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Academic Year/course: 2022/23

446 - Degree in Biotechnology

27148 - Molecular Basis of Cell Communication and Cancer


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
27148 - Molecular Basis of Cell Communication and Cancer
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
446 - Degree in Biotechnology
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject and its expected results respond to the following approaches and objectives:

It is an optional topic that provides specialized information within the Degree in Biotechnology.


The general objectives that are pursued are the following:


- That the student knows the basic molecular mechanisms of communication between normal cells in mammals.


- That the student knows how the alterations in these communication processes are in the molecular basis of the behavior of the tumor cells.

 

These approaches and objectives are aligned with Sustainable Development Goals 3 and 9 of the United Nations 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of learning outcomes of the subject provides training and competence to contribute to some extent to its achievement.

1.2. Context and importance of this course in the degree

This course is part of the module of optional training for students of the Degree in Biotechnology and will allow students who take it to understand the cancer problem at the molecular and cellular level and will open a possible further specialization in molecular oncology.

1.3. Recommendations to take this course

It is recommended to have studied General Biology, Physiology, Genetics and Biochemistry.

2. Learning goals

2.1. Competences

Upon learning the topic, the student will be able to to ...

Identify the complexity levels of communication between cells from local communication to long-distance communication

Understand the mechanisms and general strategies of communication between cells in mammals

Understand the general molecular principles that govern intracellular communication.

Understand the relationship between altered cellular communication and the development of cancer

Understand the mechanism by which the main oncogenes and tumor suppressor genes act

In addition to these specific competences, the student has to improve:

1) The capacity of association and deduction.

2) The ability to solve specific problems.

3) The critical analysis of the information.

4) The synthesis and integration of information.

5) The public presentation of topics.

2.2. Learning goals

The student, to pass this subject, must demonstrate the following results ...

Understand the basic mechanisms of intercellular communication

Understand the basic mechanisms of intracellular communication

Know the main signal transduction routes

Understand and know the main molecular and behavioral characteristics of human tumor cells

Know the molecular mechanisms that are at the base of the transformation of tumor cells

Understand the cause-effect relationship between molecular alterations in the signal transduction pathways and the tumor phenotype

2.3. Importance of learning goals

All work is aimed to familiarizing the student with the aspects described above. This subject shows the student how cells communicate and the importance of cellular communication mechanisms in the normal functioning of the organism as well as its alteration in neoplastic diseases.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he has achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities

To pass this subject, the student must reach a minimum global score of 5 points out of a total of 10.

The criteria described below will be adopted, with their corresponding level of demand.


Presentation and exhibition of an individual work or in small groups (2-3 people):

The works will deal with a subject related to the subject, which will be specified by the teacher for each group. The teacher will supervise the student's personal work, guiding him in the search for information and in his assessment. The work should be translated into a presentation in ppt format and exposed and debated in class.

Assessment criteria and levels of requirement: The completion of the written work and its presentation to the class will be scored from 0 to 10 and will contribute 30% to the final grade. The evaluation criteria will be the following:

    Information coherence
    Clarity in the exhibition
    Degree of preparation of the presentation.
    Degree of interiorization of the contents with own suggestions.

Performing an objective test

The specific competences will be evaluated through a written test consisting of short questions and small essays. It will be scored from 0 to 10 and will contribute 70% to the final grade.

The test will consist of a series of questions about the theoretical contents of the subject.

The syllabus that students must use to prepare the different tests can be found in the section "Activities and resources" of this same teaching guide

In addition to the evaluation modality indicated in the previous points, the student will have the possibility of being evaluated in a global test, which will judge the attainment of the learning results indicated above.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures and the elaboration and presentation of a work. 
This course is scheduled to address an intensification of theoretical knowledge with student participation. This strategy will allow the student to revise a topic closely with an outstanding professional who will take you to a basic aspect of the biology of cells has a huge potential for its application to research and treatment of neoplastic diseases. This can facilitate the subsequent professional development os students.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Lectures. The theoretical basis of knowledge of the subject will be presented to students in a number of lectures. The lectures will deal with the specific topics mentioned in the program.
  • Elaboration and presentation of a work. In this activity students will collect information on a particular program topic, with the help of teacher. Teacher will supervise the work of students through tutoring sessions. Finally, the work will be presented and discussed in the classroom.
  •  
  • "The teaching and assessment activities will be carried out in person unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza compel them to be carried out electronically. ”

The teaching and evaluation activities will be carried out in face-to-face mode, unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza require them to be carried out telematically

4.3. Syllabus

The course will address the following topics: 

