Lezione sulla mitosi e meiosi

Lezione 15 di Biologia. In questa lezione tratteremo la mitosi, la meiosi e la regolazione del ciclo cellulare. Cominciamo col parlare della mitosi. La mitosi è il processo di divisione cellulare che avviene nelle cellule somatiche, allo scopo di rimpiazzare o accrescere i tessuti. La mitosi è divisa in 5 fasi, l'interfase, la profase, la metafase l'anafase e la telofase. Cominciamo col trattare l'interfase. L'interfase non è una parte vera e propria della mitosi, in quanto l'interfase è solamente il periodo in cui la cellula si prepara a dividersi. È divisa in tre parti. La fase G1, in cui prepara gli enzimi per la sintesi del DNA nuovo. La fase S, in cui sintetizza il nuovo DNA. e la fase G2, in cui spiralizza il nuovo DNA. Quindi, all'inizio dell'interfase, il corredo cromosomico della cellula è singolo. Al termine è raddoppiato. Potete osservare in questa slide la differenza tra i cromosomi in una cellula prima di iniziare la fase attiva della replicazione e i cromosomi in una cellula che si sta replicando. I cromosomi nella fase G1 sono ancora quelli della cellula a riposo, sono quindi cromosomi a singolo cromatide. Di ogni cromosoma esiste una copia, si parla infatti di coppie cromosomiche. Dopo, quando il DNA è stato replicato, parleremo sempre di coppie cromosomiche, ma ogni coppia cromosomica avrà sì due cromosomi, ma formati ognuno da due cromatidi. Questi sono i cosiddetti cromosomi a doppio cromatide. tipici di una cellula che si sta replicando passiamo ora a parlare della profase la profase è la prima vera parte della mitosi nella profase la cellula inizia ad allungarsi il primo evento è la dissoluzione delle membrane che formano gli organoli più grossi in seguito abbiamo nella cosiddetta prometafase perfino la dissoluzione della membrana nucleare le vescicole che sono derivati da questo processo si riuniranno al termine della mitosi nelle due cellule figlie altro evento importante e il distacco tra i due centrioli innanzitutto va detto che i centrioli si replicano formano una loro copia dopodiché iniziano ad allontanarsi utilizzando dei microtubuli che crescono l'uno contro l'altro spingendosi ai bordi della cellula. Si chiama questo tipo di fibra fibra interpolare. Grazie alle fibre interpolari quindi i centrioli si portano ai due poli della nuova cellula che si sta replicando. Arrivati ai poli i centrioli emettono un'altra classe di fibre. Si tratta delle fibre astrali che li ancorano alla membrana. I centrioli devono essere ben allocati in questa fase della mitosi, perché è da loro che dipenderà la corretta divisione del corredo genetico. Parliamo ora della metafase. Durante la metafase i cromosomi si dispongono lungo il piano equatoriale della cellula e vengono legati da fibre che partono sempre dai centrioli e vengono chiamate fibre del cinetocore. Le fibre del cinetocore sono sempre microtubuli. che però sono diretti al centromero dei cromosomi e la loro funzione sarà cruciale nella prossima fase della mitosi. L'insieme delle fibre del cinetocore, delle fibre interpolari e delle fibre astrali formano nel complesso la struttura chiamata fuso mitotico. Tutta la mitosi dipende dalla buona riuscita del fuso, quindi si può dire tranquillamente che la mitosi è un evento dovuto in gran parte ai centrioli. Parliamo ora della quarta fase, la più importante, l'anafase. In anafase i cromosomi, che sono a doppio cromatide, entrano ancora uniti. I due cromatidi di un singolo cromosoma sono entità distinte. Sono tenuti insieme però da una serie di molecole chiamate coesine, che servono per tenere insieme i due cromatidi. Quindi il cromosoma doppio cromatide non è realmente unito al centro, è unito solo perché ci sono le coesine. All'inizio dell'anafase la molecola regolatrice securina si stacca dall'enzima separasi. L'enzima separasi si attiva e porta alla distruzione delle coesine. Questo fa quindi staccare i due cromatidi fratelli. I due cromatidi fratelli ora sono liberi l'uno dall'altro. Per questo verranno tirati ai due lati della... della nuova cellula delle fibre del cinetocore. In realtà sono loro che si aggrappano alle fibre del cinetocore, ma vediamo un po' meglio questo concetto. Abbiamo visto che ogni cromosoma nella mitosi viene diviso in due cromatidi e ogni cellula prenderà un cromatide. In questo modo il corredo genetico è esattamente diviso nello stesso modo tra una cellula e l'altra. Come possono muoversi i cromosomi? Questi sono legati a livello del centromero da microtubuli. A livello del centromero però sono presenti alcuni enzimi, le dineine che sono dei motori molecolari che servono alla cromosoma per camminare sul microtubulo. Ed esiste anche una molecola chiamata catastrofina, che è un enzima dei microtubuli, che li dissolve man mano che il cromosoma prosegue. Quindi il cromosoma si muove e man mano distrugge il microtubulo. Quindi, guardando dall'esterno si ha l'impressione che il microtubulo tiri il cromosoma. In realtà, il cromosoma si arrampica sul microtubulo e lo distrugge man mano. La fase terminale della mitosi si chiama telofase. Nella telofase avviene il termine della divisione, quindi si ha una specie di profase al contrario. Si riformano gli organuli che si erano