CICLO
CELLULARE,
MITOSI
E
MEIOSI
…NEGLI
EUCARIOTI PLURICELLULARI
TRE PROCESSI SONO NECESSARI PER FAR SI
CHE DA UNA CELLULA (ZIGOTE
(ZIGOTE)) SI SVILUPPI
UN ORGANISMO COMPLETO:
1) LA SINGOLA CELLULA DEVE CRESCERE E DIVIDERSI
PER DARE ORIGINE A PIU’ CELLULE (CICLO
(CICLO CELLULARE);
CELLULARE);
2) LE CELLULE CHE DA ESSA ORIGINANO DEVONO
ACQUISIRE VIA VIA DELLE PROPRIETA’ PECULIARI,
TRASCRIVENDO SPECIFICI GENI CHE LE PORTINO A
FORMARE I VARI TESSUTI DELL’ORGANISMO
(DIFFERENZIAMENTO
DIFFERENZIAMENTO);
);
3) MANTENIMENTO DELL’OMEOSTASI CELLULARE
ATTRAVERSO UN OPPORTUNO CONTROLLO
DELLA MORTE CELLULARE (APOPTOSI
(APOPTOSI))
IL CICLO CELLULARE
Interfase (Fasi G1, S e G2)
(ca. 2020-24 h.)
Mitosi (ca. 1 h.)
OPPURE
Meiosi
(da molte ore a decenni)
IL CICLO CELLULARE – USCITA DAL CICLO
NEGLI ORGANISMI PLURICELL.
(es.:UOMO) ALCUNE CELLULE
PROLUNGANO ENORMEMEMENTE
LA DURATA DELLA FASE G1,
POICHE’ NON SONO PRESENTI
I SEGNALI IDONEI A FAR
PARTIRE LA PROLIFERAZIONE
OPPURE PERCHE’ LA CELLULA SI E’
ESTREMAMENTE SPECIALIZZATA
(DIFFERENZIATA) E IN QUEL PARTICOLARE TESSUTO
NON E’ RICHIESTA CRESCITA ULTERIORE.
QUANDO LA CELLULA NON SI DIVIDE PIU’ PER UN LUNGO
PERIODO DI TEMPO, SI DICE CHE E’ “USCITA DAL CICLO”
CELLULARE E SI TROVA IN FASE G0 (Es.: NEURONI O CELL. MUSC.)
MUSC.)
ALTRI TESSUTI, INCEVE,
DOPO UN LUNGO PERIODO DI
“QUIESCENZA” IN FASE G0,
POSSONO, SOTTO APPROPRIATI
STIMOLI RIENTRARE NEL CICLO
E RINNOVARSI (ES: FEGATO).
INFINE ALTRI TIPI DI TESSUTO
(ES: TESS. EPITELIALI) SONO
IN CONTINUA RIGENERAZIONE.
LE CELLULE CHE SI DIVIDONO
IN CONTINUAZIONE SONO LE
CELLULE STAMINALI.
STAMINALI.
CARATTERISTICA BASE DI QUESTE
CELLULE E’ CHE HANNO UN CICLO
CELLULARE “ASIMMETRICO”:
IN GENERE UNA CELLULA FIGLIA
CONTINUA A RIMANERE STAMINALE, MENTRE L’ALTRA INIZIA
UN PERCORSO DI DIFFERENZIAMENTO, CONTINUANDOSI A
DIVIDERE, MA CON UN NUMERO DI DIVISIONI LIMITATO NEL
TEMPO.
IN FASE G1 LE CELLULE SONO DIPLOIDI (2n) – CIOE’ AVRANNO UN
NUMERO DI COPPIE DI CHR.
CHR. TIPICO DELLA SPECIE CONSIDERATA.
OGNI CROMOSOMA (DI
(DI UNA COPPIA) SARA’ COSTITUITO DA UN
UNICO CROMATIDIO (CIOE’ DA UNA SOLA MOLECOLA DI DNA),
CARATTERIZZATO DA UN CENTROMERO E DUE BRACCIA [p (corto) E
q (lungo)]. DURANTE LA FASE S, LA CELLULA CONTINUA AD AVERE
UN ASSETTO DIPLOIDE (2n) MA OGNI CROMOSOMA SARA’ COSTI=
TUITO DA DUE CROMATIDI FRATELLI, UNITI IN PROSSIMITA’ DEL
CENTROMERO DA MOLECOLE PROTEICHE DETTE COESINE.
