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Nombre de la asignatura: genetica molecular dictado: cuatrimestral carga horaria


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Departamento de Ciencia y Tecnologia

Universidad Nacional de Quilmes

Roque Saenz Peña 352– (B1876BXD) Bernal – Buenos Aires – Argentina











  1. CARRERA: LICENCIATURA EN BIOTECNOLOGÍA




  1. NOMBRE DE LA ASIGNATURA: GENETICA MOLECULAR




  1. DICTADO: CUATRIMESTRAL




  1. CARGA HORARIA: 8 HS SEMANALES




  1. NOMBRE DEL PROFESOR (comisión A): Dr. Víctor Romanowski

NOMBRE DEL PROFESOR: (comisión B): Dr. Daniel H. Grasso


  1. MODALIDAD: presencial

Los contenidos del curso se desarrollan en clases teóricas, seminarios y trabajos de laboratorio. Se utilizan artículos originales de la bibliografía científica para discutir estrategias experimentales que permiten generar los conocimientos. Los trabajos experimentales incluyen la discusión de las estrategias y metodologías para resolver problemas concretos. La realización de trabajos de laboratorio persigue el afianzamiento de los conocimientos desarrollados en seminarios y clases teóricas y el entrenamiento práctico en el laboratorio de biología molecular.



  1. PROGRAMA ANALÍTICO:


Estructura del material genético

Naturaleza del material hereditario. Experiencias de Avery, Griffiths, Hershey & Chase y Messelson & Stahl. Acido desoxirribonucleico (DNA). Bases, nucleósidos y nucleótidos. Estructuras químicas y estabilidad (Watson & Crick). DNA B, A y Z. Desnaturalización (térmica, por solventes y agentes caotrópicos) y renaturalización. Efecto hipercrómico. Relación entre la naturaleza de las interacciones no covalentes y la estabilidad del dsDNA. Tm y densidad de flotación en función del % de CG.

Estabilidad química del DNA (en comparación al RNA). Desnaturalización y renaturalización: termodinámica y cinética. Cinética de renaturalización y complejidad de genomas. Secuencias repetidas y de copia única.

Estructura y tipos de elementos en genomas procarióticos (“¿un cromosoma?”, megaplásmidos, plásmidos, episomas). Superenrollamiento. Estructura de los cromosomas eucarióticos. Histonas, nucleosomas. Grados de compactación: heterocromatina y eucromatina. Bandas en los cromosomas. Centrómeros. Empaquetamiento del DNA y accesibilidad.


Replicación del DNA

Replicación semiconservativa (experimento de Meselson y Stahl). Mecanismo general de replicación: Orígenes de replicación. Esquemas de replicación de DNAs circulares:  (theta) y círculo rodante (rolling circle, RC o ). Enzimas involucradas en procariotas y eucariotas. DNA polimerasas, helicasas. Exonucleasas. Topoisomerasas. Telomerasas.

Control de la replicación. Ciclo celular. Sistemas de partición de genomas. Estrategias de conservación de plásmidos. Sistemas de replicación in vitro: aplicaciones en la amplificación y secuenciamiento de ácidos nucleicos. Replicación de cromosomas lineales. Telomerasa (estructura y función).
Mutaciones y reparación del daño en el DNA

Tipos de mutaciones. Cambios numéricos y estructurales de cromosomas. Mutaciones espontáneas e inducidas. Tipos de daño en el DNA. Reparación del DNA en procariotas y eucariotas. Mecanismos de reparación: reversión directa del daño (fotorreactivación), escisión (de bases, de nucleótidos, mismatch), post-replicación (por recombinación, SOS)


Recombinación

Mecanismos moleculares de recombinación. Recombinación homóloga (estructuras de Holiday, situaciones en procariotas y eucariotas), sitio específica (integración y escisión del fago , genes de inmunoglobulinas y diversidad de productos génicos) y no homóloga.


Mecanismos de transposición.