dissolti e il fuso mitotico viene distrutto, perché ormai ha servito il suo scopo. Avviene anche l'evento della citodieresi, cioè la divisione del citoplasma. che è resa possibile da un anello actinico che taglia il citoplasma esattamente a metà, generando quindi le due cellule figlie. Abbiamo visto la mitosi, adesso passiamo a parlare della meiosi. La meiosi è un tipo di divisione cellulare che avviene nelle cellule gametiche, cioè gli spermatozoi e le cellule uovo, allo scopo di dimezzare il loro corredo cromosomico. Perché? Se due cellule che devono generare un nuovo organismo fossero diploidi, come tutte le cellule somatiche, la loro unione genererebbe una cellula tetraploide, con una dosa igienica due volte superiore rispetto a quella degli organismi che l'hanno generata. Una cellula è abituata a funzionare con una certa quantità di DNA. Il doppio dei geni vuol dire il doppio dei trascritti, che vuol dire il doppio delle proteine. E questo manderebbe nel caos l'intero macchinario cellulare. Quindi ogni specie deve generare dei discendenti che abbiano la loro stessa dose cromosomica. Come fanno? Semplicemente Dalle cellule somatiche si originano delle cellule chiamate gameti che hanno metà del corredo cromosomico. Così, quando si fonderanno, genereranno una nuova cellula che ha lo stesso numero cromosomico dei suoi genitori. In questo processo, ovviamente, ogni gamete potrà scegliere solo un cromosoma della coppia originaria. Questo porterà quindi all'esclusione di alcuni geni durante la formazione dei gameti. Quindi, andiamo a dare un'occhiata alle fasi della meiosi. La prima differenza che salta all'occhio è che ogni ciclo di meiosi è fatto non da una meiosi, ma da due meiosi, cioè due divisioni. Queste due divisioni presentano delle differenze tra di loro e ovviamente presenteranno anche delle differenze con la mitosi. Cominciamo dalla prima divisione meiotica. L'interfase è uguale all'interfase delle divisioni mitotiche. La prima differenza la incontriamo nella profase. La profase della prima divisione meiotica è divisa in 5 parti. chiamate leptotene, zigotene, pachitene, diplotene e diacinesi. Queste cinque parti della prima divisione meiotica, della profase per la precisione, riguardano solamente eventi che riguardano i cromosomi. Per il resto la profase è uguale alla mitosi. Quindi diamo un'occhiata a questi cinque eventi. Va detto che questi eventi riguardanti i cromosomi sono paralleli alla dissoluzione in vescicole di tutti gli organoli. Quindi abbiamo all'interno del nucleo, la cui membrana si sta dissolvendo, questi 5 eventi. Il leptotene, durante cui i cromosomi che si sono appena duplicati diventano più spessi. Poi abbiamo lo zigotene, durante cui i cromosomi si avvicinano e iniziano ad appaiarsi unendo gli estremi di un loro cromatide. In seguito abbiamo il pachitene. Nel pachitene abbiamo cromosomi uniti completamente per un cromatide. Si tratta di cromosomi a doppio cromatide, ricordiamolo. Quindi i cromosomi a doppio cromatide si uniscono a cerniera per la lunghezza di un singolo cromatide. Nel pachitene avviene l'incrocio tra pezzi di cromosomi omologhi le braccia unite dei cromosomi si incrociano nel diplotene questo incrocio verrà reso effettivo cioè i due cromosomi si scambieranno un pezzo questo fenomeno è chiamato crossing over subito dopo il crossing over I due cromosomi iniziano ad allontanarsi ma rimangono uniti per la regione dove è avvenuto il chiasma, cioè lo scambio di parti genetiche. Nella parte finale, cioè la diacinesi, i due cromosomi si slegano. Abbiamo quindi ottenuto cromosomi che hanno subito il crossing over. Il dettaglio più importante però è che i cromosomi per fare il crossing over devono essere omologhi, cioè il crossing over può avvenire solo tra cromosomi della stessa coppia. Se invece due cromosomi appartenenti a coppie diverse si scambiassero una parte, si parlerebbe di traslocazione genica, che è una mutazione dannosa. Lo scambio di parti geniche tra i cromosomi serve ad aumentare la variabilità genetica degli individui, poiché la riproduzione sessuata, a cui la meiosi è funzionale, ha lo scopo di generare individui sempre nuovi in modo da adattarsi meglio all'ambiente la metafase della prima divisione meiotica è uguale alla metafase della mitosi cioè i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula un'altra differenza la incontriamo nell'anafase nell'anafase innanzitutto notiamo che i cromosomi non si sono disposti come nella mitosi si sono disposti per coppie. Ogni cromosoma non viene legato da due fibre del cinetocore. Ogni cromosoma a doppio cromatide riceve una sola fibra del cinetocore. Ed è in questo modo che saranno divisi tra le cellule figlie. Ogni cellula figlia non prenderà due cromatidi provenienti da due cromosomi a doppio cromatide. Ogni cellula figlia, nella meiosi, prenderà un cromosoma a doppio cromatide l'altro verrà lasciato all'altra cellula e siccome è avvenuto il crossing over questo vuol dire che c'è uno scambio di parti geniche cioè se una cellula sceglie un cromosoma piuttosto che l'altro avrà dei geni piuttosto che altri il risultato quindi al termine della telofase che è uguale a quella della mitosi è quello di una cellula con corredo cromosomico