MOLECULAR BASIS OF CELL COMMUNICATION AND CANCER 

Section I: Signal Transduction

  • 1. Importance of cell communication in multicellular organisms. Pathways and mechanisms of cell communication. Transmitters, receptors and signal transduction. Main types of chemical messengers in higher animals. Chemical structure of messengers and action mechanism. Proteins as messengers: hormones and growth factors. Other messengers.
  • 2. Small molecules and proteins involved in signal transduction. Membrane receptors. Cytoplasmic receptors. Nuclear receptors. Signal transmission from plasma membrane to nucleus: general mechanisms. Protein kinases and protein phosphatases. G-proteins. Importance of binding of covalent lipids. Second messengers.
  • 3. Signaling through G protein-couled receptors. Heptaspanins (7TM receptors). Heterotrimeric G proteins. Adenylyl cyclase and cAMP. Protein kinase A (PKA) and AKAP. Generation of inositol trisphosphate (IP3) and diacylglicerol from PIP2. Phospholipases C (PLC). Ca++ as a second messenger: calmodulin. Protein kinase C (PKC) family. Receptors generating cGMP.
  • 4. Survival and proliferative routes. Growth factor receptors. Signaling domains: SH2, SH3, PH, WW/WD. Other types of signaling domains. The MAP-kinases (MAPK) pathway. The PI3-kinase (PI3K) pathway. Protein kinase B/Akt (PKB/Akt). Signal transduction through insulin receptor. Growth-inhibitory signals: the TGF-b. Signal transduction and the cytoskeleton.
  • 5. Cytokines. Cytokine families and biological effects. Properties of cytokines. Cytokine receptor families. Signal transduction: JAKs and STATs. Biotechnological applications of cytokines.
  • 6. Steroid hormones and nuclear receptors. Hydrophobic messengers: steroid and non-steroid hormones. Structure and function of nuclear receptors. Homodimeric receptors. Heterodimeric receptors. Other signaling systems activating nuclear receptors: the Wnt/b-catenin pathway.
  • 7. Signalling of cell death. Types of cell death: necrosis, programmed cell death or apoptosis. Apoptosis in Caenorhabditis elegans. Apoptosis in mammals. Extrinsic and intrinsic pathway of apoptosis. Apoptotic proteases: caspases. Bcl-2 superfamily proteins.

Section II: Molecular Basis of Cancer

  • 8. The nature and origin of cancer. Characteristics of tumour cells. Cancer causes. Carcinogenic agents. Chemical carcinogenesis. Steps in the development of cancer. Risk factors and prevention of cancer.
  • 9. Experimental models in cancer research. Cell cultures. Cell lines. Characterization of cell populations in tumour cell cultures. Animal xenografts. Biological parameters related to tumour progression. Usefulness and limitations of experimental models in cancer research.
  • 10. Virus and cancer: discovery of oncogenes. Viral oncogenes. Cellular oncogenes. Human proto-oncogenes and oncogenes. The Src tyrosin kinase.
  • 11. Growth factors, growth factor receptors and cancer. Growth factors and receptors (RTKs) involved in tumour pathogenesis. Autocrine growth factor (PDGF, TGF, IL-6) production and impairment of RTK function in human tumours (ErbB, ErbB2/Neu, Ret, Kit).
  • 12. Disruption of cytoplasmic signalling circuitry in cancer. Cytoplasmic proteins involved in mitogenic signal transduction: Ras, Raf, Bcr-Abl. Transcription factors: PML-RAR, Myc.
  • 13. Tumour-suppressor genes. Discovery of tumour-suppressor genes. Diversity of oncosuppressor genes and proteins. Retinoblastoma protein (Rb) and regulation of restriction entry point of cell cycle. Structure, function and action mechanism of p53 protein. The MDM2 and ARF proteins.
  • 14. Cell-adhesion proteins involved in tumorigenesis. Tumour progression and extracellular matrix. Integrins. Tumour invasion and metalloproteases. Tumour angiogenesis.

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the Facultad de Ciencias website https://ciencias.unizar.es/grado-en-biotecnologia.

The time reserved for this subject and the planned dates for exams, can be found on the website of the Faculty of Sciences: https://ciencias.unizar.es/consultar-horarios. Topic Seminars will be carried out in the second part of May.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=27148

 


Curso Académico: 2022/23

446 - Graduado en Biotecnología

27148 - Base molecular de la comunicación celular y el cáncer


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
27148 - Base molecular de la comunicación celular y el cáncer
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
446 - Graduado en Biotecnología
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

Se trata de una asignatura optativa que aporta información especializada dentro del Grado en Biotecnología.
Los objetivos generales que se persiguen son los siguientes:
- Que el alumno conozca los mecanismos moleculares básicos de la comunicación entre las células normales en los mamíferos.
- Que el alumno conozca como las alteraciones en estos procesos de comunicación estan en la base molecular del comportamiento de las células tumorales.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible 3 y 9 de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura forma parte del módulo de formación optativa para los alumnos del Grado en Biotecnología y capacitará a los alumnos que la cursen para comprender el problema del cáncer a nivel molecular y celular y para una eventual posterior especialización en estudios de posgrado en oncología molecular.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se recomienda haber cursado Biología General, Fisiología, Genética y Bioquímica

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Identificar los niveles de complejidad de la comunicación entre células desde la comunicación local a la que se establece a larga distancia

Comprender los mecanismos y estrategias generales de comunicación entre células en los mamíferos

Comprender los principios moleculares generales que rigen la comunicacion intracelular.

