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60/72/2 - INTRODUZIONE AI MECCANISMI MOLECOLARI E FARMACOLOGICI DELLA CELLULA NERVOSA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ENRICO ​SANNA (Tit.)
Periodo
Primo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/72] ​ ​NEUROPSICOBIOLOGIA [60/72-00 - Ord. 2015] ​ ​PERCORSO COMUNE768
Obiettivi

L’ obiettivo del corso è offrire una dettagliata trattazione degli aspetti molecolari e funzionali della cellula nervosa ponendo le basi conoscitive utili per gli approfondimenti trattati nelle successive materie e discipline del corso di studi. Il neurone, infatti, con l’ausilio delle cellule gliali, rappresenta l’unità costitutiva e funzionale del Sistema Nervoso Centrale, ed il suo compito è quello di ricevere, integrare e trasmettere segnali ad altre cellule nervose. Questi meccanismi neuronali sono alla base delle normali e complesse funzioni del cervello, come il pensiero, l’apprendimento e la memoria, e rappresentano i bersagli dell’azione di numerosi farmaci utili per la terapia di malattie neurologiche e psichiatriche.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Nella parte teorica, lo studente dovrà acquisire i fondamentali concetti sui meccanismi biomolecolari che sono alla base del funzionamento delle cellule nervose. Dovrà acquisire le principali nozioni sulla trasmissione sinaptica, chimica ed elettrica, dei segnali post-sinaptici (correnti e potenziali eccitatori e inibitori) e della loro integrazione dendritica e somatica, così come dei complessi meccanismi di plasticità sinaptica a breve e lungo termine, esemplificati con i fenomeni noti come LTP e LTD. Lo studente dovrà inoltre acquisire i concetti fondamentali alla base dei processi di neurogenesi embrionale, migrazione neuronale, accrescimento assonale e formazione delle sinapsi. Lo studente dovrà infine acquisire il concetto dell’utilizzo di molecole (farmaci) selettive in quanto fondamentali strumenti di indagine per studiare e caratterizzare i meccanismi molecolari implicati in specifiche risposte cellulari.
Capacità applicative:
Nella parte di laboratorio, lo studente dovrà acquisire le principali e più moderne tecniche elettrofisiologiche che permettono di investigare i diversi processi molecolari e cellulari discussi nel corso teorico. Dovrà acquisire i fondamenti della tecnica del patch-clamp, sia su neuroni in coltura sia in fettina cerebrale, e tutte le configurazioni e i principali protocolli sperimentali utili per valutare i meccanismi sinaptici. Lo studente dovrà inoltre acquisire i fondamenti della tecnica di registrazione extracellulare per registrare i potenziali di campo e di valutare i fenomeni di plasticità sinaptica a lungo termine, come LTP e LTD, in diverse aree cerebrali di ratto o topo.
Autonomia di giudizio:
Il corso fornirà agli studenti le basi conoscitive fondamentali per la migliore comprensione dei processi biomolecolari e le risposte farmacologiche che caratterizzano le cellule nervose e i circuiti neuronali più complessi, nonché i fondamenti metodologici applicati all’indagine elettrofisiologica. L’insieme delle nozioni teoriche e pratiche costituiranno una solida base di conoscenze utili per la comprensione dei concetti impartiti nei corsi successivi.
Capacità di apprendere:
Le nozioni teoriche e pratiche di laboratorio consentiranno agli studenti di possedere conoscenze sufficienti per poter valutare in modo critico, alla luce dei meccanismi molecolari e delle risposte farmacologiche delle cellule nervose in quanto unità funzionali del sistema nervoso, fenomeni fisiopatologici più complessi osservabili a livello comportamentale. Gli studenti saranno inoltre in grado di poter leggere e apprezzare criticamente la letteratura scientifica, nazionale e internazionale, che riguarda i meccanismi molecolari e cellulari dei neuroni.
Abilità nella comunicazione:
Gli studenti dovranno acquisire un soddisfacente capacità di comunicare oralmente e/o per iscritto e con schemi i concetti acquisiti mediante l’utilizzo di una corretta terminologia scientifica.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere solide conoscenze di biochimica e biologia molecolare, e della fisiologia della cellula nervosa e del sistema nervoso centrale.