NOTA: IN QUESTO CASO NELLA FIGURA
NOTA:
“2n” E “4n” STA AD INDICARE LA
QUANTITA’ DI DNA, O MEGLIO, IL
NUMERO DI FILAMENTI DI CUI
CIASCUN CROMOSOMA E’ COSTITUITO!
IL CITOFLUORIMETRO E’
LO STRUMENTO DI
ELEZIONE
PER LO STUDIO DEL
CICLO CELLULARE
LA TRANSIZIONE TRA UNA FASE E L’ALTRA DEL CICLO E’
SOTTOPOSTA A CONTINUE VERIFICHE,
VERIFICHE, PER ESSERE SICURI CHE
LE PROCEDURE CARATTERISTICHE DI UNA FASE SIANO STATE
COMPLETATE.
3 PRINCIPALI “CHECK“CHECK-POINT”:
1) CHECKPOINT DI INGRESSO IN FASE S (TRANSIZIONE
(TRANSIZIONE G1-S);
2) CHECKPOINT DI INGRESSO IN FASE M (TRANSIZIONE
(TRANSIZIONE G2-M);
3) CHECKPOINT DI COMPLETAMENTO FASE M (METAFASE
(METAFASE –
CITODIERESI))
CITODIERESI
REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE
IL MECCANISMO FONDAMENTALE CHE REGOLA IL CICLO CONSISTE
IN UNA MODIFICAZIONE POSTPOST-TRADUZIONALE QUALE LA
FOSFORILAZIONE DEI RESIDUI SERINA E TREONINA DI
SPECIFICHE PROTEINE CELLULARI. ATTORI CHIAVE IN QUESTO
PROCESSO SONO UNA CHINASI (CDK
(CDK)) ED IL SUO STRETTO
INTERATTORE (CICLINA
(CICLINA).
). A LORO VOLTA LA LORO ATTIVITA’ E’
REGOLATA!
CDK CONSENTE L’INGRESSO IN MITOSI GRAZIE ALLA
FOSFORILAZIONE IN Ser E Thr DI PROTEINE CELLULARI
SPECIFICHE, CAPACI DI REGOLARE LA FORMAZIONE DEL FUSO
MITOTICO,, LA COMPATTAZIONE DEI CROMOSOMI,
MITOTICO
CROMOSOMI, LA
MORFOLOGIA CELLULARE,
CELLULARE, ETC.
NEI MAMMIFERI ESISTONO DIVERSE PROTEINE CDK E DIVERSE
CICLINE. IN BASE AI DIVERSI TIPI DI COMPLESSO CDKCDK-CICLINA,
VERRANNO CONTROLLATI DIVERSI PUNTI DEL CICLO.
pRb:: IL GUARDIANO DEL CICLO
pRb
L’EVIDENZIAZIONE DEI SISTEMI
DI CONTROLLO DELLA
TRANSIZIONE G1 – S NEI
MAMMIFERI, E’ STATA
ILLUMINANTE PER IDENTIFICARE
LE ALTERAZIONI
CHE PROMUOVONO LA
PROLIFERAZIONE
INCONTROLLATA
DELLE CELLULE TUMORALI.
UN CONTROLLORE ESSENZIALE
PER LA PROGRESSIONE DEL
CICLO DALLA FASE G1 ALLA S
E’ COSTITUITO DAL COMPLESSO
E2F/DP1, CUI PUO’ ASSOCIARSI
L’INIBITORE DELLA
PROGRESSIONE DEL CICLO pRb!
pRb!
SCHEMA DELLA PROGRESSIONE DEL CICLO NEI
MAMMIFERI
pRb (Non fosforilato)
E2F/DP1
c-myc
myc,, c-fos,
fos, c-jun (e vari altri protoprotooncogeni)
Cicline D
FOSFORILAZIONE DI pRb
p53: IL “GUARDIANO MOLECOLARE”
DELL’INTEGRITA’ DEL DNA
COME pRb,
pRb, p53 E’ UN ONCOSOPPRESSORE.
ONCOSOPPRESSORE. SOTTO LO STIMOLO
DI DANNO AL DNA, p53 TENDE A BLOCCARE LA PROGRESSIONE
ATTRAVERSO IL CICLO CELLULARE, FACENDO SI CHE GLI
EVENTUALI DANNI POSSANO ESSERE RIPARATI!