Estructuras y mecanismos de transposones procarióticos. Transposones replicativos y no replicativos. Transposición a través de intermediarios de RNA. Retroelementos (retrovirus, retrotransposones, pseudogenes procesados, etc.).


Recombinación de DNA y estructura del genoma humano.

Recombinación durante la meiosis y conversión de genes (crossing over). Unequal crossing over. Evolución de secuencias repetidas en genomas de eucariotas. Genoma nuclear y citoplásmico (mitocondrial). Cambios en la estructura del cromosoma.


Transcripción

Estructura de una unidad de transcripción. Secuencias previas (upstream) y posteriores (downstream) al comienzo de la transcripción (+1) y secuencias codificantes. Sistemas procariotas y eucariotas. Estudio de la interacción DNA-proteína (binding assays, footprint) y mapeo de los extremos del producto de transcripción. Mecanismo general de la transcripción. RNA polimerasas. Tres fases: Iniciación, elongación, terminación. Estabilidad relativa de las diferentes clases de RNA. Antibióticos.


Regulación de la expresión génica en procariotas. Niveles de regulación de la expresión. Promotor, operador y operón. Controles positivo y negativo. Inducción y Represión. El operón lac: Otros operones: arabinosa, triptofano. Atenuación. Programación temporal de la transcripción durante el ciclo de infección por bacteriófagos.
Transcripción en eucariotas.

Tipos de RNA polimerasas. Promotores de tres clases. "TATA Binding Proteins" (TBP) y sus proteínas asociadas. Estructuras de los distintos tipos de ácido ribonucléico (RNA). RNA mensajero. Procesamiento: capping, splicing y poliadenilación. Splicing autocatalítico y spliceosomas. RNA ribosomal. RNA de transferencia. Promotores, enhancers. Distintos tipos de factores de la transcripción (TF).

Regulación de la actividad de los TF. Hormonas esteroideas. Factores de crecimiento. Tipos de receptores: citoplásmicos, nucleares y de membrana (GPCR, RTK). Cascadas de señalización. Expresión génica y desarrollo.
Traducción

Traducción de la información genética en procariotas y eucariotas. Concepto de "un gen, una proteína". Cistrones. ¿Uno o varios códigos genéticos?

Complejos de inicación de la traducción. Modelo de ribosoma de 3 sitios. Factores de elongación.
Direccionamiento de proteínas, plegamiento y procesamiento. Retículo endoplásmico y aparato de Golgi. Retículo endoplásmico rugoso (RER) y liso (REL). Aparato de Golgi: estructura y función. Lisosomas y vesículas secretorias. Proteínas de membrana. Proteínas destinadas al núcleo, a mitocondrias y a cloroplastos.

Diferencias entre la secuencia de DNA y el producto final de la expresión génica (splicing, RNA editing, translational frameshifting, procesamiento proteolítico, splicing de proteínas, etc.)


Organismos transgénicos. Terapia génica. Transgénesis de organismos multicelulares. Organismos knock-out específicos de tejido. Estrategias de terapia génica.
Enfermedades genéticas *

Genes responsables de enfermedades hereditarias. Anomalías Cromosómicas. Anomalias de gen único. Enfermedades poligénicas o multifactoriales. Métodos de diagnóstico molecular.



DNA Recombinante y estudios genómicos *


Aislamiento de DNA. Enzimas modificadoras del DNA. Vectores de clonado y de expresión. Bibliotecas genómicas y de cDNA. Identificación de clones. Tipos de sondas. Expresión de genes clonados en bacterias, levaduras, células de mamíferos e insectos. Animales y plantas transgénicas. Terapia génica. Estudios genómicos. Mapas.
Técnicas corrientes en genética molecular *

Electroforesis de DNA y RNA. Southern y Northern blots. Electroforesis de proteínas y Western blot. Determinación de secuencias nucleotídicas de DNA y RNA. Reacción en cadena de polimerasa (PCR: polymerase chain reaction). Mapeos por protección a nucleasa S1 y RNasas. Transcripción de genes testigo o indicadores (reporter genes). Cambios de movilidad en geles (mobility shift assay). Protección de secuencias de DNA que se unen a proteínas (footprinting).


