Ciclo cellulare Da una cellula madre vengono prodotte due cellule figlie identiche

Eventi più importanti del ciclo cellulare Fase S (Sintesi del DNA) Fase M (Mitosi) I cromosomi duplicati vengono segregati in una coppia di nuclei figli Citochinesi (Divisione cellulare)

Fasi del ciclo cellulare Le fasi G sono importanti affinché la cellula controlli l’ambiente interno ed esterno per assicurarsi che le condizioni siano adatte e che le preparazioni siano complete prima di impegnarsi nelle fasi S ed M. Se le condizioni extracellulari sono sfavorevoli, le cellule ritardano la fase S allungando la fase G1. In particolari condizioni le cellule possono entrare in fase G0 (fase di quiescenza)

Sistemi di controllo del ciclo cellulare

Il sistema di controllo del ciclo cellulare dipende da proteine chinasi dipendenti da cicline (Cdk) Le cicline sono proteine espresse ciclicamente

Le cicline G1/S attivano Cdk alla fine di G1 e mediano l’ingresso nella fase S Le cicline S attivano Cdk al fine di stimolare la duplicazione dei cromosomi. I livelli di Cicline S restano elevati fino all’inizio della fase M contribuendo al controllo di alcuni eventi mitotici precoci Le cicline M attivano Cdk al fine di stimolare l’ingresso in fase M in corrispondenza del punto di controllo G2/M

Meccanismi di attivazione delle Cdk Attivazione mediata da CAK Interazioni con proteine inibitrici Fosforilazione inibitrice

Il regolatore della transizione metafase - anafase

L’APC/C media l’ubiquitinazione e la distruzione della securina, cicline M e cicline S La securina protegge i collegamenti che mantengono unite le coppie di cromatidi fratelli nella miosi precoce. La distruzione della securina attiva una proteasi che scinde una proteina che tiene uniti i cromatidi fratelli, la coesina, separandoli ed avviando l’anafase La distruzione delle cicline M ed S inattiva la maggior parte delle Cdk presenti nella cellula ed è necessaria per il completamento della fase M

Controllo del ciclo cellulare mediato da SCF SCF ubiquitina delle CKI della fase G1 tardiva controllando l’attivazione di S-Cdk e la replicazione del DNA

Funzioni di alcune proteine che regolano il ciclo cellulare

Sistema di controllo del ciclo cellulare

MITOSI Nella Mitosi, i cromatidi fratelli sono separati e distribuiti ad una coppia di nuclei figli identici, ciascuno con la propria copia del genoma La mitosi viene suddivisa in cinque stadi: Profase, prometafase, metafase, anafase e telofase Dal punto di vista della regolazione la mitosi viene suddivisa in due parti principali: 1) l’aumento dell’attività M-Cdk al punto di controllo G2/M che scatena gli eventi della mitosi precoce (profase, prometafase e metafase); 2) Attivazione dell’APC/C che promuove gli eventi della fase M tardiva (completamento dell’anafase, smantellamento del fuso mitotico e divisione della cellula per citochinesi

Attivazione di M-Cdk Cdk1 si associa gradualmente alla ciclina M quando i livelli di cycM iniziano ad aumentare in fase G2. M-Cdk che ne risulta è inattivo. L’attivazione di M-Cdk avviene alla fine della fase G2 dalla fosfatasi Cdc25 che rimuove il fosfato inibitore.

Al livello dei centromeri si lega il complesso del cinetocore Profase In profase, i cromosomi replicati, ciascuno consistente di due cromatidi fratelli strettamente associati, si condensano. Fuori dal nucleo, il fuso mitotico si assembla fra i due centrosomi, che si sono replicati e separati. Nella fase S i centrosomi si duplicano continuando a rimanere associati; tale processo è dipendente dall’attivazione del complesso G1-S/Cdk; solo in fase M essi iniziano a dividersi e a distribuirsi ai poli opposti della cellula iniziando a formare il fuso mitotico Al livello dei centromeri si lega il complesso del cinetocore

Cromosoma e cinetocore Prometafase La prometafase inizia con la demolizione dell’involucro nucleare. I cinetocori dei cromosomi vengono legati dall’estremità + di microtubuli che costituiscono il fuso mitotico chiamati microtubuli del cinetocore. I cromosomi subiscono un trasporto attivo Cromosoma e cinetocore