Comprender la relacion entre la comunicacion celular alterada y el desarrollo del cáncer

Comprender el mecanismo por el que actuan los principales oncogenes y genes supresores de tumores

Además de estas competencias específicas, el alumno ha de mejorar:

1) La capacidad de asociación y de deducción.

2) La capacidad para resolver problemas concretos.

3) El análisis crítico de la información.

4) La síntesis e integración de la información.

5) La presentación pública de temas.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Comprender los mecanismos básicos de comunicación intercelular

Comprender los mecanismos básicos de comunicación intracelular

Conocer las principales rutas de transducción de señales

Comprender y conocer las pricipales características moleculares y de comportamiento de las células tumorales humanas

Conocer los mecanismos moleculares que estan en la base de la transformación de las células tumorales

Comprender la relación causa-efecto existente entre las alteraciones moleculares en las rutas de transducción de señal y el fenotipo tumoral

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Todo el trabajo esta encaminado a familiarizar al estudiante con los aspectos descritos anteriormente. Esta asignatura muestra al estudiante como se comunican las células y la importancia de los mecanismos de comunicación celular en el funcionalmiento normal del organismo así como su alteración en las enfermedades neoplásicas.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Para superar esta asignatura, el estudiante deberá alcanzar una puntuación global mínima de 5 puntos sobre un total de 10.

Se adoptarán los criterios que se describen a continuación, con su correspondiente nivel de exigencia.

 

Presentación y exposición de un trabajo individual o en pequeños grupos (2-3 personas):

Los trabajos versarán sobre una tema relacionado con la asignatura, que será concretado por el profesor para cada grupo. El profesor supervisará el trabajo personal del alumno, guiándole en la búsqueda de información y en su valoración. El trabajo deberá plasmarse en una presentacion  en formato ppt y exponerse y debatirse en clase.

Criterios de valoración y niveles de exigencia: La realización del trabajo escrito y su presentación ante la clase se puntuará de 0 a 10 y contribuirá en un 30% a la calificación final. Los criterios de valoración serán los siguientes:

  • Coherencia de la información
  • Claridad en la exposición
  • Grado de elaboración de la presentación.
  • Grado de interiorización de los contenidos con sugerencias propias.

Realización de una prueba objetiva

Las competencias específicas se evaluaran mediante una prueba escrita consistente en cuestiones cortas y pequeños ensayos. Se puntuará de 0 a 10 y contribuirá en un 70% a la calificación final.

La prueba consistirá en una serie de preguntas sobre los contenidos teóricos de la asignatura.

El temario que los estudiantes deben utilizar para preparar las diferentes pruebas se encuentra en el apartado "Actividades y recursos" de esta misma guía docente

Además de la modalidad de evaluación señalada en los puntos anteriores, el alumno tendrá la posibilidad de ser evaluado en una prueba global, que juzgará la consecución de los resultados del aprendizaje señalados anteriormente.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Esta asignatura está programada para abordar una intensificación de conocimientos teóricos con participación del estudiante. Esta estrategia permitirá que el alumno revise un tema utilizando la literatura científica más reciente, lo que le acercará a la información actualizada de los mecanismos de comunicación celular  que tiene una enorme importancia potencial en su aplicación a la investigación y tratamiento de las enfermedades neoplásicas. Esto puede facilitarle al estudiante un posterior desarrollo profesional.

4.2. Actividades de aprendizaje

En el curso se realizarán las siguientes actividades para ayudar al estudiante a conseguir los objetivos de aprendizaje previstos:

Clases teóricas. 

En ellas se presentan a los alumnos los conocimientos teóricos básicos de la asignatura, que versarán sobre los temas mencionados en el programa.

 

Realización y exposición de un trabajo.

Esta actividad consiste en que los alumnos recopilarán información sobre un tema concreto del programa, ayudados por el profesor. El profesor supervisará el trabajo de los alumnos mediante sesiones de tutorías. Finalmente, los trabajos se expondrán y debatirán en clase.

"Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza dispongan realizarlas de forma telemática.”
 

