Che cosa è il ciclo cellulare?

1. Che cosa è il ciclo cellulare? E’ il processo con il quale le cellule si dividono e si moltiplicano, duplicando le informazioni genetiche racchiuse nel loro nucleo. E’ così che dall’uovo fecondato hanno origine circa i 100mila miliardi di cellule presenti in un organismo adulto. Dalle amebe all’uomo, il ciclo cellulare avviene nello stesso modo in tutte le cellule eucariotiche. Le uniche differenze riguardano i tempi.

2. CICLO CELLULARE

3. Tutte le cellule di un individuo pluricellulare, ad eccezione dei gameti, cioè le cellule somatiche e le cellule germinali immature, contengono lo stesso numero di cromosomi (diploide). Il processo di divisione per MITOSI assicura che il numero diploide di cromosomi, caratteristico della specie, sia mantenuto costante durante tutte le successive divisioni delle cellule, dallo zigote all’individuo adulto. I gameti (cellula uovo e spermatozoo) hanno un numero aploide di cromosomi. Il processo mediante il quale il numero diploide di cromosomi delle cellule somatiche si riduce alla metà nelle cellule germinali è un tipo di divisione speciale, detta MEIOSI.

4. La modalità di divisione cellulare che prevede la replicazione del DNA seguita dalla mitosi è responsabile: • dell’accrescimento e del mantenimento della massa corporea degli organismi pluricellulari • della sopravvivenza di popolazioni di organismi unicellulari Una seconda modalità di divisione cellulare, la replicazione seguita da meiosi, si riscontra esclusivamente negli eucarioti a riproduzione sessuata.

5. La divisione cellulare per mitosi ha luogo mediante una successione continua di stadi che nel complesso vengono chiamati ciclo cellulare.

6. LABILI: cellule epiteliali, cellule ciclanti (cellule ematopoietiche, spermatogoni). La durata di G1 è di poche ore. Si dividono continuamente passando da un ciclo al successivo. STABILI: osteoblasti, cellule epatiche, linfociti. Il periodo G1 si prolunga per giorni, anche anni. Dopo un certo numero di mitosi entrano in una fase quiescente, di transitoria fuoriuscita dal ciclo (G0). PERENNI: fibre muscolari, neuroni, granulociti. Cellule che hanno un elevato grado di differenziazione, non si dividono più ed escono irreversibilmente dal ciclo, arrestandosi permanentemente in fase pre-sintetica (G2?).

7. Il periodo intercinetico può essere suddiviso in: • G1 (Gap, intervallo) o periodo pre-sintetico. Trascrizione dell’RNA, sintesi proteica. • S (Sintesi). Duplicazione del DNA; sintesi di istoni e di una gran parte delle proteine acide. • G2, periodo post-sintetico. Sintesi di gran parte dei componenti dell’apparatomitotico, dei componenti di membrana che verranno utilizzati per le due cellule figlie, degli induttori della divisione.

8. L’interfase occupa oltre il 90% dell’intero ciclo cellulare. La sua durata e quindi la frequenza della mitosi è piuttosto costante in cellule dello stesso tipo ma diversa nei vari tipi cellulari. Nelle cellule dei mammiferi la durata del periodo intercinetico dipende dalla durata di G1 in quanto la durata dei periodi S e G2 è relativamente costante.

9. G1: 12-24h S: 6-7h G2: 4-6h M: 1-2h

10. FASI DELLA MITOSI

11. Durante il primo stadio della mitosi: • graduale riduzione della trascrizione degli RNA fino al completo arresto al termine della profase, scomparsa del nucleolo; • sintesi proteica a livelli minimi; • rallentamento o arresto del traffico vescicolare; • blocco dell’esocitosi e dell’endocitosi; • disgregazione della m. nucleare; • assemblamento del fuso.

14. APPARATO MITOTICO • Centrioli • Astrosfera • Fuso mitotico

16. Il FUSO MITOTICO è responsabile dei movimenti cromosomici durante la mitosi

18. I cinetocori nel lievito sono piccoli e ciascuno è legato a un solo MT, mentre nelle cellule di mammifero i cinetocori sono molto più grandi e ognuno è attaccato a 30-40 MT del fuso.

21. LE COESINE Gruppo di proteine, localizzate al centro del centromero, funzionano come colla che tiene insieme i cromatidi prima dell’inizio dell’anafase e sono degradate all’inizio dell’anafase, consentendo così la separazione dei cromatidi fratelli.