RIPARATI!
SE IL NUMERO DIMUTAZIONI ACCUMULATE E’ ECCESSIVO,
ALLORA LA CELLULA SCEGLIE LA VIA DELL’APOPTOSI
DELL’APOPTOSI!!
RIASSUMENDO, LA CELLULA, IN CASO DI EMERGENZA
BLOCCHERA’ LA PROGRESSIONE DEL CICLO, ENTRANDO
IN FASE G0 PER UNO DEI SEGUENTI MOTIVI:
1) DANNO AL DNA
DNA;;
2) PRESENZA NELL’AMBIENTE EXTRACELL. DI FATTORI
(ES: TGF β) INIBITORI DI CRESCITA CELLULARE;
CELLULARE;
3) INIBIZIONE DA CONTATTO (IN CASO DI ECCESSIVO
INCREMENTO DELLA DENSITA’ CELLULARE)
MITOSI
E’ IL PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE SI VERIFICA
NELLE CELLULE SOMATICHE ED IN QUELLE INDIFFERENZIATE
DELLA LINEA GERMINALE, ASSICURANDO ALLE CELLULE FIGLIE
UN’ASSEGNAZIONE OMOGENEA DELLE COMPONENTI CELLULARI,
INCLUSO IL DNA ORGANIZZATO PER L’OCCASIONE IN CROMOSOMI!
SI IDENTIFICANO LE SEGUENTI FASI:
FASI:
i) PROFASE;
ii) PROMETAFASE;
iii) METAFASE;
iv) ANAFASE;
v) TELOFASE;
vi) CITODIERESI O CITOCHINESI.
PROFASE
LA PROFASE HA INIZIO CON IL COMPATTAMENTO DEI CROMOSOMI,
GRAZIE A DEGLI ENZIMI (CONDENSINE
(CONDENSINE)) ATTIVATE DA CDK.
INIZIA AD ORGANIZZARSI ANCHE IL FUSO MITOTICO!
IN PARTICOLARE I CENTROSOMI (DA CUI SI DIPARTONO LE FIBRE DEL
FUSO) SI DISPONGONO AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA.
PROMETAFASE
LA PROMETAFASE SI FA COINCIDERE CON LA FRAMMENTAZIONE IN
PICCOLE VESCICOLE DELL’INVOLUCRO NUCLEARE,
NUCLEARE, CONSEGUENTE ALLA
DEPOLIMERIZZAZIONE DELLE LAMINE NUCLEARI (SEMPRE PER FOSFO=
RILAZIONE DA PARTE DI CDK).
SI INCOMINCIA A DELINEARE SEMPRE MEGLIO IL FUSO MITOTICO.
QUESTO E’ IN PARTICOLARE COSTITUITO DA:
i) FIBRE DEL CINETOCORE
CINETOCORE;;
ii) FIBRE ASTRALI
ASTRALI;;
iii) FIBRE INTERPOLARI
INTERPOLARI..
METAFASE
I CROMOSOMI SI DISPONGONO IN POSIZIONE MEDIANA RISPETTO
I DUE POLI DEL FUSO, IN UNA STRUTTURA NOTA COME PIASTRA
METAFASICA.. I MICROTUBULI DEL FUSO, ATTACCATI AI DUE
METAFASICA
CINETOCORI DI OGNI CROMATIDIO FRATELLO, TENDONO A
STRATTONARE QUESTI ULTIMI IN DIREZIONI OPPOSTE (AI POLI
OPPOSTI DELLA CELLULA). QUANDO SI RAGGIUNGE UN EQUILIBRIO
TRA QUESTE FORZE AGENTI IN DIREZIONI OPPOSTE, I CROM.
SARANNO DISPOSTI IN PIASTRA METAFASICA!
ANAFASE
DOPO CHE, ATTRAVERSO UN ENNESIMO CHECKPOINT, LA CELLULA
SI E’ “ASSINCERATA” CHE LA DISPOSIZIONE DEI CROMOSOMI A LIVELLO
DELLA PIASTRA METAFASICA E’ CORRETTA, VIENE ATTIVATO IL
COMPLESSO MULTIPROTEICO APC (A
(ANAPHASE PROMOTING COMPLEX)
MEDIANTE FOSFORILAZIONE! TRAMITE QUESTO COMPLESSO LE COESINE
CHE TENGONO INSIEME I CROMATIDI FRATELLI DI CIASCUN CROMOSOMA
VENGONO DEGRADATEE CIASCUNO DI ESSI MIGRA AI POLI OPPOSTI
DELLA CELLULA. NEL CONTEMPO LA CICLINA B VIENE DEGRADATA (SEMPRE
DA APC), IN MODO TALE CHE L’ATTIVITA’ CDK VIENE INIBITA!
