programa de doctorado biologia molecular, celular y neurociencia

PROGRAMA DE DOCTORADO
BIOLOGIA MOLECULAR, CELULAR Y NEUROCIENCIA
2014
CURSO TRONCAL
Horas Presenciales/semana: 9
Número de sesiones: 46 (138 horas presenciales)
Horario
Martes :
Miércoles :
Jueves:
9:30-12:45
9:30-12:45
9:30-12:45
Lugar
Sala Mitzy Canessa, 1er piso edificio Biología-Milenio.
Evaluación
Promedio de Pruebas: 60%
Promedio Seminarios: 25%
Mini-tesilla:
15%
Requisitos asistencia
Clases
80%
Seminarios 100%
Coordinador general:
Dr. Juan Bacigalupo, [email protected]
Coordinadores de módulo:
Dra. Victoria Guixé, [email protected]
Dra. Ana Preller, [email protected]
Dr. Alvaro Glavic, [email protected]
Dr. Michael Handford, [email protected]
Dar. Cecilia Vergara, [email protected]
Dra. Verónica Palma, [email protected]
Descripción del curso
El Curso Troncal es una actividad obligatoria para los estudiantes del Programa de
Doctorado en Biología Molecular Celular y Neurociencia (BMCN). Este curso tiene por
objeto entregar a los estudiantes una visión integrada de los conceptos básicos de una
variedad de temas fundamentales en la biología moderna. El curso cubre diferentes
niveles de organización, parte con conceptos de estructura y finaliza con funciones
asociadas al Sistema nervioso, el desarrollo embrionario y el Sistema inmune. Al nivel
celular cubre algunos aspectos que son particulares de plantas.
La filosofía detrás del curso es poner un énfasis especial en los conceptos básicos
que sustentan el conocimiento actual en los diferentes campos de la biología experimental
y teórica, entregando tanto su fundamentación conceptual como experimental de una
manera integrada. Queremos que nuestros estudiantes adquieran el conocimiento y
manejo de las herramientas necesarias para que puedan acceder a una vasta gama de
los conocimientos más recientes en cada una de las áreas cubiertas por el curso. De este
modo pretendemos que queden capacitados para buscar preguntas y abordar los
problemas biológicos desde una perspectiva amplia y multidisciplinaria.
El conocimiento y los conceptos adquiridos en este curso debieran ser la piedra
angular para poder profundizar en temas específicos que sean del interés de los
estudiantes del Programa BMCN. Así, este curso pasa a ser una actividad que sustenta
manera transversal áreas como Neurociencia, Biología Celular, Biología Estructural,
Fisiología Celular, Biofísica, Biología del Desarrollo, Inmunología, Biología Vegetal
Siendo éste un curso formativo y de carácter avanzado, la participación de los
estudiantes en todas las actividades es considerada fundamental. Por este motivo dicha
participación llevará una nota que reflejará la actitud de los alumnos como receptores
activos y críticos de los conocimientos expuestos. Los estudiantes deberán prepararse
con anterioridad para las clases y seminarios, para lo cual se les entregará o indicará
material de libros de texto o revisiones bibliográficas pertinentes.
Módulos del curso
Módulo 1:
Módulo 2:
Módulo 3:
Módulo 4.
Módulo 5:
Módulo 6:
Tesillas:
Biología Estructural (5 Clases, 1 Seminario)
Regulación Metabólica y Transducción de Señales (4 Clases, 1 Seminario)
Núcleo; Organización del DNA y Expresión Génica (4 Clases, 1 Seminario)
Organelos y Dinámica Celular; Síntesis y Flujo de Membranas (6 Clases, 1
Seminario)
Sistema Nervioso (6 Clases, 1 Seminario)
Desarrollo de Organismos Multicelulares e Inmunología (6 Clases, 1
Seminario)
2 sesiones.
Lecturas para clases y seminarios.
Al inicio del curso se entregará una lista de un artículos de revisión o capítulos de
libro para que los estudiantes se preparen con anticipación para cada clase.
Los artículos para ser discutidos en los seminarios (2 por sesión) serán
presentados por los alumnos; todos los alumnos deberán haber revisado todos los
trabajos y participar en las sesiones. Dicha participación será evaluada.
