Stem Cells

Prova orale

Conoscenze di biologia cellulare, molecolare e dello sviluppo; anatomia del sistema nervoso centrale. Corso di Perfezionamento in neuroscienze (I-IV anno)

STEM CELLS I

Definizione di cellula staminale; modalità di divisione e potenzialità dfferenziativa; proprietà generali della nicchia staminale; tipi di cellule staminali adulte; le nicchie staminali germinali maschili e femminil di drosophila; introduzione alla nicchia staminale neurale adulta. La cellula staminale neurale embrionale ed il suo lineage; la glia radiale e la neurogenesi embrionale; identità posizionale ed istologica; corticogenesi e migrazione radiale; timing neruogenetico degli strati corticali; nicchia staminale neurale embrionale.

Scoperta e caratterizzazione delle proprietà neurogenetiche delle cellule della glia radiale. Confronto fra neurogenesi degli invertebrati e neurogenesi dei vertebrati. Descrizione della segnalazione di Notch negli invertebrati. Inibizione laterale negli invertebrati. conservazione dei meccanismi molecolari dell'inibizione laterale (geni proneurali, geni neurogenici e loro interazione) nei vertebrati.

La nicchia neurogenetica staminale adulta. Breve descrizione delle diverse nicchie. La nicchia VZ-SVZ come paradigma di controllo della staminalità neurale. le quattro componenti cellulari della nicchia: cellule E, B, C ed A. Struttura "pinwheel" della nicchia. Segnali estrinseci e segnali intrinseci di controllo della staminalità. Controllo della nicchia da parte di Vcam1 e da parte delle segnalazioni Notch, SHH, EGF e BMP. Influenza paracrina dei neurotrasmettitori GABA e 5-HT, e di IL-1, sulla staminalità

Il controllo del bilancio qNSC/aNSC nella nicchia neurogentica adulta di V-SVZ (http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2016.08.016). Il ruolo di SHH nel controllo del pool di NSCs nella nicchia neruogenetica adulta della SGZ (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.42918)

La nicchia staminale intestinale adulta. Cellule staminali ematopoietiche adulte. Cellule mesenchimali come esempio di cellule staminali adulte mutlipotenti.

Cellule staminali embrionali di topo: cellule ground state e primed, nicchie chmiche di mantenimento della pluripotenza. Il differenziamento delle cellule pluripotenti in vitro mima la sviluppo precoce dei tessuti embrionali. Ruolo dei differenti signalilng intracellulari nel differenziamento di cellule pluripotenti verso distinti destini differenziativi in vitro. Cellule pluripotenti umane embrionali e riprogrammate, e loro uso per terapia cellulare e modellizazione di malattie. Organoidi mesoendodermici e cerebrali. Meccanismi molecolari alla base del mantenimento della pluripotenza ground state: ruolo di ERK e Wnt signalling.

Riprogrammazione cellulare secondo il protocollo "Yamanaka": ruolo dei fattori di trascrizione della pluripotenza. Competenza cellulare alla riprogrammazione. Proprietà cromatiniche delle cellule pluripotenti. Modello della cromatina pluripotente ipertrascrizionale e del differenziamento mediante inibizione tessuto-specifica della trascrizione attraverso il rimodellamento epigenetico. Ruolo dell'interferenza da RNA nel controllo dell'espressone di rimodellatori e modificatori cromatinici essenziali alla transizione da pluripotenza ground-state a epiblasto.

Duplice ruolo del fattore di trascrizione SOX2 nella pluripotenza e nella neuralizzazione. Evidenze sperimentali della formazione di eteroduplex SOX2/OCT4 e SOX2/BRN2 tessuto-specifici e del loro controllo differenziato, rispettivamente, di bersagli genici di pluripotenza e neurali. Definizione di Lamin-associated domains (LADs) e loro studio durante il differenziamento cellulare.Evidenze dei cambiamenti cromatinici conformazionali alla base della competenza trascrizionale tessuto-specifica.