TELOFASE
ALL’INIZIO DELLA TELOFASE OGNI CROMATIDIO FRATELLO E’ GIA’ STATO
TRASPORTATO ALLE DUE OPPOSTE REGIONI DELLA CELLULA.
CELLULA.
SI RIFORMA L’INVOLUCRO NUCLEARE MEDIANTE DEDE-FOSFORILAZIONE
DELLA LAMINA NUCLEARE ED I CROMOSOMI INIZIANO A DECOMPATTARSI.
DECOMPATTARSI.
ANCHE GLI ALTRI ORGANULI CELLULARI CHE SI SONO EQUAMENTE
DISTRIBUITI AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA INIZIANO A
RIORGANIZZARSI!
CITOCHINESI
NELLA CITOCHINESI L’AZIONE CONTINUA DELL’ANELLO
DELL’ANELLO CONTRATTILE
PROVOCA LA SEPARAZIONE IN DUE DEL CITOPLASMA CHE FISSA LA
FORMAZIONE DI DUE NUOVE CELLULE.
MEIOSI
NEGLI ORGANISMI EUCARIOTICI CHE SI RIPRODUCONO
SESSUALMENTE, I GAMETI DEVONO CONTENERE UNA SOLA
COPIA DEL CORREDO CROMOSOMICO (DA 2n AD n)!
LA MEIOSI INTERESSA PROPRIO LE CELLULE DELLA LINEA
GERMINALE ED ENTRA IN GIOCO DURANTE LA GAMETOGENESI
GAMETOGENESI!!
L’INTERO PROCESSO PUO’ ESSERE DIVISO IN DUE
FASI:
i)
MEIOSI I):
I):
PRIMA DIVISIONE MEIOTICA ((MEIOSI
E’ UNA DIVISIONE RIDUZIONALE;
ii) SECONDA DIVISIONE MEIOTICA ((MEIOSI
MEIOSI II)
II)
E’ UNA DIVISIONE EQUAZIONALE.
LA MEIOSI HA TEMPI MOLTO PIU’ LUNGHI DELLA
MITOSI (NELLA NOSTRA SPECIE DURA 24 GIORNI
NEL MASCHIO E DECENNI NELLA FEMMINA)
n - indica la ploidia
c - indica il contenuto di DNA
II Meiosi
I Meiosi
2n 2c
1n 2c
1n 1c
1 cellula
2 cellule
4 cellule
MEIOSI I - PROFASE
LA PROFASE DELLA MEIOSI I E’ MOLTO LUNGA
E SI POSSONO DISTINGUERE LE SEGUENTI
SOTTOFASI:
i)
LEPTOTENE
LEPTOTENE;;
ii) ZIGOTENE
ZIGOTENE;;
iii) PACHITENE
PACHITENE;;
iv) DIPLOTENE
DIPLOTENE;;
v) DIACINESI
DIACINESI..
PROFASE – LEPTOTENE E ZIGOTENE
LA FASE INIZIALE DELLA PROFASE I MEIOTICA RICORDA LA
PROFASE MITOTICA: I CROMOSOMI SI INIZIANO A COMPATTARE,
E L’INVOLUCRO NUCLEARE SI FRAMMENTA.
UNA DIFFERENZA PERO’ E’ MOLTO IMPORTANTE: I CROMOSOMI
OMOLOGHI (DICROMATIDICI) SI APPAIANO A FORMARE
STRUTTURE NOTE COME TETRADI
TETRADI!!
PROFASE – PACHITENE
DURANTE QUESTA FASE VIENE A FORMARSI UN COMPLESSO
MULTIPROTEICO NOTO COME COMPLESSO SINAPTONEMALE.
SINAPTONEMALE.
TALE COMPLESSO FAVORISCE IL CROSSING OVER, SCAMBIO
DI MATERIALE GENETICO FRA I CROMATIDI NON FRATELLI
DI CROMOSOMI OMOLOGHI
OMOLOGHI!!