* Estos temas no serán objeto central de clases teóricas específicas, sino que se desarrollarán durante la discusión de papers y el análisis de los trabajos experimentales de laboratorio.


  1. PRERREQUISITOS: Para iniciar este curso del ciclo de Licenciatura, los alumnos deberán haber aprobado el ciclo de Diploma en Ciencia y Tecnología; en particular, se requiere haber aprobado Introducción a la Biología Celular y Molecular y Bioquímica I.




  1. OBJETIVOS DEL CURSO: El curso pretende dotar al alumno de los conocimientos necesarios para poder entender el modo en que la información contenida en el genoma se expresa y funciona de manera coordinada ("del gen a la proteína"). Se parte de los conocimientos adquiridos en Introducción a la Biología Molecular y Celular y en Bioquímica I, poniendo especial énfasis en el estudio del DNA y el RNA. En la primera parte del curso se analizan los ácidos nucleicos a nivel estructural y se describen los procesos elementales de expresión de la información genética. Paulatinamente, se avanza sobre la segunda parte del curso, que tiene como meta comprender el modo en que la información genética es modulada (a nivel de la transcripción, del procesamiento del RNA y de la traducción) hasta dar lugar a la formación de una gran diversidad de tipos celulares partiendo de la misma información heredada. Por otra parte, se desarrollan temas relacionados con las aplicaciones de las metodologías moleculares a la caracterización y tipificación de genomas.




  1. NÚCLEO AL QUE PERTENECE LA MATERIA: Obligatorio




  1. FORMA DE EVALUACIÓN: Se evalúa al alumno mediante dos pruebas parciales. El 80% del contenido de éstas corresponde a temas tratados en clases teóricas, seminarios y discusión de papers, y el 20% restante a temas de trabajos experimentales. Existen dos oportunidades para aprobar cada uno de los dos parciales. Aquellos alumnos que hayan aprobado ambos parciales con un puntaje superior a 70 (sobre un total de 100 puntos) aprobarán el curso sin otra evaluación. Los alumnos que hayan aprobado las evaluaciones parciales con calificaciones menores (aprobando no menos del 50% del contenido de cada evaluación), se someterán a un examen integrador o un coloquio, de acuerdo al rendimiento demostrado a lo largo del curso.




  1. Lista de papers a discutir en clase:




Identification of an Origin of Bidirectional DNA Replication in Mammalian Chromosomes. W:C: Burhans, L.T. Vassiliev, M.S. Caddle, N.H. Heintz and M.L. DePamphilis; Cell 62, 955-965 (1990)

Control of telomere length by the human telomeric protein TRF-1. B. van Steensel and T. de Lange; Nature 385, 740-743 (1997).

Regulation of telomere length and function by a Myb-domain protein in fission yeast. J. Promisel Cooper, E.R. Nimmo, R.C. Allshire and T.R. Cech; Nature 385, 744-747 (1997).

Es conveniente leer también el comentario sobre estos dos artículos en la sección News and Views de la misma revista: Telomeres: Different means to common ends; D. Shore; Nature 385, 676-677 (1997).

Ver sistemas de expresión inducibles por tetraciclina en www.clontech.com (Tet-on & Tet-off).


HIF targeted for VHL-mediated destruction by proline hydroxylation: implications for O2 sensing. M. Ivan, K. Kondo, H. Yang et al., Science 292, 464-468 (2001).

Es conveniente leer también el comentario sobre éste y otro artículo relacionado en la sección Science’s Compass de la misma revista: How do cells sense oxygen?; H. Zhu & H.F. Bunn; Science 292, 449-451 (2001).



Suppression of mutations in mitochondrial DNA by tRNAs imported from the cytoplasm. O.A. Kolesnikova, N.S. Entelis, H. Mireau, T.D. Fox, R.P. Martin & I.A. Tarasov, Science 289, 1931-1933 (2000).



