Il ciclo cellulare
G1: marcato accrescimento della
cellula, che sintetizza componenti
strutturali ed enzimi per la
duplicazione del DNA.
S: duplicazione del DNA e sintesi
di proteine cromosomiche
G2: sintesi di proteine necessarie
per la mitosi.
M: segregazione dei componenti
citoplasmatici e del materiale
nucleare in due cellule figlie.
Il ruolo dei checkpoints nella regolazione
del ciclo cellulare
Esistono durante il ciclo dei checkpoint controls, che
assicurano che ogni fase del ciclo sia completata
correttamente prima dell’inizio di quella successiva.
La presenza di DNA non replicato impedisce l’entrata
in M
L’erroneo assemblaggio del fuso mitotico porta
l’arresto in anafase
L’arresto in G1 e in G2 delle cellule con DNA
danneggiato dipende da P53
Regolazione delle progressione durante
il ciclo cellulare
1. La regolazione della progressione durante il ciclo cellulare è
affidata a protein chinasi eterodimeriche, composte da
una subunità catalitica e da una regolativa
2. Le subunità regolative sono dette cicline, poiché il loro
livello di espressione oscilla in modo specifico durante le
fasi del ciclo cellulare.
3. La subunità catalitica presenta un’attività chinasica che è
dipendente dall’associazione con la ciclina, da cui il nome
cdk (cyclin dependent kinase).
4. A loro volta l’attività dei complessi cdk/cicline è controllata
da eventi fosforilativi e dall’associazione con proteine
regolatrici.
Regolazione del ciclo cellulare nei mammiferi
1. Negli eucarioti inferiori una singola cdk (cyclin dependent kinase) regola le
varie transizioni del ciclo cellulare associandosi sequenzialmente a G1, S e
M cicline
2. Nei mammiferi invece esiste un’intera famiglia di cdk che regolano la
progressione attraverso il ciclo mediante l’associazione con G1, S e M
cicline.
La fase M è divisa in 5 stadi
Citodieresi
Condensazione del DNA
mitotico
Cariotipo Umano
Mitosi e Meiosi
Risultato della meiosi: 4 nuclei figli apoidi differenti
La distribuzione casuale dei
cromosomi nel corso della
meiosi permette di ottenere
la variazione genetica
Crossing over
La non disgiunzione
causa aneuploidie
Morte cellulare: necrosi e apoptosi
L’apoptosi è la modalità fisiologica di morte cellulare
1. Le cellule non sono entità immortali, ma invecchiano e muoiono
2. La morte cellulare in seguito a ipossia, ischemia, ipertermia,
avvelenamento è detta necrosi
3. La morte cellulare fisiologica che segue all’invecchiamento cellulare è
detta apoptosi
4. Le due modalità di morte cellulare sono molto diverse dal punto di
vista morfologico e biochimico
Ruolo biologico dell’Apoptosi
L’apoptosi rappresenta un meccanismo endogeno
di suicidio cellulare, ben distinto dalla necrosi, che
gioca un ruolo importante in una serie di processi
biologici fondamentali, tra cui
•
Embriogenesi
•
Rimodellamento tissutale e metamorfosi
•
Turn-over cellulare
Tappe cronologiche dell’apoptosi
La cellula apoptotica passa attraverso una serie di stadi morfologicamente
identificabili:
•
Nella fase iniziale dell’apoptosi una singola cellula perde i contatti con le
altre cellule del tessuto.
•
Il nucleo si condensa (picnosi) e successivamente si frammenta (carioressi).
•
La cellula si contrae a causa della disidratazione citoplasmatica e della
condensazione delle proteine.
•
La maggior parte degli organuli intracellulari rimane intatta, sebbene si
verifichi la dilatazione del reticolo endoplasmatico e dei mitocondri
•
Nella fase successiva il “ruffling” (increspatura) e il “blebbing” (formazione
di estroflessioni) della membrana plasmatica portano alla frammentazione
cellulare.
