relazione al differenziamento neuronale e alla funzionalità sinaptica.

- Analizzare i principali approcci di analisi molecolare e di ricerca di biomarcatori, sia a livello generale che di singole cellule, mediante l’integrazione di tecnologie sperimentali e computazionali.

- Descrivere le principali strategie per l’ingegnerizzazione genetica, il genome editing e la modificazione del metabolismo degli RNA, sia a scopo di studio che nella prospettiva  di applicazioni terapeutiche.

- Guidare lo studente alla comprensione dei vantaggi e dei limiti dei diversi approcci sperimentali, attraverso esempi dalla recente letteratura.

- Guidare lo studente allo studio delle basi molecolari di alcune patologie del sistema nervoso, sia congenite che acquisite.

Oggetto:

Results of learning outcomes

At the end of the course, the student must demonstrate that she/he:

- Understands the complexity of the neuronal, astrocyte and oligodendrocyte cell, with particular attention to the molecular components and their dynamics.

- Has studied the role and mechanisms of neuronal migration in normal and pathological development.

- Knows some signals and the main signal transduction pathways relevant for differentiation and axon guidance.

- Understands the role of protein :: protein interactions, scaffold molecules and chaperons, and protein stability / degradation in the main cellular processes that characterize neural cells, with particular regard to synaptic organization.

- Has studied the experimental approaches of neuroscience at the cellular and tissue level, and in particular the strategies based on the use of in vitro cell lines, ex-vivo cultures, and combined approaches.

- Knows critically and knows how to apply advanced culture methods applied to the nervous system: 3D and organoids

- Understands and knows how to evaluate the strategies for creating animal models, both for monitoring and tracing studies, and as models for the analysis of the normal and pathological development of the nervous system

- Fully understands the advantages and limitations of different experimental approaches, through examples from the recent literature.

- Understands the cellular basis of some pathologies of the nervous system, both congenital and acquired.

- Guidare lo studente alla comprensione della complessità delle cellule neuronali, astrocitarie e oligodendrocitarie, con particolare attenzione alle componenti molecolari più specifiche e alla loro dinamica.

- Analizzare il ruolo e i meccanismi della migrazione neuronale nello sviluppo normale e patologico, esaminando le principali vie di segnalazione e trasduzione del segnale, nonché i processi di rimaneggiamento del citoscheletro e del traffico di membrana rilevanti per la axon guidance e il differenziamento.

- Analizzare il ruolo delle interazioni proteina::proteina, delle molecole scaffold e chaperons, e della stabilità/degradazione proteica, con speciale attenzione per quelle coinvolte nell’organizzazione della trasmissione sinaptica.

- Analizzare i principali approcci sperimentali delle neuroscienze a livello cellulare e tissutale, con particolare riguardo alle colture in vitro, ex vivo o combinate, mediante strategie 2D e 3D (organoidi). 

- Descrivere le principali strategie per la realizzazione di modelli animali, finalizzati allo studio dello sviluppo normale del sistema nervoso o alla comprensione delle sue patologie.

- Guidare lo studente alla comprensione dei vantaggi e dei limiti dei diversi approcci sperimentali, attraverso esempi dalla recente letteratura.

- Guidare lo studente allo studio delle basi molecolari di alcune patologie del sistema nervoso, sia congenite che acquisite.

Oggetto:

Program

- Summary of CNS embryonic development, induction, patterning, neurogenesis, axon guidance, differentiation.

- Mechanisms and significance of neuronal proliferation and migration, in the normal and pathological development of the nervous system.

- The neuronal cytoskeleton and its role in the differentiation program

- Signaling and transduction pathways during axon guidance and neuronal differentiation.

- Neurotrophic signaling

- Astrocyte and Oligoendrocyte differentiation.

- Organization of the secretory pathway in neurons

- Axonal and dendritic transport

- Structural organization of synapses and changes associated with the activity: the study of the synaptosome.

- Protein :: protein interactions, scaffold and chaperon molecules, and protein stability / degradation.

- In vitro experimental models and simple investigation strategies

- Ex vivo experimental methods and combined in vitro-ex vivo-in vivo experiments

- 3D cultures and organoids and perspectives in restorative medicine

- Modern use of the "marker". Spatial, temporal and cellular resolution

- Pathway and enhancer reporters.