22. I MT polari prendono contatto con i MT provenienti dal centrosoma opposto. Quando le due estremità positive di due MT di polarità opposta iniziano a sovrapporsi, intervengono delle proteine che le legano insieme formando dei legami crociati. Come il legame tra cinetocore e i MT del cinetocore, questi legami crociati stabilizzano i MT polari. Possiamo immaginare che i MT durante la profase e la prometafase escono rapidamente a raggiera dai due centrosomi, quelli che riescono a incontrare un cinetocore o un MT di polarità opposta si stabilizzano; gli altri si disassemblano e si ritirano.

23. allineamento e separazione dei cromosomi

24. La combinazione di forze che tirano e spingono i cromosomi li fa disporre sulla piastra metafasica, la loro localizzazione più stabile, dove si allineano in ordine casuale. All’inizio dell’anafase, la regione centromerica di ciascun cromosoma si divide in due, consentendo ai due cromatidi fratelli appaiati di separarsi e di muoversi verso i poli opposti del fuso. La topoisomerasi II è uno degli enzimi coinvolti.

25. proteine motrici e movimenti cromosomici Le proteine motrici hanno almeno tre distinti ruoli nel movimento dei cromosomi anafasici

26. Anafase A Le proteine motrici del cinetocore generano la forza motrice, l’accorciamento dei MT è un evento secondario. Anafase B Le proteine motrici associate ai MT polari rappresentano la forza primaria che fa allungare il fuso, mentre l’allungamento dei MT polari è secondario.

29. CITOCINESI o CITODIERESI: divisione della cellula CARIOCINESI: divisione del nucleo

32. La posizione del fuso determina il punto in cui si dividerà il citoplasma. Anello contrattile: fibre di actina

33. La polimerizzazione dei monomeri di actina in microfilamenti avviene subito prima dell’invaginamento che dà inizio alla formazione del solco di clivaggio e lo smantellamento dell’intera struttura avviene poco dopo il completamento della citocinesi.

34. La CITOCINESI nelle nelle cellule vegetali avviene per assemblaggio di una membrana plasmatica e di una parete cellulare tra i due nuclei figli.

38. Appena i nuclei figli riprendono la loro struttura caratteristica: • riparte la trascrizione dell’RNA, riappare il nucleolo; • la sintesi proteica riprende a velocità normale, così come il traffico vescicolare, l’endocitosi e l’esocitosi.

40. G1: 12-24h S: 6-7h G2: 4-6h M: 1-2h

41. La variabilità del ciclo cellulare (lunghezza relativa delle varie fasi e la vicinanza temporale tra mitosi e citocinesi) indica l’esistenza di meccanismi di regolazione che si adattano alla necessità di un particolare tipo cellulare o specie.

42. Il sistema di controllo che regola la progressione del ciclo cellulare deve: • Garantire che tutti i processi associati con le diverse fasi siano portati a termine al tempo dovuto e nella sequenza corretta; • Assicurare che ogni fase del ciclo sia stata completata correttamente prima che inizi la successiva; • Essere in grado di rispondere alle condizioni esterne che segnalano alla cellula di crescere e di dividersi.

44. L’importanza relativa dei punti di controllo di G1 e G2 nella regolazione del tasso di divisione cellulare varia da cellula a cellula e nei diversi organismi.

46. Fondendo cellule in fase S con cellule in fase G2 le cellule in G2 non duplicano il DNA.

47. Questi esperimenti suggerivano che nel citoplasma dovessero esistere “molecole segnale” responsabili del passaggio oltre i punti di controllo G1 e G2, cioè gli induttori della sintesi del DNA (fase S) e della mitosi fossero delle molecole specifiche presenti nel citoplasma (MPF).

48. Sebbene i fattori in grado di modificare la progressione delle cellule attraverso il ciclo di divisione cellulare siano numerosi, i meccanismi di base che controllano la divisione cellulare sono genetici.

49. H. Hartwell (USA)Saccaromyces cerevisiaecdc28 P.M. Nurse (UK)Saccaromyces pombe cdc2 cdk1 R.T. Hunt (UK)stelle marine e ricci di mare cicline Nobel per la medicina, 2001

50. cdc2 è un gene la cui attività è essenziale per l’entrata in mitosi (cioè oltrepassa il punto di controllo G2) I risultati delle ricerche sui lieviti si unirono a quelli sulla rana e si arrivò a stabilire che: cdc2 codifica una delle due proteine che fanno parte di MPF