diploide che ha raddoppiato il suo DNA e poi l'ha diviso tra le cellule figlie generando ancora due cellule diploidi quindi la prima divisione meiotica non serve al fine di dimezzare il corredo allora a cosa serve? se osserviamo la cellula iniziale e le cellule ottenute vedremo che hanno sì corredi cromosomici simili cioè sono entrambi diploidi ma in modo completamente diverso. La cellula iniziale ha due omologhi per ogni coppia, a singolo cromatide. Le cellule finali hanno un solo omologo per ogni coppia a doppio cromatide. È vero che sono entrambe 2N, ma in un modo completamente diverso. Nella seconda divisione meiotica si ha il dimezzamento del numero cromosomico. E questo semplicemente perché manca l'interfase. Prima della seconda divisione meiotica non viene replicato il DNA. Questo significa che il corredo cromosomico 2N dovrà essere ugualmente diviso tra le due cellule figlie, che si troveranno quindi un corredo cromosomico N. In questa seconda divisione non avviene il crossing over. La profase e la metafase sono esattamente uguali alla mitosi. E lo è anche l'anafase. In questa anafase però i cromatidi fratelli si separano. Quindi ogni cellula sceglie un cromatide piuttosto che un altro. Se non fosse avvenuto il crossing over sarebbe stato uguale scegliere un cromatide piuttosto che un altro, ma dal momento che il crossing over è avvenuto le due cellule figlie avranno geni leggermente diversi. Quindi da una 2N dove c'era un solo cromosoma con doppio cromatide per ogni coppia abbiamo ottenuto due cellule con corredo cromosomico N, quindi aploide, dove c'è un solo cromatide abbiamo quindi dimezzato il numero cromosomico in questa slide c'è un riepilogo di tutto il processo siamo partiti da una cellula con corredo cromosomico 2N che ha raddoppiato il suo DNA, l'ha diviso tra due cellule figlie in maniera particolare però, non dando due cromatidi ciascuno, ma dando due cromosomi a doppio cromatide ciascuno. Abbiamo ottenuto quindi due cellule 2N. Entrambe le cellule 2N si divideranno per dare origine a cellule aploidi con credo cromosomico N, i cui cromosomi avranno subito il crossing over nella profase della prima divisione meiotica. Arriviamo a questo punto alla definizione di ciclo cellulare. Dopo aver parlato di mitosi e meiosi, possiamo dire che ogni cellula che si divide dovrà attraversare una serie di fasi, G1, S, G2 ed M, che è la fase strettamente riferita alla mitosi. Questo insusseguirsi di fasi è chiamato anche ciclo cellulare. Come potete osservare, il 90% del tempo che la cellula trascorre lo trascorre nell'interfase, tra la G1, la S e la G2. E solo il 10% del tempo del ciclo cellulare è dedicato alla mitosi. In base alla loro attitudine col ciclo cellulare possiamo dividere le cellule in varie popolazioni. Ci sono popolazioni dinamiche, come quelle dei fibroblasti, che si replicano continuamente e non escono mai dal ciclo. Ci sono poi popolazioni statiche, come quella dei neuroni, che abbandonano la fase di replicazione perché quando a un certo punto escono dalla fase M, anziché entrare in fase G1, vanno in una forma di interfase silente chiamata G0. Nell'interfase G0 la cellula non svolge assolutamente nessuna attività replicativa, anche se come sappiamo svolge tutt'altro tipo di attività. I neuroni, per esempio, pur non essendo replicativamente attivi, sono tra le cellule più attive del nostro corpo, dal punto di vista metabolico. Esistono poi popolazioni cellulari che vanno in fase G0, però, all'occorrenza, ad esempio dopo una seria lesione, rientrano nel ciclo cellulare per replicare il tessuto. Stiamo parlando delle popolazioni in espansione, di cui un ottimo esempio è dato dalle cellule epatiche le cellule epatiche sono una popolazione molto particolare in quanto normalmente sono in fase G0 ma se viene asportata una parte di fegato queste si attivano e in una media di tre settimane riescono a rigenerare la parte mancante perché rientrano nel ciclo cellulare dopo aver parlato quindi di cos'è il ciclo cellulare possiamo accingerci a descriverne la regolazione. Come potete immaginare, tutti questi eventi sono finemente regolati, poiché se la cellula sbaglia qualcosa durante il ciclo cellulare, rischia gravi mutazioni del DNA, che potrebbero portarla a generare mutazioni dannose per la prole, nel caso in cui queste avvengano nelle cellule germinali, o mutazioni tumorali, nel caso in cui queste avvengano nelle cellule somatiche. Il ciclo cellulare è quindi finemente regolato, e in ogni momento del ciclo la cellula è in bilico tra il continuare il ciclo e il replicarsi e l'essere mandata in apoptosi in caso di errore. Questo concetto è ben espresso dai checkpoint. I checkpoint sono una serie di punti, tre per la precisione, all'interno del ciclo durante la quale la cellula verifica il suo stato e se c'è qualcosa di errato viene mandata a morte. Il primo checkpoint è nella transizione G1S. In questa transizione viene verificata l'integrità del DNA che deve essere replicato e se sono presenti i nutrimenti e quindi l'energia necessaria per fare la mitosi e i segnali esterni, dove con segnali esterni si intende i fattori di crescita. Nessuna cellula infatti è libera di replicarsi quando vuole. Tutte hanno bisogno dei