- Combined experiments with use of Viruses

- Cellular basis of some pathologies of the nervous system, both congenital and acquired. Animal models to study them

- Use of animal models for the study of developmental defects and central nervous system diseases

 

  • Riepilogo dello sviluppo embrionale del CNS, induzione, patterning, neurogenesi, axon guidance, differenziamento.
  • Meccanismi e significato della proliferazione e della migrazione neuronale, nello sviluppo normale e patologico del sistema nervoso.
  • Il citoscheletro neuronale e il suo ruolo nel programma di differenziamento
  • Segnalazione e vie di trasduzione durante la axon guidance e il differenziamento neuronale.
  • Segnalazione neurotrofica
  • Differenziamento Astrocitario e Oligoendrocitario.
  • Organizzazione della via secretoria nei neuroni
  • Il trasporto assonale e dendritico
  • Organizzazione strutturale delle sinapsi e cambiamenti associati all’attività: lo studio del sinaptosoma.
  • Le interazioni proteina::proteina, le molecole scaffold e chaperons, e la stabilità/degradazione proteica.
  • Modelli sperimentali in vitro e strategie di indagine semplici
  • Metodi sperimentali ex vivo e sperimentazioni combinate in vitro-ex vivo-in vivo
  • Colture 3D e organoidi e prospettive in medicina riparativa
  • Utilizzo moderno del “marcatore”. Risoluzione spaziale, temporale e del tipo cellulare
  • Pathway ed enhancer reporters.
  • Sperimentazioni combinate con uso di Virus
  • Basi cellulari di alcune patologie del sistema nervoso, sia congenite che acquisite. Modelli animali per studiarle
  • Uso di modelli animali per lo studio dei difetti di sviluppo e delle patologie sistema nervoso centrale

Oggetto:

Course delivery


Lectures are provided, with slide projection, favoring the understanding and analysis of examples and leaving the more notional parts to personal study. Lectures will use frequent interactions with students and will be interspersed with activities that students can develop independently, individually or in small groups (2-3 students), and then continue in the classroom, according to the "inverted classes" method. The use of the "peer evaluation" method is also envisaged, asking to evaluate and criticize the work of other students.

The didactic activities will be aimed at accustoming students to connect different topics, structure hypotheses, develop experimental strategies and identify potential problems.

Seminar activities are also foreseen to guide the student towards the evaluation of the form-exposition-content of a scientific work (report, or article, or project), own or of an equal degree.

The teaching activities will also be aimed at the acquisition of 'soft skills', with particular regard to the development of operational problem-solving experiences; the improvement of the capacity of exposure, not only in content but also in structure, form, and effectiveness; to the evaluation of the form and content of one's own work (report-project-article) or of a work of a peer-grade.

Si prevedono lezioni frontali, con proiezione di diapositive, privilegiando la comprensione e l’analisi di esempi e lasciando le parti più nozionistiche allo studio personale.  Le lezioni frontali utilizzeranno frequenti interazioni con gli studenti e saranno intervallate da attività che gli studenti possono sviluppare autonomamente, individualmente o in piccoli gruppi (2-3 studenti), per poi proseguire in aula, secondo il metodo delle “classi invertite”. Si prevede inoltre l’utilizzo del metodo della “valutazione tra pari”, chiedendo di valutare e criticare il lavoro di altri studenti.

Le attività didattiche saranno finalizzate ad abituare gli studenti a collegare i diversi argomenti, strutturare ipotesi, elaborare strategie sperimentali e individuare potenziali problemi.

Si prevede inoltre lo svolgimento di attività seminariali per indirizzare lo studente verso la valutazione della forma-esposizione-contenuto di un lavoro scientifico (relazione, o articolo, o progetto), proprio o di un pari grado.

Le attività didattiche saranno anche finalizzate all’acquisizione di ‘soft skills’, con particolare riguardo allo sviluppo di esperienze di problem-solving operativo; al miglioramento delle capacità di esposizione, non solo nel contenuto ma anche nella struttura, forma, ed efficacia; alla valutazione della forma e del contenuto di un proprio lavoro (relazione-progetto-articolo) o di un lavoro di un pari-grado.

Oggetto:

Learning assessment methods

Two or three evaluation activities are foreseen, during which students will be asked a question, related to the lessons and activities carried out, which they will face both by producing an individual written report and by means of a short presentation. The questions will not only be suitable for evaluating the knowledge acquired, but also the skills deriving from the analytical work carried out during the course. The evaluation will be based on 1) completeness 2) analytical ability and scientific rigor 3) properties of terms 4) originality. The score will be out of thirty, with the average of the partial results.

Si prevedono 2 o 3 attività di valutazione, durante le quali verrà posto agli studenti un quesito, in tema con le lezioni e attività svolte, che essi affronteranno sia producendo una relazione scritta individuale, che mediante una breve presentazione. I quesiti saranno non solo adatti a valutare le conoscenze acquisite, ma anche le competenze derivanti dal lavoro analitico svolto durante il corso.  La valutazione si baserà su 1) completezza 2) capacità analitica e rigore scientifico 3) proprietà di termini 4) originalità.  Il voto sarà in trentesimi, con la media dei risultati parziali.

Oggetto:

Support activities

Discussion Sessions

Sessioni di Discussione

Suggested readings and bibliography

Oggetto:

- Eric Kandel, Principles of neural science, fifth edition.

Educational materials, additional materials for further study (websites, articles, video clips) and self-assessment exercises will be made available on the Moodle platform

Materiali didattici, materiali aggiuntivi per ulteriori approfondimenti (siti web, articoli, video clips) e esercizi di autovalutazione saranno resi disponibili sulla piattaforma Moodle.



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Last update: 13/07/2022 11:27
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