Contenuti

Lezioni teoriche (32 ore)
Fondamenti di biologia cellulare e molecolare del neurone. Sintesi delle proteine di membrana, periferiche, citosoliche e di secrezione. Meccanismo di trasporto di mRNA e sintesi proteica a livello dendritico.(2 ore)
Trasporto assonale. Trasporto assonale e suo significato funzionale. Diversi meccanismi di trasporto assonale. I motori molecolari. Trasporto retrogrado di fattori di crescita nervosi.(1 ora)
Le cellule gliali e i diversi ruoli funzionali (2 ora)
Proprietà elettriche della membrana neuronale. Potenziale di membrana. Equazione di Nernst e potenziale d’equilibrio. Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz. Potenziale d’azione. I canali ionici voltaggio-dipendenti del Na+ e del K+: struttura molecolare e aspetti funzionali. Metodi elettrofisiologici per lo studio dei canali ionici.(2 ore)
Il Ca2+ come messaggero intracellulare. Omeostasi cellulare del Ca2+. I canali del Ca2+ voltaggio-dipendenti. Le protein kinasi Ca2+/calmodulina-dipendenti. (2 ore)
Comunicazione fra cellule nervose: la sinapsi. Sinapsi chimiche ed elettriche. Le fasi della trasmissione sinaptica. Potenziali post-sinaptici (EPSP, IPSP). Sinapsi eccitatorie ed inibitorie.(3 ore)
Plasticità sinaptica a breve termine. Facilitazione e depressione sinaptica. Protocollo “paired-pulse”. Plasticità a breve termine regolata da messaggeri retrogradi. Protocollo DSI e DSE.(1 ora)
La trasmissione eccitatoria glutammatergica. La trasmissione inibitoria GABAergica. Aspetti funzionali e farmacologici (4 ore)
Meccanismi di integrazione dei segnali sinaptici. Richiamo sulle proprietà passive della membrana neuronale. Generazione e sommazione del potenziale d’azione. Correnti elettrotoniche e trasmissione del potenziale d’azione attraverso l’assone. Integrazione dei segnali e regolazione dell’attività neuronale.(4 ore)
Ruolo dei canali voltaggio-dipendenti “subliminali” nella propagazione e nell’integrazione dei potenziali postsinaptici a livello dendritico e somatico. Le correnti INaP, ICaT, Ih, IKir (2 ore)
Basi cellulari della memoria e apprendimento. La plasticità neuronale a lungo termine e l’ippocampo. Memoria e apprendimento. Basi cellulari e molecolari della memoria e apprendimento. Potenziamento sinaptico a lungo termine (LTP) e depressione sinaptica a lungo termine (LTD) (3 ore)
L’ippocampo e la memoria spaziale. Le cellule di posizione (place cells, grid cells). Cenni sulla optogenetica e sue applicazione (2 ore)
Sviluppo e plasticità neuronale. Neurogenesi. Il sistema recettoriale Delta-Notch. I fattori di trascrizione bHLH. Ruolo dei fattori trofici nel differenziamento cellulare. La migrazione neuronale nella corteccia cerebrale e nel cervelletto. Ruolo delle cellule gliali radiali. (2 ore)
Costruzione di circuiti neuronali. Il cono di crescita e meccanismi molecolari di guida assonale. Aspetti molecolari della formazione delle sinapsi.(2 ore)

Laboratorio di Elettrofisiologia (36 ore)
La tecnica del “patch clamp”
Registrazioni su neuroni dissociati acutamente e su fettine di cervello con voltage-clamp (correnti postsinaptiche fasiche e toniche, spontanee dipendenti e indipendenti da PA; correnti sinaptiche evocate; i protocolli PPF e PPD). Protocollo della DSI e DSE per studiare la plasticità sinaptica a breve termine endocannabinoide-dipendente. Registrazione in modalità current-clamp (potenziali d’azione indotti da correnti sinaptiche o da iniezione di correnti quadre). Registrazione in configurazione cell-attached (scariche spontanee di potenziali d’azione, soglia di eccitabilità elettrica della membrana).
Registrazione extracellulare per lo studio della plasticità sinaptica lungo termine.
Registrazione di potenziali postsinaptici eccitatori di campo (field EPSP). Registrazioni dendritiche e somatiche. Protocolli di induzione di LTP e LTD in neuroni ippocampali. Analisi dei dati.