Metafase In metafase i cromosomi si allineano all’equatore del fuso, sulla piastra metafasica. I micotubuli del cinetocore attaccano i cromatidi fratelli a poli opposti del fuso. I cromosomi in metafase raggiungono il massimo grado di condensazione ad opera della condensina che funziona in modo ATP dipendente

Meccanismo di separazione dei cromatidi fratelli da APC/C

Anafase Nell’anafase i cromatidi fratelli si separano in modo sincrono a formare due cromosomi figli e ciascuno di essi viene tirato lentamente verso il polo del fuso che lo fronteggia. I microtubuli del cinetocore si accorciano e anche i poli del fuso si separano; entrambi i processi contribuiscono alla separazione dei cromosomi

Anafase A Il movimento verso i poli dei cromosomi dipende dalla depolimerizzazione dei microtubuli del cinetocore e dal flusso verso i poli dei microtubuli Accorciamento dei microtubuli del cinetocore; movimento dei cromosomi figli verso i poli; le forze sono generate principalmente ai cinetocori

Anafase B I due poli del fuso si separano. Sono due le forze responsabili dell’anafase B. L’allungamento e lo scivolamento dei microtubuli interpolari l’uno sull’altro nel fuso centrale spingono per separare i due poli, e proteine motrici attaccate alla membrana plasmatica vicini a ciascun polo del fusoagiscono sui microtubuli astrali per allontanare i poli l’uno dall’altro verso la superficie cellulare 1) Forza di scivolamento generata tra i microtubuli interpolari di poli opposti per spingere lontano i poli 2) Forza di trazione agisce direttamente sui poli per separarli

Telofase Durante la telofase, le due serie di cromosomi figli arrivano ai poli del fuso e si decondensano. Un nuovo involucro nucleare si assembla intornoa ciascuna serie di cromosomi, completando la formazione di due nuclei e segnando la fine della mitosi. La divisione del citoplasma inizia con l’assemblaggio dell’anello contrattile

Citochinesi Durante la citochinesi, il citoplasma è diviso in due da un anello contrattile di actina e miosina, che stringe la cellula e la divide in due per creare due cellule figlie ciscuna con un proprio nucleo L’assemblaggio dell’anello contrattile è dovuto alla formazione di nuovi filamenti di actina in modo dipendente dalle formine che nucleano l’assemblaggio di serie parallele di filamenti lineari non ramificati di actina

Alcuni meccanismi che controllano l’ingresso nel ciclo cellulare e l’inizio della fase S delle cellule animali

Il danno al DNA blocca la divisione cellulare: la risposta al danno del DNA

MEIOSI Negli organismi pluricellulari che si riproducono sessualmente, le cellule aploidi prodotte dalla meiosi si sviluppano in gameti altamente specializzati: ovociti, spermatozoi, polline…

Confronto tra meiosi e mitosi

I gameti vengono prodotti attraverso due divisioni meiotiche Nella divisione I della Meiosi gli omologhi paterni e materni duplicati si appaiano l’uno accanto all’altro e scambiano materiale genetico attraverso la ricombinazione genetica (crossing over). In seguito si allineano sull’equatore del fuso meiotico e successivamente gli omologhi duplicati, e non i cromatidi fratelli, vengono segregati e separati nelle due cellule figlie. Solo nella meiosi II, che ha luogo senza un’ulteriore replicazione del DNA, i cromatidi fratelli sono separati e segregati per produrre quattro cellule figlie aploidi

Profase I Crossing over a) Leptotene: in cui il materiale genetico si condensa a formare strutture bastoncellari; b) zigotene, durante il quale avviene la sinapsi dei cromosomi omologhi; c) pachitene, in cui avviene il crossing-over, con scambio del materiale genetico; d) diplotene durante il quale inizia la desinapsi e i cromosomi restano appaiati tramite i chiasmi; e) diacinesi, in cui avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo. La profase I può durare per giorni o anche più a lungo e occupa il 90% del tempo richiesto per quasi tutta la divisione meiotica Crossing over