 

4.3. Programa

Parte I: Transducción de Señales

 

1. Importancia de la comunicación celular en los organismos pluricelulares. Vías y medios de comunicación celular. Emisores, receptores y transducción de señales. Tipos principales de mensajeros químicos en animales superiores. Relación estre estructura química de los mensajeros y mecanismo de acción. Proteínas mensajeras: Hormonas y factores de crecimiento. Otros mensajeros. Mensajeros químicos en las plantas superiores.

 

2. Proteínas y pequeñas moléculas implicadas en la transducción de señales. Receptores de membrana. Receptores citoplasmáticos. Receptores nucleares. Transmisión de la señal de la membrana al núcleo: mecanismos generales. Proteín-quinasas y proteín-fosfatasas. Proteínas G. Importancia de la unión covalente de lípidos. “Segundos mensajeros”.

 

3. Principales vías de transducción de señales intracelulares. Los receptores heptaspanina (7TM). Proteínas G triméricas. Receptores que generan cAMP. La proteína quinasa A (PKA). Receptores que generan trifosfato de inositol y diacilglicerol. La fosfolipasa C (PLC). El Ca++ como segundo mensajero: la calmodulina. La superfamilia de la proteína quinasa C (PKC). Receptores que generan cGMP.

 

4. Rutas proliferativas y de supervivencia. Receptores de factores de crecimiento. Dominios de señalización: SH2, SH3, PH, WW/WD. Otros dominios de señalización. Ruta de las MAP-quinasas (MAPK). Rutas dependientes de la PI3-quinasa (PI3K). La proteína quinasa B/Akt (PKB/Akt). Transducción de señales por el receptor de insulina. Señales inhibidoras de la proliferación: el TGF-b. La transducción de señales y el citoesqueleto.

 

5. Las citoquinas. Efectos biológicos y familias de citoquinas. Características generales de su acción. Familias de receptores de citoquinas. Transducción de señales: JAKs y STATs. Interés biotecnológico de las citoquinas.

 

6. Hormonas esteroides y receptores nucleares. Los mensajeros hidrofóbicos: las hormonas esteroides. Estructura y transducción de señal de receptores nucleares. Receptores homodiméricos. Reeptores heterodiméricos. Otros sitemas de señalización que activan receptores nucleares: el sistema Wnt/b-catenina.

 

7. Señales que inducen la muerte celular. Tipos de muerte celular: necrosis, muerte celular programada o apoptosis. La apoptosis en Caenorhabditis elegans. La apoptosis en los mamíferos. Rutas intrínseca y extrínseca de la apoptosis. Proteasas apoptóticas: caspasas. Proteínas de la superfamilia Bcl-2.

 

Parte II: Base Molecular del Cáncer

 

8. La naturaleza del cáncer. Características de las células tumorales. Origen y causas del cáncer. Agentes cancerígenos. Carcinogénesis química. Fases en el desarrollo del cáncer. Factores de riesgo y prevención del cáncer.

 

9. Modelos experimentales en la investigación sobre el cáncer. Cultivos celulares. Líneas celulares. Caracterización de poblaciones celulares en cultivo. Xenotransplantes animales. Parámetros biológicos correlacionados con la progresión tumoral. Aplicabilidad y limitaciones de los modelos experimentales en la investigación oncológica.

 

10. Virus y cáncer: el descubrimiento de los oncogenes. Oncogenes virales. Oncogenes celulares. Protooncogenes y oncogenes humanos. La trirosín-quinasa Src.

 

11. Factores de crecimiento, sus receptores y cáncer. Factores de crecimiento y receptores (RTKs) implicados en la patogénesis tumoral. Producción de factores de crecimiento autocrinos (PDGF, TGF, IL-6) y alteración de RTKs en tumores humanos (ErbB, ErbB2/Neu, Ret, Kit).

 

12. Alteraciones de los circuitos de señalización citoplasmática en el cáncer. Proteínas citoplásmicas de transducción de señales mitogénicas: Ras, Raf, Bcr-Abl. Factores de trascripción: PML-RAR, Myc.

 

13. Genes supresores de tumores. Descubrimiento de los genes oncosupresores. Diversidad de genes y proteínas oncosupresoras. La proteína pRb y la regulación del punto de restricción del ciclo celular. Estructura, funciones y mecanismo de acción de p53. Proteínas MDM2 y ARF.

 

14. Moléculas de adhesión celular implicadas en la tumorigénesis. Progresión tumoral y matriz extracelular. Integrinas. Invasión tumoral y metaloproteasas. Angiogénesis tumoral.

 

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El horario reservado para esta asignatura, así como las fechas previstas para los exámenes, se puede consultar en la página web de la Facultad de Ciencias:https://ciencias.unizar.es/consultar-horarios

La asignatura es optativa y se impartirá en el segundo cuatrimestre.

Los exámenes se realizarán durante el periodo oficial marcado por el Centro. Consultar en: http://ciencias.unizar.es/web/horarios.do

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=27148