Metodi Didattici

Il corso si articola in 32 ore (4 CFU) di lezioni teoriche e 36 ore (3 CFU) di attività di laboratorio. Le lezioni frontali, di 2 ore ciascuna, verranno svolte con l’utilizzo di presentazioni in PowerPoint. L’attività di laboratorio è suddivisa in esercitazioni di 4 ore ciascuna e viene svolta nel laboratorio di elettrofisiologia.

Verifica dell'apprendimento

Lo studente dovrà sostenere un esame finale comprendente un esame scritto, sugli argomenti svolti durante l’attività di laboratorio, ed un colloquio orale. L’esame sarà superato se lo studente dimostrerà di aver appreso le nozioni fondamentali dei diversi argomenti svolti sia durante le lezioni teoriche sia durante l’attività di laboratorio.
CRITERI DI VALUTAZIONE
Giudizio finale
Il voto finale tiene conto di vari fattori:
Qualità delle conoscenze, abilità, competenze possedute e/o manifestate:
a) appropriatezza, correttezza e congruenza delle conoscenze
b) appropriatezza, correttezza e congruenza delle abilità
c) appropriatezza, correttezza e congruenza delle competenze
Modalità espositiva:
a) Capacità espressiva;
b) Utilizzo appropriato del linguaggio specifico della disciplina;
c) Capacità logiche e consequenzialità nel raccordo dei contenuti;
e) Capacità di collegare differenti argomenti trovando i punti comuni e istituire un disegno generale coerente, ossia curando struttura, organizzazione e connessioni logiche del discorso espositivo;
f) Capacità di sintesi anche mediante l’uso del simbolismo proprio della materia e l’espressione grafica di nozioni e concetti, sotto forma per esempio di formule, schemi, equazioni.
Qualità relazionali:
Disponibilità allo scambio e all’interazione con il docente durante il colloquio.
Qualità personali:
a) spirito critico;
b) capacità di autovalutazione.

Di conseguenza, il giudizio può essere:
a) Sufficiente (da 18 a 20/30)
Il candidato dimostra poche nozioni acquisite, livello superficiale, molte lacune. capacità espressive modeste, ma comunque sufficienti a sostenere un dialogo coerente; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di livello elementare; scarsa capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piuttosto stentata; scarsa interazione con il docente durate il colloquio.
b) Discreto (da 21 a 23)
Il candidato dimostra discreta acquisizione di nozioni, ma scarso approfondimento, poche lacune; capacità espressive piú che sufficienti a sostenere un dialogo coerente; accettabile padronanza del linguaggio scientifico; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di moderata complessità; più che sufficiente capacità di sintesi e capacità di espressione grafica accettabile.
c) Buono (da 24 a 26)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni piuttosto ampio, moderato approfondimento, con piccole lacune; soddisfacenti capacità espressive e significativa padronanza del linguaggio scientifico; capacità dialogica e spirito critico ben rilevabili; buona capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piú che accettabile.
d) Ottimo (da 27 a 29)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso, ben approfondito, con lacune marginali; notevoli capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; notevole capacità dialogica, buona competenza e rilevante attitudine alla sintesi logica; elevate capacità di sintesi e di espressione grafica.
e) Eccellente (30)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso e approfondito, eventuali lacune irrilevanti; elevate capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; ottima capacità dialogica, spiccata attitudine a effettuare collegamenti tra argomenti diversi; ottima capacità di sintesi e grande dimestichezza con l’espressione grafica.
La lode si attribuisce a candidati nettamente sopra la media, e i cui eventuali limiti nozionistici, espressivi, concettuali, logici risultino nel complesso del tutto irrilevanti.

Testi

- Kandel, Schwartz, Jessel, Principi di Neuroscienze. Ed. quarta o quinta. Casa Editrice Ambrosiana.
- Zigmond, Bloom et al., Neuroscienza Cellulare e Molecolare, Edises.
- Purves, Neuroscienze, Zanichelli.
- Hammond, Cellular and Molecular Neurophysiology, 4th Edition, Academic Press.

Altre Informazioni

Durante il corso, il docente utilizzerà a lezione delle piattaforme informatiche interattive per permettere la valutazione del grado di apprendimento degli studenti. Il docente fornirà di volta in volta testi integrativi e/o pubblicazioni scientifiche aggiornate sull’argomento della lezione. Saranno fornite, eventualmente, copie delle presentazioni PowerPoint utilizzate per le lezioni e pubblicazioni scientifiche, in formato pdf, per approfondimenti. Verranno inoltre forniti esempi di test scritti con la traccia della risposta corretta.

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