cosiddetti fattori di crescita. Se i fattori di crescita non sono presenti, la cellula viene soppressa, poiché se una cellula inizia a riprodursi per sua iniziativa, e quindi senza la segnalazione dei fattori di crescita, vuol dire che ha perso l'inibizione ed è diventata una cellula tumorale. Per questo, una cellula che si replica senza segnali esterni viene soppressa. Il checkpoint G2M è un checkpoint più semplice, in quanto viene semplicemente verificato che il DNA appena replicato sia integro, per poter entrare in mitosi. All'interno della mitosi, poi, poco prima che inizi l'anafase, c'è un terzo checkpoint, che verifica la stabilità del fuso mitotico. Se il fuso mitotico non è costituito in maniera corretta, la cellula viene mandata a morte. L'interruttore che regola questo insieme di processi di controllo è l'insieme di due molecole chiamate ciclina e kinasi ciclina dipendente. Queste due molecole sono continuamente presenti durante il ciclo cellulare. Le CDK sono sempre prodotte, le cicline hanno questo nome perché vengono prodotte solo durante una determinata fase del ciclo. Le cicline sono quindi la subunità che attiva le CDK. Infatti CDK vuol dire ciclina dipendente kinasi o kinasi dipendente dalla ciclina. Abbiamo quindi un complesso unico chiamato anche Maturation Promoting Factor. Quando CDK e ciclina sono insieme sono attive. e sono capaci di mediare tutti gli effetti di controllo sul ciclo cellulare. E' il complesso CDK e ciclina che porta avanti tutto il macchinario della replicazione cellulare. Come? Semplicemente utilizzando la fosforilazione. Ciclina non è un'enzima, è solo una subunità regolatoria, ma la CDK è una kinasi. Le chinasi sono enzimi la cui funzione è la fosforilazione, cioè il legame di un gruppo fosfato su un substrato. Quindi, questo macchinario, semplicemente ponendo gruppi fosfati sulle proteine, regola il ciclo cellulare. Può sembrare complesso. In realtà, basta pensare che praticamente quasi tutte le proteine che entrano nella regolazione del ciclo cellulare possono essere accese o spente semplicemente aggiungendoci gruppi fosfato non sorprende quindi il complesso cdk e ciclina possa portare avanti tutto il macchinario della replicazione semplicemente aggiungendo gruppi fosfato tuttavia questo complesso non è onnipotente infatti anch'esso può essere regolato non basta che cdk e ciclina si uniscano per avere una completa attivazione Il complesso deve essere monofosforilato per essere completamente attivo e questo viene svolto dalla kinase CAC, C-Cline Associated Kinase. In caso però in cui la ciclina debba essere spenta per favorire altri processi come la riparazione del DNA ad esempio, esistono enzimi come UI1 che hanno il compito di iperfosforilare il complesso e questo è uno stimolo che lo spegne. Se poi c'è bisogno di riattivare un complesso che era stato spento, si ricorre ad altri enzimi come CdC5 che eliminano i due fosfati all'estremità. Ogni complesso CdK ciclina, poiché ne esistono diversi, è capace di mediare una fase del ciclo. Al termine di ogni fase il complesso deve essere distrutto, perché deve prendere piedi il complesso della fase successiva. Questa distruzione è diversa dallo spegnimento, perché dallo spegnimento una proteina può essere riattivata. Invece, alla fine della sua fase, ogni ciclina e cdk deve essere completamente distrutta. E questa avviene grazie a un enzima chiamato E3, che lega su di sé una serie di ubiquitine e poi le trasferisce sul complesso cdk-ciclina. Le quattro ubiquitine vengono riconosciute dal proteosoma, che ha la funzione di lidere. il complesso Cdk ciclina. Questa reazione è irreversibile. Vediamo ora qualche esempio della regolazione svolta dal complesso Cdk ciclina. Abbiamo visto come all'inizio della profase tutti gli organoli si dissolvano in vescicole. Abbiamo detto anche che si tratta di enzimi che, rompendo il citoscheletro in regioni particolari portano alla dissoluzione di questi organoli tuttavia questi insiemi non si attivano da soli per essere attivati devono essere fosforilati chi decide sulla loro attivazione è proprio il complesso cdk ciclina che lega dei fosfati a questi insiemi attivandoli definitivamente Un altro esempio dell'importanza cruciale del complesso Cdk ciclina è nella formazione del fuso mitotico. I microtubuli, infatti, non sono abbastanza stabili da soli per poter generare una struttura così enorme. Devono essere stabilizzati dalla proteina MAP4, ma anche MAP4 per funzionare deve essere iperfosforilata. E questo avviene sempre grazie a Cdk ciclina. Quindi è l'insieme di Cdk e ciclina che genera un'interazione tale da far andare avanti il ciclo. Questi sono solo due esempi di come agisce, ma allo stesso modo il complesso Cdk ciclina regola tutti gli eventi di cui abbiamo parlato finora. Come già accennato, una regolazione tanto fine richiede che vengano utilizzati diversi tipi di Cdk e cicline. E come ho già detto, ogni CDK e ciclina è utile per una sola fase del ciclo. Il complesso CDK4-6 e ciclina D media la fase G1. Il suo ultimo evento è la formazione del complesso CDK2-Ciclina E. Dopodiché il complesso CDK2-Ciclina E provvede alla distruzione del complesso precedente e media gli eventi della fase S. e mediare la formazione