Papel del coordinador(a) del curso: coordinación general del curso, incluyendo clases,
pruebas, tesillas, artículos de seminarios (al inicio del curso) y nota final.
Papel del coordinador de módulo: discutir y actualizar el contenido de las clases de
éste, en conjunto con los profesores participantes del módulo. Además, con el
coordinador general, coordinar y homogeneizar criterios de las evaluaciones de seminario
y pruebas correspondientes al modulo. Entregar a principio del semestre los artículos que
se discutirán en el seminario del módulo. El coordinador asistirá a todas las sesiones del
módulo.
Programa Actividades
Lunes 24 Marzo (12:00 h): Reunión de organización. coordinador general del curso
Inicio de clases:
Martes 25 Marzo: Introducción al curso: coordinador general del curso (15 min)
MÓDULO 1. BIOLOGIA ESTRUCTURAL.
Coordinador del Módulo: Dr. Victoria Guixé.
Martes 25 Marzo - Sesion 1: Estructura de las proteínas. Dr. Jorge Babul. Estructura
y función de las proteínas. Plegamiento; importancia y problemas por resolver. Estudios
in singulo e in múltiplo. Interacciones que participan en el plegamiento. Estabilidad de
las proteínas. Interacciones “hidrofóbicas”; proteínas globulares. Módulos. Estabilización
de las proteínas: entropía conformacional. Estado desplegado y plegado. El enlace
peptídico y limitaciones al plegamiento. Gráficas de Ramachandran.
Miércoles 26 Marzo - Sesión 2: Estructura de proteínas. Estabilización e
interacciones responsables. Dr. Jorge Babul. Niveles de organización. Motivos
estructurales, dominios, subunidades. Interacciones responsables de la mantención de
la estructura nativa. Aspectos termodinámicos. Energía libre de transferencia. Superficie
accesible al solvente.
Jueves 27 Marzo - Sesión 3: Plegamiento y conformación de las proteínas. Dr.
Jorge Babul. Desnaturación y agentes desnaturantes. Métodos de estudio.
Cooperatividad de la estructura plegada. Desnaturación reversible y determinación del
plegamiento. Plegamiento y flexibilidad. Cálculo de la estabilidad de las proteínas
globulares. Factores cinéticos del plegamiento. Intermediarios durante el plegamiento; el
glóbulo fundido. Estudios de asociación-disociación de subunidades. Plegamiento y
chaperonas moleculares.
Martes 1 Abril - Sesión 4: Control de la actividad enzimática: Bases moleculares de
su regulación. Dra. Victoria Guixé. Cooperatividad e interacción entre subunidades,
unión de ligandos, cambios conformacionales inducidos por ligandos, modelos que
explican la cooperatividad. Alosterismo: se ilustrará el camino histórico para entender
este concepto, los mecanismos que lo generan, el descubrimiento e identificación de
sitios alostéricos, así como las visiones actuales de este fenómeno. Ensambles
conformacionales. Significado fisiológico de la regulación alostérica. Estrategias para el
diseño de nuevas funciones en proteínas.
Miércoles 2 Abril - Sesión 5: Cristalización, cristalografía y clasificación estructural
de proteínas. Dr. Ricardo Cabrera. Solubilidad y nucleación, agentes precipitantes.
Métodos hightroughput. Difracción, el problema de las fases ¿Qué es necesario
entender de las tablas de cristalografía de los papers de estructura? Descripción
sistemática de la estructura terciaria de proteínas: Arquitectura y topología. Familias y
súper-familias de proteínas (y enzimas). ¿Es posible una tabla periódica de los
plegamientos? Homología versus analogía. Modelamiento y Simulación Molecular como
herramientas de complementarias a la determinación experimental de la estructura.
Jueves 3 Abril - Sesión 6: Seminario Módulo 1
MÓDULO 2. REGULACIÓN METABÓLICA Y TRANSDUCCIÓN
Coordinador del Módulo: Dra. Ana Preller.
DE SEÑALES.
Martes 8 Abril - Sesión 7: Transducción de señales I. Dr. Sergio Lavandero.