  1. Clases de laboratorio:

Docentes: Comisión B: Dra. Silvina M. Richard, profesora adjunta

Comisión A: Dra. Patricia V. Agostino, profesora adjunta

Listado de TPs:

Clase 1: Comienzo TP Nº1 (Extracción de DNA de mucosa bucal). Se comenzará con la extracción hasta el paso de digestión overnight.

Clase 2: Continuación TP Nº1: Finalización de la extracción.

Clase 3: Comienzo TP Nº2: Caracterización del sexo por análisis de muestras de DNA mediante amplificación por PCR de secuencias del gen de amelogenina. Se realizará la PCR de las muestras a amplificar.

Clase 4: Finalización TP Nº2: Se correrá un gel de agarosa 2% con las muestras amplificadas la clase anterior y se analizarán los resultados.

Clase 5: Comienzo TPs Nº3 y Nº4: Amplificación y digestión de un fragmento de DNA mitocondrial. Se realizará la reacción de PCR para amplificar un fragmento específico de DNA mitocondrial.

Clase 6: Continuación TPs Nº3 y Nº4; Digestión del fragmento de DNA mitocondrial con la enzima Mnl I. Estudio de los sitios de corte de Mnl I en la secuencia de referencia de Anderson et al.

Clase 7: Finalización TPs Nº3 y Nº4: Corrida del gel de acrilamida 10% y análisis de los RFLP. Exposición de papers de los alumnos.

Clase 8: TP Nº5: Detección de deleciones en el cromosoma Y. Utilización de conceptos aprendidos (como PCR multiplex) para el estudio de microdeleciones correspondientes a la región de los genes AZF (factor de azoospermia) y su correlación con infertilidad y cáncer testicular. Clase teórica.

Se utilizará el resto del tiempo disponible en el laboratorio para consultas y para completar discusión de conceptos y papers





  1. BIBLIOGRAFÍA PRINCIPAL:

  • Lehninger Principles of Biochemistry, Nelson, D.L. & Cox, M.M., (2012), 6º ed., W. H. Freeman Publishers. [En castellano: Lehninger. Principios de Bioquímica, Nelson, D.L. y Cox, M.M., (2007) 5º ed., Editorial Omega, España].

  • Molecular biology of the gene. Watson, James D., Nancy H. Hopkins, Jeffrey W. Roberts, Joan A. Steitz, and A. M. Weiner. (2013), 7º ed., Benjamim/Cummings. [En castellano: Biología Molecular del gen. Watson, J.D., Baker, T.A., Bell, S.P., Gann, A., Levine, M., Losick, R. (2006), 5º ed., Editorial Médica Panamericana].

  • Molecular Cell Biology. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., Bretscher, A., Ploegh, H. & Darnel, J. (2007). 6º ed. W.H. Freeman & Co. New York. [En castellano: Biología Celular y Molecular. Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., Zipursky, S.L. & Darnel, J. (2005). 5a ed. Editorial Médica Panamericana].

  • Genes IX, Lewin, B. (2007). Oxford University Press, UK. [En castellano: Genes VIII Lewin, B. (2004). Marbán Libros SRL, España].

  • Molecular Biology of the Cell. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. 5º ed. Garland Publishing, Inc. (2008). [En castellano: Biología Molecular de la Célula. Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Watson, J.D. (2008). 5a ed., Editorial Omega]

  • Modern Genetic Analysis. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., Lewontin, R.C. (2002) 2º ed. Macmillan Higher Education. [En castellano: Genética Moderna. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., Lewontin, R.C. (2000) McGraw-Hill - Interamericana de España, SAU].

  • Molecular Biology. Weaver, R. (2011) 5º ed. McGraw-Hill Education.

  • The Cell (A molecular Approach). Cooper, G.M., & Hausman, R.E. (2013) 6º ed. Sinauer Associates, Inc.

  • Biochemistry. Berg, J.M., Tymoczko, J.L. & Stryer, L. (2011), 7º Ed., Freeman & Co.