del complesso CDK2 ciclina A. Il primo evento mediato da CDK2 ciclina A è la distruzione del complesso precedente, dopodiché media tutti gli eventi della fase G2. Allo stesso modo, prima di uscire di scena, questo complesso richiama la traduzione di CDK1 ciclina B, che provvede alla distruzione dal complesso precedente e poi alla mediazione degli eventi della mitosi. Quindi ogni complesso viene generato dal precedente e la prima cosa che fa è distruggerlo, in modo che gli eventi delle varie fasi del ciclo non si sovrappongano. Possiamo adesso parlare della transizione G0-G1, la prima transizione che avviene nel ciclo cellulare. Infatti ogni cellula ha bisogno di passare da G0 a G1 per iniziare tutto il ciclo cellulare. Questa transizione è bloccata di base perché i geni per l'avvio della fase G1 sono associati ad un promoter che di per sé non è molto forte, deve essere letto da qualche fattore di trascrizione per essere attivato. Quindi di base una cellula resta in fase G0, a meno che una cascata di eventi non ne attivi la trascrizione dei geni per la fase G1. Questa cascata di eventi comincia quando la cellula riceve dei fattori di crescita, o growth factor. I recettori dei fattori di crescita sono degli enzimi chiamati tirosinchinasi, la cui funzione è attaccare dei gruppi fosfato su altre proteine chiamate trasduttrici. La più conosciuta delle proteine trasduttrici è di certo RAS. RAS riceve il fosfato dal recettore e si attiva. Normalmente RAS è legata a una molecola di GDP, ma quando si attiva scambia questa molecola con una molecola di GTP presente nel citoplasma. In forma attiva RAS è capace di fosforilare un altro enzima chiamato RAF, dopodiché si spegne e il GTP torna a essere GDP. Ora però RAF si è attivata. e provvede alla fosforilazione di un altro enzima chiamato MEK. MEK, a sua volta, provvede alla fosforilazione di un altro enzima chiamato ERK, la cui funzione è attivare e unire due fattori di trascrizione chiamati C-FOS e C-JON. L'insieme di RAF, MEK ed ERK è chiamato anche cascata delle MAP-kinasi, dove MAP sta per kinasi associate al mitogeno. Questa serie di kinasi è importantissima perché è presente solo nella via di trasduzione che porta le cellule a replicarsi. E vediamo come. I fattori di trascrizione Fos e Jun, uniti dall'enzima ERC, traslocano nel nucleo, dove legano il promotore dei geni per l'avvio della fase G1. Questo fattore di trascrizione dimerizzato richiama l'RNA polimerasi, che provvede alla trascrizione di questi geni e conseguentemente alla loro traduzione. La loro traduzione genera la ciclina D, che andrà a cercare nel citoplasma la sua CDK, che è appunto la CDK4-6. La formazione del complesso CDK4-6 ciclina D avvierà la fase G1. Ed ecco che la cellula, grazie ai fattori di crescita, è uscita dalla fase G0 ed è entrata nella fase G1, attraverso una via di trasduzione molto complessa. Dopo gli eventi che abbiamo visto, avviene la fase G1, ma il passaggio alla fase S non è scontato. C'è infatti un checkpoint per passare alla fase S. Ciò che ha permesso il passaggio del checkpoint G0-G1 sono stati i fattori di crescita. Ma anche il passaggio G1S non è affatto facile. Questo perché i geni per l'avvio della fase S sono perennemente bloccati da un fattore chiamato PRB, proteina del retinoblastoma. PRB richiama l'enzima istone deacetilasi, che fa deacetilare gli istoni di questi geni, rendendoli inattivi. Il legame di PRB al DNA è possibile solo grazie al fattore di trascrizione E2F. Il complesso che abbiamo creato prima, CDK4-6 ciclina D, svolge tutti gli eventi della fase G1, cioè la produzione degli enzimi per la replicazione. Dopodiché riceve dei segnali dalla cellula. E se il DNA è integro e se sono presenti i fattori di crescita? CDK4-6-iclina D svolge la sua ultima azione, cioè la fosforilazione della molecola PRB. PRB fosforilata viene distrutta. L'enzima istone di acetilasi si stacca dal DNA. Gli istoni, quindi, tornano a distanziarsi e i geni per l'avvio della fase S possono essere eletti. Il fattore di trascrizione E2F a questo punto è libero di richiamare la RNA polimerasi che trascriverà i geni per l'avvio della fase S, che verranno poi portati nel citoplasma e tradotti da un ribosoma. Questo porterà poi alla sintesi della ciclina E, che legando la CDK2 provvederà alla distruzione del complesso CDK4-6 ciclina B. Ecco che è avvenuto il passaggio dalla fase G1 alla fase S. Il checkpoint G2M è quello più importante, forse. Questo checkpoint è mediato dal complesso CDK2 ciclina A che attiva il complesso CDK1 ciclina B. Il meccanismo di attivazione è sempre l'attivazione della sua trascrizione a livello genetico. Però, prima di andare avanti... Il DNA è stato appena replicato, bisogna assicurarsi che non abbia errori. L'enzima ATM è una chinasi ad anello che viaggia attorno al filamento di DNA neosintetizzato e se questo presenta una rottura, l'enzima ad anello si blocca, si blocca e si attiva. Attivandosi, fosforila la chinasi 2 del checkpoint, CH2. La presenza di un danno al DNA è un evento molto pericoloso, bisogna fermare subito il ciclo. CH2 agisce in questo senso. Da un lato potenzia gli enzimi che iperfosforilano il complesso CDK2 ciclina A e in questo modo CDK2 ciclina A viene inattivato. Dall'altro