Conceptos generales de transducción de señales: Organización, disposición,
amplificación, integración y temporalidad. Receptores Tirosina Quinasa (EGF,
TGFalpha, etc). Fosfatasas y el fin de la señal. Cascadas de quinasas y proteínas de
andamiaje. Transducción al núcleo: Modulación de la transcripción (PKA-CREB, Nf-KB,
fos, jun, etc). Receptores con ligandos intracelulares (PPARs, RXR, receptor de
estrógenos). Receptores de señales metabólicas (SREBP1). Quinasas, fosfatasas,
regulación transcripcional.
Miércoles 9 Abril - Sesión 8: Transducción de señales II. Dr. Juan Bacigalupo. Tipos
de receptores de membrana. Receptores acoplados a proteína G. Tipos de P-G y sus
propiedades. Nucleótidos cíclicos: ciclasas, PDEs y quinasas A y G. Mensajeros
lipídicos, ciclo de los fosfoinosítidos. Fosfolipasa C, diacylglicerol, PKC. IP3, receptorIP3, receptor de ryanodina. Calcio, homeostasis de Ca2+, medición de cambios de
Ca2+, compuestos enjaulados, fuentes y sumideros de Ca2+, almacenes de Ca2+,
transportadores de Ca2+, liberación de Ca2+ inducida por Ca2+, SOC, ondas de Ca2+,
microdominios de Ca2+. Oxido nítrico, NOS. Segundos mensajeros.
Jueves 10 Abril - Sesión 9: Primera Prueba (Sesiones 1-8)
Martes 15 Abril - Sesión 10: Organización y regulación de las vías metabólicas.
Dra. Ana Preller. Complejos multienzimáticos y canalización de sustratos (channeling).
Mecanismos de regulación: aproximación clásica (enzima limitante o marcapaso) versus
aproximación sistémica: postulados del análisis del control metabólico (MCA: metabolic
control analysis). Medición de flujos y cálculo del coeficiente de control del flujo de
enzimas en vías metabólicas in vivo.
Miércoles 16 Abril - Sesión 11: Análisis matemático de sistemas metabólicos. Dr.
Juan Carlos Letelier. Esta clase introduce a los alumnos a las técnicas teóricas para
analizar redes metabólicas desde el punto de vista de lo que se llama “Systems
Biology”. Además se introducirán nociones fundamentales sobre flujos metabólicos los
llamados teoremas de MCA.
Jueves 17 Abril - Sesión 12: Análisis preparación tesillas. Reunión con
coordinadores de modulo
Martes 22 Abril - Sesión 13: Seminario Módulo 2
MÓDULO 3. NÚCLEO: ORGANIZACIÓN DEL DNA Y EXPRESIÓN GÉNICA.
Coordinador del módulo Dr. Álvaro Glavic
Miércoles 23 Abril - Sesión 14: Regulación transcripcional. Dr. Miguel Allende. La
mecánica basal de la transcripción en eucariontes, la integración de múltiples factores
sobre el promotor y la RNA Polimerasa II. La activación transcripcional requiere eventos
secuenciales coordinados en el tiempo. Modelos de activación y técnicas de análisis de
la expresión génica in vivo. Coordinación de la transcripción con procesamientos
subsecuentes del mRNA.
Jueves 24 Abril - Sesión 15: Procesamiento del mRNA. Dr. Miguel Allende. Los tipos
de procesamiento y las proteínas que los regulan. El procesamiento alternativo (splicing)
y la generación de la diversidad proteica. Regulación del splicing: paralelos y diferencias
con regulación transcripcional.
Martes 29 Abril - Sesión 16: Estructura del núcleo y de la cromatina. RNAs no
codificantes. Dr. Alvaro Glavic. Organización de la cromatina interfásica y mitótica.
Cromosomas politénicos y plumeados. Poros nucleares y transporte núcleocitoplasma. Factorías de replicación y transcripción. RNAs no-codificantes. Metaexpresión del genoma humano y de regiones intergénicas. MicroRNAs, siRNAs, ncRNA
largos y aptámeros. Ejemplos sobre función y roles regulatorios.
