Problematiche genetiche dello sviluppo embrionale e del differenziamento tessuto-specifico
nei vertebrati.

1) Mutazioni mirate nel genoma di topo per lo studio funzionale dei geni.
Transgenesi; gene targeting in cellule staminali embrionali; differenziazione in vitro di cellule staminali; approcci CRISPR/Cas.

2A) Sistema ematopoietico e sua embriogenesi.
Mutanti in geni per fattori trascrizionali e studio del loro ruolo in: programmi differenziativi tessuto-specifici (es. eritroide); scelta del destino cellulare e suoi meccanismi (es. granulocita vs. macrofago; destino linfoide tramite restrizione di scelte alternative); origine e mantenimento di cellule staminali ematopoietiche.

2B) Sistema muscolare e miogenesi.
Un “master gene” può attivare l’intero programma differenziativo muscolare: myoD e i geni miogenici. Topi mutanti per fattori trascrizionali miogenici; azione dei geni nel differenziamento muscolare (determinazione, migrazione, miogenesi), gerarchie di geni regolatori; ridondanza. Geni che controllano le cellule staminali muscolari e cellule satelliti.

2C) Sistema nervoso e sua embriogenesi
Cellule staminali neurali, loro proliferazione e differenziamento neuronale e gliale. Regionalizzazione del tubo neurale. Meccanismi genetici nel differenziamento regione-specifico dei neuroni. L’esempio del midollo spinale: gradienti di molecole segnale e attivazione di combinazioni di fattori trascrizionali. Meccanismi genetici nella specificazione delle aree della corteccia cerebrale. Specificazione genetica dell’identità posizionale: mutanti omeotici. Controllo genetico dello sviluppo orientato degli assoni e della connettività neuronale.

2D) Cellule pluripotenti dell’embrione precoce
Identificazione di geni per fattori trascrizionali che controllano la pluripotenza (capacità di generare tutti i tipi cellulari dell’embrione), e loro meccanismi molecolari d’azione. Fattori di pluripotenza e riprogrammazione genetica di cellule differenziate a cellule staminali pluripotenti (cellule iPS).

3) Meccanismi genetici molecolari del controllo trascrizionale in cellule eucariotiche
Espressione genica differenziale nello sviluppo embrionale e nel differenziamento cellulare: metodi di studio. Livelli di regolazione dell’espressione genica. Identificazione e studio di sequenze regolatrici della trascrizione: metodi ed esempi (interazione proteine regolatrici/DNA; approcci della genomica funzionale, progetto ENCODE; saggi funzionali in animali transgenici).
Combinazione di siti di legame per fattori trascrizionali nella programmazione dell’espressione genica nello sviluppo e nel differenziamento: esempi dalla regolazione dei geni dello sviluppo dell’occhio in specie diverse. Modificazioni covalenti regolative degli istoni e interazioni con i fattori trascrizionali. Enhancers e isolatori. I diversi livelli di organizzazione della regolazione genica in aione: l’esempio dei geni globinici. Talassemie da delezione e sequenze regolatrici ad azione long-range: “locus control region” e suo meccanismi d’azione. Organizzazione spaziale 3-D e compartimentalizzazione nucleare della regolazione genica: “active chromatine hubs”, “transcription factories”. Trascritti intergenici e long noncoding RNAs.
Modificazioni allosteriche nella funzione di fattori trascrizionali: esempi dalla regolazione genica dello sviluppo dell’ipofisi.