richiama la proteina P53. P53 è conosciuto anche come il guardiano del genoma. È una proteina molto importante. Normalmente viene prodotta, ma viene distrutta subito. Tuttavia, se è presente un danno al DNA e si attiva CHK2, P53 viene subito attivata e provvede alla trascrizione di una serie di geni. Uno è molto importante, P21, che blocca il complesso CDK2-Ciclina A. ne spegne l'attività enzimatica. L'altro effetto è la trascrizione dei geni che producono enzimi che riparano il DNA. Tuttavia questi enzimi non sono onnipotenti e a volte non riescono a riparare il DNA. Bene, se il DNA non viene riparato entro un certo periodo di tempo, la proteina P53 continua a essere prodotta e si accumula e il suo effetto diventa negativo. nel senso che porta all'apoptosi della cellula. Quindi P53 è capace di una doppia azione. Prima cerca di riparare il danno. Se il danno non viene riparato induce la cellula in apoptosi. L'ultimo checkpoint è quello che avviene nell'anafase e riguarda la separazione dei cromatidi fratelli. che come abbiamo visto dipende dagli enzimi separasi. Il complesso CdK1 ciclina B, che è quello che media la mitosi, controlla l'integrità del fuso mitotico, cioè riceve dei segnali dal fuso mitotico. Se il fuso mitotico è integro, attiva, attraverso fosforilazione, il complesso promuovente l'anafase, che è il diretto responsabile della degradazione della securina. Così la separasi si attiva e i cromatidi fratelli possono staccarsi. Esistono anche altre vie di inibizione della mitosi. Uno è il fattore di crescita TGF-beta, che è un fattore di crescita, ma attraverso le molecole P15 e P4B. provvede al distacco del cdk e della ciclina questo meccanismo blocca la mitosi un altro meccanismo che blocca la mitosi è il distacco dalla lamina basale infatti se una cellula si stacca dalle altre o dalla lamina basale viene prodotta una molecola chiamata p27 che blocca completamente l'azione del complesso cdk ciclina la domanda è perché si dovrebbe voler inibire il ciclo cellulare. Semplice. Il TGF-beta è un fattore di crescita che viene prodotto in alcune condizioni particolari in cui bisogna bloccare la crescita di alcune cellule per favorire quella di altre, nella cicatrizzazione per esempio. Il distacco dalla lamina basale invece è un fondamentale meccanismo anticancerogeno. Infatti, la prima azione svolta da una cellula cancerogena è staccarsi dalla lamina basale e migrare. Questo meccanismo... manda quindi a morte, o perlomeno blocca il ciclo cellulare, di tutte le cellule che si staccano dalla lamina basale. E dopo aver parlato del ciclo cellulare e della sua regolazione, approfondiamo l'argomento della riparazione del danno al DNA. La riparazione del danno al DNA è importante e necessaria, poiché se un danno al DNA avviene in una cellula somatica si genera un tumore. Se avviene una cellula germinale si hanno anomalie genetiche. Esistono molti tipi di danno al DNA. Uno è il danno da radiazioni ultraviolette, per esempio, o comunque da radiazioni ionizzanti. Queste possono generare il double strand break, cioè la rottura del doppio filamento, oppure la formazione di dimeriditimine. I dimeriditimine sono semplicemente due timine conseguenti che anziché legarsi con le adenine dell'altro filamento si legano tra loro anche gli agenti chimici possono portare modificazione del dna per esempio aggiungendoci gruppi metili o ossidrili o inserendosi nel dna perché sono simili alle basi si parla in questo caso di analoghi delle basi esistono meccanismi di riparazione per ognuno di questi tipi di danno. La riparazione diretta prevede l'azione di enzimi che riparino direttamente il danno. Uno è l'enzima DNA-fotoliasi che stacca i dimeriti timine. La DNA-fotoliasi è attivata dalla luce perché quando la luce è troppo forte, la luce ultravioletta è troppo forte, si formano i dimeriti timine. Si è sviluppato quindi il sistema della DNA-fotoliasi che si attiva quando la luce è troppo forte. poiché è altamente probabile che si formino dei meriditimine. Invece, per i mutageni chimici, che aggiungono dei gruppi alle basi, si utilizzano degli enzimi che si fanno carico di questi gruppi in eccesso usando atomi molto reattivi per staccarli dalle basi. Un altro meccanismo di riparazione è l'escissione. Nell'escissione la porzione contenente la base mutata viene completamente staccata. Un tipo di riparazione per escissioni prevede l'enzima glicosilasi che elimina la base sbagliata. Rimane quindi un sito abasico o apurinico-apirimidinico dove non ci sono basi. Questo sito viene tagliato da una endonucleasi. Rimane quindi una rottura del doppio filamento. che viene colmata dalla dna polimerasi 3 un altro meccanismo utile per riparare mutazioni come i dimeri di timina ancora una volta è quello dell'endonucleasi dei dimeri che stacca un grosso pezzo di dna a monte e a valle della mutazione dopodichè l'rna polimerasi 3 provvede alla resintesi ultimo meccanismo infine è la riparazione delle rotture più serie del doppio filamento che non portano allo staccamento di una base ma semplicemente una rottura. La riparazione quindi è una cucitura mediata dall'enzima NHIJ, un complesso molto importante in tutti quei fenomeni in cui bisogna ricucire una catena di DNA.