  1. BIBLIOGRAFIA DE CONSULTA:

  • Molecular Biotechnology – Principles and applications of recombinant DNA, B. R. Glick, J. J. Pasternak, & C. L. Patten (2009). 4º Edition, ASM Press.

  • Human Molecular Genetics. Strachan, T. & Read, A.P. (2003) 3º ed. Garland Science/Taylor & Francis Group.

  • Biochemistry, Zubay, G., (1998). 4th ed. Wm. C. Brown & Sons, Oxford

  • Biochemistry, Voet, D. & Voet, J., (1995) 4th ed. John Wiley & Sons.

Se utilizará una variedad de libros de Biología y Génetica Molecular moderna así como material de revistas científicas (Science, Nature, Cell, Molecular Cell, etc.), el cual aún no está disponible en libros de texto.


SITIOS DE INTERES EN INTERNET

Acceso a libros de texto

  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=Books

  • http://bcs.whfreeman.com/biochem5/

  • http://www.worthpublishers.com/lehninger/

  • http://www.ergito.com/index.jsp


Información actualizada y herramientas (distintos niveles de complejidad)

  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov

  • http://vector.cshl.org/dnaftb/index.html

  • http://www.nhgri.nih.gov:80/DIR/VIP/Glossary/

  • http://www.bis.med.jhmi.edu/Dan/DOE/intro.html

  • http://gslc.genetics.utah.edu/

  • http://bioinformatics.weizmann.ac.il/cards/

  • http://library.advanced.org/18617/

  • http://www.tigr.org/

  • http://www.er.doe.gov/production/ober/HELSRD_top.html

  • http://www.ornl.gov/hgmis/


Nivel introductorio (y de divulgación)

  • http://www.ncbe.reading.ac.uk/

  • http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookTOC.html

  • http://doegenomestolife.org/


  1. CURRICULUM ABREVIADO DEL DOCENTE A CARGO DEL CURSO:

Víctor Romanowski. Licenciado en Ciencias Bioquímicas (UNLP, 1975); Doctor en Ciencias Bioquímicas (UNLP, 1981); posdoctorado en Microbiología Molecular (Research Associate en UAB, Birmingham, AL, EE.UU, 1981-1984); investigador visitante en el Institute for Virology and Environmental Microbiology (Oxford, Gran Bretaña, 1989), Imperial College of Science, Technology and Medicine (Londres, Gran Bretaña, 1999, 2001); Profesor Titular ordinario (UNLP y UNQ); Investigador Principal (CONICET). Director del Instituto de Bioquímica y Biología Molecular (IBBM, UNLP, 1993-2005). Miembro invitado del International Committee for the Taxonomy of Viruses (ICTV, IUMS). Miembro de varias sociedades científicas nacionales y extranjeras. Miembro de la Comisión Directiva de la Sociedad Argentina de Investigación en Bioquímica y Biología Molecular (1997-2000). Organizador y Director de la Carrera de Biotecnología (UNQ, 1992-1997). Organizador y docente de cursos de posgrado en biología molecular e ingeniería genética de carácter local e internacional. Director doce de tesis doctorales aprobadas y otras en ejecución (discípulos: profesores e investigadores en instituciones del país y del extranjero). Evaluador de proyectos, becarios y promociones de investigadores en universidades nacionales y del extranjero y agencias de promoción de la investigación científica y tecnológica. Miembro de numerosas comisiones asesoras en Universidades Nacionales, Ministerio de Cultura y Educación de la Nación. Jurado de numerosas tesis doctorales en distintas universidades nacionales. Arbitro y miembro de comités editoriales de revistas científicas y de educación nacionales y extranjeras.

Area de investigación: Biología Molecular de Virus (proyectos sobre genética molecular de arenavirus, desarrollo de diagnóstico y tipificación de virus por amplificación enzimática de ácidos nucleicos; caracterización molecular y biológica de baculovirus autóctonos para expresión de genes y control biológico de plagas).


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