Miércoles 30 Abril - Sesión 17: Nueva clase de Biología molecular
Martes 6 Mayo - Sesión 18: Seminario Módulo 3
Miércoles 7 Mayo - Sesión 19: Segunda Prueba (Sesiones 7-13)
MÓDULO 4. ORGANELOS Y DINÁMICA CELULAR, SÍNTESIS Y FLUJO DE
MEMBRANAS.
Coordinador de módulo: Dr Michael Handford
Jueves 8 Mayo - Sesión 20: Organelos I. Dr. M. Handford. Importación de proteínas a
los cloroplastos y mitocondrias. Redes de mitocondrias y cloroplastos, y su asociación
con otros organelos. Coordinación de expresión génica entre genomas organelar y
nuclear. Transferencia de ADN intergenómico.
Martes 13 Mayo - Sesión 21a: Citoesqueleto, aspectos estructurales. Dr. Juan
Fernández. Organización general: microtúbulos, filamentos de actina, filamentos
intermedios y septinas. Arquitectura celular, polaridad y citoesqueleto. Propiedades
dinámicas: inestabilidad dinámica, treadmilling y desplazamiento espacial. Papel de
proteínas asociadas al citoesqueleto y efecto de drogas. Centros de nucleación y
sinergia entre sus componentes.Distribución de la actina-F y de los centros de
nucleación. Cambios de forma celular y la transición epitelio/mesenquima. Movimiento
celular y organización del lamelipodio, seudopodio e invadopodio. Nucleación de
filamentos de actina y ensamblaje de una maquinaria contráctil durante el movimiento
celular. Formación de cometas de actina y movimiento de organelos y patógenos.
Movimiento de cilios y flagelos.
Martes 13 Mayo - Sesión 21b: Citoesqueleto, aspectos funcionales. Dr. Christian
Gonzalez. Elementos regulatorios de la polimerización del citoesqueleto. Microtúbulos:
La estabilización de los microtúbulos se regula en diferentes niveles (tipo de tubulina,
modificaciones post-traduccionales, proteínas asociadas a microtúbulos). Aspectos
fisiológicos y patológicos asociados a los microtúbulos. Microfilamentos de actina: Los
microfilamentos de actina polimerizan dependientes de la actividad de proteínas G
monoméricas.
La
estabilidad
de
los
filamentos
de
actina
depende
estabilizadores/desestabilizadores. Aspectos fisiológicos y patológicos asociados a los
microfilamentos de actina .Filamentos intermedios. Los filamentos intermedios son
heterogéneos. Posee propiedades estructurales diferenciales respecto de microtúbulos
y microfilamentos de actina. Sus funciones son reguladas post-traduccionalmente.
Aspectos fisiológicos y patológicos asociados a los filamentos intermedios.
Miércoles 14 Mayo – Sesión 22: Tercera Prueba (Sesiones 14-19)
Jueves 15 Mayo - Sesión 23: Aspectos celulares y moleculares del transporte
citoplasmático. Dr. Christian González. Arquitectura celular: cito esqueleto y motores
moleculares. Estructura de los motores y su interacción con el citoesqueleto y las cargas
a transportar. Análisis de modelos celulares: célula pigmentaria, neurona, ovocitos,
levaduras, células secretoras y células en división, células infectadas con patógenos.
Martes 20 Mayo - Sesión 24: Ruta Secretoria I: Retículo endoplasmático y Síntesis
de proteínas. Dr. Alejandro Roth. Estructura y organización del Retículo endoplásmico.
Síntesis de Proteínas y segregación a la ruta secretoria. Péptido Señal y maquinaria de
Translocación. Dominios de transmembrana, plegamiento y topología de proteínas
sintetizadas en asociación al RER. Chaperonas. Pasos iniciales de la Glicosilación.
Jueves 22 Mayo - Sesión 25: Ruta Secretoria II: Aparato de Golgi. Conceptos de
sorting y targeting. Dra. Lorena Norambuena. Estructura y función del aparato de
Golgi. Glicosilación de Proteínas. Formación, transporte, reconocimiento y fusión de
vesículas.