La mitosi è divisa in 5 fasi, l'interfase, la profase, la metafase l'anafase e la telofase. Cominciamo col trattare l'interfase. L'interfase non è una parte vera e propria della mitosi, in quanto l'interfase è solamente il periodo in cui la cellula si prepara a dividersi. È divisa in tre parti. La fase G1, in cui prepara gli enzimi per la sintesi del DNA nuovo.

La fase S, in cui sintetizza il nuovo DNA. e la fase G2, in cui spiralizza il nuovo DNA. Quindi, all'inizio dell'interfase, il corredo cromosomico della cellula è singolo.

Al termine è raddoppiato. Potete osservare in questa slide la differenza tra i cromosomi in una cellula prima di iniziare la fase attiva della replicazione e i cromosomi in una cellula che si sta replicando. I cromosomi nella fase G1 sono ancora quelli della cellula a riposo, sono quindi cromosomi a singolo cromatide.

Di ogni cromosoma esiste una copia, si parla infatti di coppie cromosomiche. Dopo, quando il DNA è stato replicato, parleremo sempre di coppie cromosomiche, ma ogni coppia cromosomica avrà sì due cromosomi, ma formati ognuno da due cromatidi. Questi sono i cosiddetti cromosomi a doppio cromatide.

tipici di una cellula che si sta replicando passiamo ora a parlare della profase la profase è la prima vera parte della mitosi nella profase la cellula inizia ad allungarsi il primo evento è la dissoluzione delle membrane che formano gli organoli più grossi in seguito abbiamo nella cosiddetta prometafase perfino la dissoluzione della membrana nucleare le vescicole che sono derivati da questo processo si riuniranno al termine della mitosi nelle due cellule figlie altro evento importante e il distacco tra i due centrioli innanzitutto va detto che i centrioli si replicano formano una loro copia dopodiché iniziano ad allontanarsi utilizzando dei microtubuli che crescono l'uno contro l'altro spingendosi ai bordi della cellula. Si chiama questo tipo di fibra fibra interpolare. Grazie alle fibre interpolari quindi i centrioli si portano ai due poli della nuova cellula che si sta replicando. Arrivati ai poli i centrioli emettono un'altra classe di fibre.

Si tratta delle fibre astrali che li ancorano alla membrana. I centrioli devono essere ben allocati in questa fase della mitosi, perché è da loro che dipenderà la corretta divisione del corredo genetico. Parliamo ora della metafase.