STEM CELLS II

I protocolli alla base della neuralizzazione in vitro di cellule pluripotenti (ESCs, iPSc) e la loro logica di utilizzo di molecole di segnalazione intracellulare in relazione ai processi noti di sviluppo dell'embrione precoce.

Il controllo molecolare dell’induzione neurale. La segnalazione di Wnt e quella di Tgf-beta nell'induzione degli inibitori di BMP dell'organizzatore. L'effetto di Wnt nell'induzione dei geni chiave della neuralizzazione nell'ectoderna neurale presuntivo. Induzione della specificità regionale del sistema nervoso. Funzione del nodo e dell'AVE nella polarizzazione postero-anteriore del sistema nervoso dei mammiferi. Conservazione evolutiva dei segnali di neuralizzazione e di patterning antero-posteriore nei vertebrati. La regolazione del patterning dorso-ventrale nel tubo neurale: l'esempio del midollo spinale. I gradienti di BMP e SHH sono tradotti in segmenti di identità posizionale grazie all'induzione di fattori di trascrizione come Olig2 e nkx2.2, che sono dotati di diverse sensibilità di attivazione e capaci di co-reprimere la propria espressione.

Produzione di neuroni umani con identità posizionale dorsale e ventrale di varie regioni del SNC e del SNP attraverso l'utilizzo temporalmente mirato di agonisti ed antagonisti delle vie di segnalazione Wnt, BMP, Shh, Tgfb, FGF, RA.

Modellizzazione in vitro dello sviluppo embrionale di retina, corteccia cerebrale, ippocampo, midollo spinale, derivati delle creste neurali, per la scoperta di nuovi meccanismi molecolari della specificazione di identità cellulare, diagnosi e cura di malattie genetiche e neurodegenreative.

Ruolo di Notch-Delta nel controllo della proliferazione e neurogenesi della corteccia cerebrale di mammifero: studi in vivo ed in vitro. Meccanismi di regolazione dell'espansione evolutiva della corteccia cerebrale. La logica di sviluppo della corteccia cerebrale di mammifero: acquisizione di identità di area e di strato. I centri di segnalazione paracrina ed i geni regolatori master di identità di area e di strato. Il modello di logica Boleana di specificazioni successive dell'identità cellulare corticale.

Utilizzo di cellule umane riprogrammate hiPSCs per modellizzare sviluppo e patologie della corteccia cerebrale. Colture cellulari in adesione ed Organoidi cerebrali possono riprodurre fedelmente il processo di stratificazione della corteccia umana in vitro.

Utilizzo di organoidi cerebrali per studiare gli effetti della mutazione del gene DISC1, responsabile dell'insorgenza di disordini dello spettro autistico, nella stratificazione della corteccia. Colture 2D e 3D di neuroni corticaii derivati da cellule iPSCs di scimpanzé, macaco o uomo evidenziano la presenza di un programma genetico intrinseco al progenitore neurale in grado di dirigere e protrarre la neurogenesi corticale con i tempi e le modalità proprie dello sviluppo encefalico delle tre specie. Colture in 2D di neuroni corticali derivati da hiPSCs di pazienti umani per la modellizzazione in vitro di reti neurali corticali umane. Studio delle conseguenze strutturali e funzionali della mutazione del gene SHANK2, che causa disordini dello spettro autistico.

Interfaccia con reti neuronali murine ed umane in coltura per lo studio dell’attività elettrica spontanea ed indotta. La metodologia dei Multiple Electrodes Arrays (MEA) e dei sensori di calcio per la registrazione diretta ed indiretta dei potenziali di reti neuronali.

Scott F. Gilbert & Michael J. F. Barresi, Developmental Biology, 11th edition, Sinauer Associates, Inc. , Publishers Sunderland, Massac.

Articoli in riviste specializzate.