Martes 27 Mayo - Sesión 26: Endocitosis. Dr. Marco Tulio Nuñez. La endocitosis
mediada por receptor es un proceso necesario para satisfacer una variedad de
funciones celulares como son la incorporación de nutrientes, la eliminación de proteínas
de la circulación, la transmisión materno-infantil de inmunidad y la comunicación
intercelular. Subyacente al correcto funcionamiento del proceso de endocitosis mediada
por receptor hay una variedad de procesos. Entre estos se destacan los procesos de
atrapamiento de proteínas en pozos cubiertos de la membrana plasmática (clatrina,
AP2, sinaptotagmina, PIP2), procesos de fusión y fisión de membranas (dinamina,
anexinas), procesos de ensamblaje y desensamblaje de la cubierta de clatrina (hsc70,
auxilina), movimientos iónicos relacionados con la acidificación de las vesículas
endocíticas (H-pump, canales de cloruro), procesos moleculares involucrados en la
selección de cargo de las vesículas y procesos de destinación vesicular (rab 4, rab5, rab
7, rab 11).
Miércoles 28 Mayo - Sesión 27: Seminario Módulo 4
MÓDULO 5. SISTEMA NERVIOSO.
Coordinador de módulo: Dra. Cecilia Vergara
Jueves 29 Mayo - Sesión 28: Anatomía del Sistema nervioso. Dr. Julio Alcayaga. El
Sistema nervioso de vertebrados: naturaleza segmentada y polaridad rostro caudal.
Estructura de un segmento medular. Nervios raquídeos. Dimensiones somática,
visceral, sensorial y motora. La medula espinal y el concepto de neuropila. Neuronas,
glias y sinapsis como elementos estructurales. El concepto de relación senso-motora.
Martes 3 Junio - Sesión 29: Principios de electrofisiología. Dr. Julio Alcayaga.
Transporte de iones a través de las membranas biológicas: canales de iones,
transportadores y bombas. El potencial de reposo celular. Circuito equivalente de la
membrana y ecuación del cable. Canales dependientes del potencial y el potencial de
acción. Propagación del potencial de acción. Diversidad de propiedades
electrofisiológicasde las neuronas.
Miercoles 4 Junio - Sesión 30: Cuarta Prueba (Sesiones 20-27)
Jueves 5 Junio - Sesión 31: Estructura y propiedades de los canales de iones. Dr.
Osvaldo Alvarez. La determinación de la primera estructura cristalina de un canal de
iones revolucionó el campo de la biofísica en 1998. En esta clase se presentará un
modelo de los canales de potasio activados por potencial eléctrico deducido de
experimentos bioquímicos y fisiológicos, conocidos hasta 1998. Se comparará este
modelo con la estructura cristalina observada. Se examinará los nuevos problemas que
planteó la aparición del cristal.
Martes 10 Junio - Sesión 32: Interfase Sistema Nervioso-Ambiente: Receptores
Sensoriales. Dr. Juan Bacigalupo. Transducción sensorial, conceptos generales y
ejemplos. Propiedades fundamentales de las células sensoriales: órganos receptores,
potencial de receptor, codificación de los estímulos sensoriales, tipos celulares,
mecanismos de transducción sensorial y sus componentes moleculares, adaptación al
estímulo, sensibilidad vs ruido.
Miércoles 11 Junio - Sesión 33: Comunicación sináptica. Dra. Cecilia Vergara.
Fisiología de la sinapsis química y eléctrica. Sinapsis excitatorias e inhibitorias. Sinapsis
neuromuscular y sinapsis centrales. Liberación cuántica de neurotransmisores.
Receptores ionotrópicos y metabotrópicos. Integración temporal y espacial de inputs
sinápticos. Propiedades activas de las dendritas
Jueves 12 Junio - Sesión 34: Plasticidad sináptica y memoria. Dra. Magdalena
Sanhueza. Modificación de la efectividad sináptica (plasticidad). Modelos en
invertebrados y vertebrados. Mecanismos de corta (mseg a minutos) y larga duración
(horas a meses). Potenciación y depresión de larga duración (LTP y LTD). El receptor
de NMDA, calcio calmodulina quinasa II (CAMKII). Inserción-remoción de receptores
sinápticos dependiente de actividad. Plasticidad estructural. Síntesis de proteínas en
dendritas.