•
I frammenti, o corpi apoptotici, che ne derivano, contengono anche porzioni
di nucleo.
•
Infine, i macrofagi fagocitano i frammenti e li degradano completamente
L’apoptosi non causa infiammazione
Il processo apoptotico è molto rapido: cellule che vanno incontro ad
apoptosi possono scomparire completamente entro alcune ore
dall’attivazione del processo.
L’apoptosi non porta alla liberazione di prodotti cellulari all’esterno della
cellula.
Apoptosi delle cellule epiteliali (I)
5. Cellula epiteliale normale (piatta)
6-7.Cellula epiteliale apoptotica che presenta
un progressivo arrotondamento,
blebbing superficiale e retrazione
cellulare
Apoptosi delle cellule epiteliali (II)
8-9. Progressiva retrazione cellulare e
blebbing
10. Gemmazione dei corpi apoptotici
L’apoptosi è un processo attivo
L’apoptosi si può verificare quindi la seguito della perdita di
segnali trofici che normalmente sopprimono l’espressione del
programma genetico di morte cellulare: numerosi fattori di crescita,
ormoni e altri stimoli esterni prevengono l’apoptosi.
L’apoptosi, a differenza della necrosi, è un processo attivo che
richiede energia metabolica, oltre alla sintesi di RNA e proteine.
L’innesco del fenomeno apoptotico è seguito da modificazioni della
permeabilità di membrana, con uscita rapida e selettiva di ioni ed
acqua dalle cellule, che porta alla condensazione citoplasmatica e
all’aumento della densità cellulare.
La condensazione del citoplasma avviene parallelamente alla
condensazione e alla frammentazione della cromatina nucleare,
che si verifica a livello dei siti internucleosomici, con la
formazione di frammenti di DNA di lunghezza pari a multipli
interi di 180-200 pb
I processi di proliferazione ed apoptosi sono correlati
Nei tessuti con capacità di ricambio (fegato, epiteli, midollo osseo) la
proliferazione ha inizio da una popolazione di cellule staminali. Una
frazione di queste cellule va incontro continuamente a differenziamento e,
dopo un periodo di vita limitato, ad apoptosi.
Molti tessuti con capacità di ricambio possono rispondere allo stress
fisiologico mediante un notevole aumento della proliferazione cellulare e
quindi del numero di cellule (iperplasia).
Questo fenomeno è il risultato di due componenti: una proliferativa,
attivata da fattori come le citochine e gli ormoni, che stimolano la
moltiplicazione delle cellule staminali, e una di sopravvivenza attivata da
fattori che sopprimono l’apoptosi delle cellule progenitrici.
Principali caratteristiche dell’apoptosi
1. Ha specifici marcatori morfologici e biochimici
2. E’ un processo regolato finemente da un programma
genetico
3. E’ richiesta l’attività trascrizionale e traduzionale
4. La frammentazione della cromatina nucleare anticipa
la morte cellulare
5. La frammentazione del DNA e la condensazione della
cromatina sono importanti marcatori del processo
apoptotico
Modificazioni biochimiche in corso di apoptosi
1. Frammentazione del DNA nucleare
2. Riduzione del contenuto di DNA
3. Riduzione del contenuto proteico
4. Espressione di nuovi antigeni di membrana e citosolici
L’apoptosi dipende da un programma genetico
La sequenza di eventi che segnano l’innesco e la progressione del
fenomeno apoptotico è soggetta ad una regolazione molto accurata
si parla quindi di apoptosi come di morte cellulare programmata
(PCD, Programmed Cell Death), cioè come di un evento che
richiede l’innesco di un ben preciso programma genetico da parte
della cellula:
la teoria oggi universalmente accettata è quella che il programma
genetico di morte sarebbe sempre in esecuzione, se non venisse
contrastato continuamente da stimoli promuoventi la
sopravvivenza