PROFASE – DIPLOTENE
IL COMPLESSO SINAPTONEMALE SCOMPARE ED I CROMOSOMI
OMOLOGHI, PUR TENDENDO A SEPARARSI, RIMANGONO
UNITI IN PROSSIMITA’ DELLE ZONE DOVE E’ AVVENUTO IL
CROSSING OVER (CHIASMI
(CHIASMI)!
)! SU DI UNA TETRADE POSSONO
VERIFICARSI PIU’ CHIASMI (NELL’UOMO SE NE OSSERVANO
IN MEDIA 2 O 3 PER TETRADE).
PROFASE – DIACINESI
CON LA DIACINESI SI CONCLUDE LA PROFASE E SI ATTUA IL
PASSAGGIO ATTRAVERSO LA METAFASE I.
DURANTE LA DIACINESI I CROMOSOMI SI CONDENSANO
ULTERIORMENTE, I NUCLEOLI SCOMPAIONOE SI CONCLUDE
L’ORGANIZZAZIONE DEL FUSO.
IMPORTANTI DIFFERENZE CON
LA MITOSI SONO:
i) ALLINEAMENTO DI COPPIE DI CROMOSOMI
OMOLOGHI IN PIASTRA METAFASICA;
METAFASICA;
ii)
ii) SOLO UNO DEI DUE CENTROMERI E’ LEGATO
ALLE FIBRE DEL FUSO;
FUSO;
iii)
iii) LE COESINE VENGONO DEGRADATE
SOLO IN MEIOSI II.
Preparazione del
complesso di assemblaggio
02_11.jpg
I cromosomi omologhi iniziano
ad appaiarsi si formano i
bivalenti o tetradi
Avviene il crossing
crossing-over
Gli omologhi iniziano a separarsi
ma restano uniti nei punti in cui è
Avvenuto il crossing
crossing-over
Si visualizzano i chiasmi
I bivalenti diventano più contratti
MEIOSI II
CON LA SECONDA DIVISIONE MEIOTICA, A PARTIRE
DALLE DUE CELLULE APLOIDI CON CROMOSOMI
DICROMATIDICI, SI FORMANO QUATTRO CELLULE
APLOIDI CIASCUNA CON UN SET COMPLETO DI
CROMOSOMI MONOCROMATIDICI!
IN QUESTA FASE DELLA MEIOSI VENGONO RIPERCORSE
LE STESSE IDENTICHE TAPPE DELLA MITOSI.
NOTA: DURANTE L’OOGENESI LA DIVISIONE MEIOTICA
VIENE MOMENTANEAMENTE BLOCCATA IN METAFASE II
PER POI RIPRENDERE E COMPLETARSI DOPO CHE LA CEL=
LULA UOVO E’ FECONDATA!
IL SIGNIFICATO BIOLOGICO DELLA
MEIOSI: LA VARIABILITA’ GENETICA
LA DIVERSITÀ DEI GAMETI PRODOTTI DA
UN INDIVIDUO E’ PRINCIPALMENTE
DOVUTA A:
1) CROSSING
CROSSING-OVER
2) ASSORTIMENTO INDIPENDENTE
L’UNIONE DEI CORREDI GENOMICI DI DUE
GAMETI GENERA DUNQUE UN INDIVIDUO
(ZIGOTE) UNICO ED IRRIPETIBILE.
ASSORTIMENTO INDIPENDENTE IN ANAFASE I
NELL’UOMO IL SOLO ASSORTIMENTO
INDIPENDENTE PUO’ DETERMINARE LA
FORMAZIONE DI
2^23 (DUE POSSIBILI ORIENTAMENTI AI DUE
POLI DEL FUSO, IL TUTTO ELEVATO AL NUMERO
APLOIDE DI CROMOSIMI) (8.400.000) DIVERSE
COMBINAZIONI DI DISTRIBUZIONE DEI
CROMOSOMI MATERNI E PATERNI NEI GAMETI
…A QUESTO SI AGGIUNGA LA VARIABILITA’
DETERMINATA DAL CO
CO.. E’ PRATICAMENTE
IMPOSSIBILE CHE, A MENO DEI GEMELLI
MONOZIGOTI, VENGANO A COSTITUIRSI DUE
INDIVIDUI IDENTICI PER CASO
CASO..