Martes 17 Junio - Sesión 35. Seminario Módulo 5
MÓDULO 6: Desarrollo de Organismos Multicelulares e Inmunología Coordinador de
módulo: Verónica Palma
Miércoles 18 Junio - Sesión 36: Conceptos generales de Biología del Desarrollo I.
Dr. Juan Fernández. Gametogénesis y acumulación de transcriptos maternos.
Fecundación, activación y segregación ovoplásmica. Mecanismos generales del
desarrollo embrionario: clivaje, blastulación, gastrulación, neurulación y organogénesis.
Destino y diferenciación celular. Segmentación y compartimientos embrionarios,
establecimiento de ejes y formación de patrones morfogenéticos. Interacciones entre las
células embrionarias (paracrinas, yuxtracrinas y autocrinas). Desarrollo autónomo e
inducido (regulado o determinado). Modelos animales para el estudio del desarrollo:
invertebrados I (el nemátodo C. elegans). Análisis de los aspectos del desarrollo
embrionario que hacen atrayente y ventajoso su uso como modelo experimental.
Jueves 19 Junio - Sesión 37: Principios generales del Desarrollo de plantas. Dra.
Claudia Stange. Se revisará los procesos de gametogénesis y fecundación en plantas.
Se analizará el desarrollo embrionario y los factores involucrados.
Martes 24 Junio - Sesión 38: Quinta Prueba (Sesiones 28-35)
Miércoles 25 Junio - Sesión 39: Desarrollo preimplantacional, inducción
morfogenética y establecimiento de ejes en mamíferos. Dra. Verónica Palma. Breve
reseña histórica y descripción del desarrollo preimplantacional de ratón (estados I-II-IVMórula-Blastocisto), inducción neural y establecimiento de ejes del sistema nervioso.
Células troncales embrionarias (ESC), somáticas (se revisarán en particular células
troncales mesenquimáticas y del sistema nervioso) y células pluripotenciales inducidas
(IPS); propiedades y características. Señalización en sistemas embrionarios, en
particular papel de Factores paracrinos (Wnt, BMP, FGF y Shh) en cuanto a su
participación en la inducción morfogenéticy formación del sistema nervioso central.
Jueves 26 Junio - Sesión 40: Desarrollo de Drosophila. Dr. Alvaro Glavic. Desarrollo
embrionario: establecimiento de los ejes embrionarios y movimientos morfogenéticos y
post embrionario: centros organizadores, formación de patrones y crecimiento de los
tejidos. Análisis genético, clonal y de linaje celular. Transgénesis y estudios de ganancia
de función, Sistema Gal4/UAS.
Martes 1 Julio - Sesión 41: Inmunidad innata. Dra. María Rosa Bono. Tipos de
patógenos. Patrones moleculares de reconocimiento de patógenos. Infecciones por
patógenos intracelulares y extracelulares Células y factores de la respuesta inmune
innata. Complemento y citoquinas. Evasión de la respuesta inmune innata. Estimulación
de la respuesta inmune adaptable.
Miércoles 2 Julio - Sesión 42: Inmunidad adaptativa. Dra. María Rosa Bono. Bases
celulares de la respuesta inmune adaptable. Desarrollo de linfocitos T y B. Estructura del
receptor para el antígeno. Generación de la diversidad en la respuesta inmune.
Presentación y procesamiento de antígenos. Señales de activación de diferentes tipos
de linfocitos. La sinapsis inmunológica. Señales de peligro.
Jueves 3 Julio - Sesión 43: Seminario Módulo 6
Martes 8 Julio – Libre para dar tiempo terminar estudio último modulo y preparación
tesillas
Miércoles 9 Julio – Sesión 44: Sexta Prueba (Sesiones 36-43)
Jueves 10 Julio – Libre para preparación tesillas
Martes 15 Julio - Sesiones 45 y 46: Presentación oral de Tesillas (idealmente
mañana y tarde del mismo día). Dependerá del número de alumnos