Durante la metafase i cromosomi si dispongono lungo il piano equatoriale della cellula e vengono legati da fibre che partono sempre dai centrioli e vengono chiamate fibre del cinetocore. Le fibre del cinetocore sono sempre microtubuli. che però sono diretti al centromero dei cromosomi e la loro funzione sarà cruciale nella prossima fase della mitosi.

L'insieme delle fibre del cinetocore, delle fibre interpolari e delle fibre astrali formano nel complesso la struttura chiamata fuso mitotico. Tutta la mitosi dipende dalla buona riuscita del fuso, quindi si può dire tranquillamente che la mitosi è un evento dovuto in gran parte ai centrioli. Parliamo ora della quarta fase, la più importante, l'anafase. In anafase i cromosomi, che sono a doppio cromatide, entrano ancora uniti. I due cromatidi di un singolo cromosoma sono entità distinte.

Sono tenuti insieme però da una serie di molecole chiamate coesine, che servono per tenere insieme i due cromatidi. Quindi il cromosoma doppio cromatide non è realmente unito al centro, è unito solo perché ci sono le coesine. All'inizio dell'anafase la molecola regolatrice securina si stacca dall'enzima separasi.

L'enzima separasi si attiva e porta alla distruzione delle coesine. Questo fa quindi staccare i due cromatidi fratelli. I due cromatidi fratelli ora sono liberi l'uno dall'altro. Per questo verranno tirati ai due lati della...

della nuova cellula delle fibre del cinetocore. In realtà sono loro che si aggrappano alle fibre del cinetocore, ma vediamo un po' meglio questo concetto. Abbiamo visto che ogni cromosoma nella mitosi viene diviso in due cromatidi e ogni cellula prenderà un cromatide. In questo modo il corredo genetico è esattamente diviso nello stesso modo tra una cellula e l'altra.

Come possono muoversi i cromosomi? Questi sono legati a livello del centromero da microtubuli. A livello del centromero però sono presenti alcuni enzimi, le dineine che sono dei motori molecolari che servono alla cromosoma per camminare sul microtubulo.

Ed esiste anche una molecola chiamata catastrofina, che è un enzima dei microtubuli, che li dissolve man mano che il cromosoma prosegue. Quindi il cromosoma si muove e man mano distrugge il microtubulo. Quindi, guardando dall'esterno si ha l'impressione che il microtubulo tiri il cromosoma. In realtà, il cromosoma si arrampica sul microtubulo e lo distrugge man mano.

La fase terminale della mitosi si chiama telofase. Nella telofase avviene il termine della divisione, quindi si ha una specie di profase al contrario. Si riformano gli organuli che si erano dissolti e il fuso mitotico viene distrutto, perché ormai ha servito il suo scopo.

Avviene anche l'evento della citodieresi, cioè la divisione del citoplasma. che è resa possibile da un anello actinico che taglia il citoplasma esattamente a metà, generando quindi le due cellule figlie. Abbiamo visto la mitosi, adesso passiamo a parlare della meiosi.

La meiosi è un tipo di divisione cellulare che avviene nelle cellule gametiche, cioè gli spermatozoi e le cellule uovo, allo scopo di dimezzare il loro corredo cromosomico. Perché? Se due cellule che devono generare un nuovo organismo fossero diploidi, come tutte le cellule somatiche, la loro unione genererebbe una cellula tetraploide, con una dosa igienica due volte superiore rispetto a quella degli organismi che l'hanno generata.

Una cellula è abituata a funzionare con una certa quantità di DNA. Il doppio dei geni vuol dire il doppio dei trascritti, che vuol dire il doppio delle proteine. E questo manderebbe nel caos l'intero macchinario cellulare.

Quindi ogni specie deve generare dei discendenti che abbiano la loro stessa dose cromosomica. Come fanno? Semplicemente Dalle cellule somatiche si originano delle cellule chiamate gameti che hanno metà del corredo cromosomico. Così, quando si fonderanno, genereranno una nuova cellula che ha lo stesso numero cromosomico dei suoi genitori.

In questo processo, ovviamente, ogni gamete potrà scegliere solo un cromosoma della coppia originaria. Questo porterà quindi all'esclusione di alcuni geni durante la formazione dei gameti. Quindi, andiamo a dare un'occhiata alle fasi della meiosi.

La prima differenza che salta all'occhio è che ogni ciclo di meiosi è fatto non da una meiosi, ma da due meiosi, cioè due divisioni. Queste due divisioni presentano delle differenze tra di loro e ovviamente presenteranno anche delle differenze con la mitosi. Cominciamo dalla prima divisione meiotica.

L'interfase è uguale all'interfase delle divisioni mitotiche. La prima differenza la incontriamo nella profase. La profase della prima divisione meiotica è divisa in 5 parti. chiamate leptotene, zigotene, pachitene, diplotene e diacinesi.

Queste cinque parti della prima divisione meiotica, della profase per la precisione, riguardano solamente eventi che riguardano i cromosomi. Per il resto la profase è uguale alla mitosi. Quindi diamo un'occhiata a questi cinque eventi.

Va detto che questi eventi riguardanti i cromosomi sono paralleli alla dissoluzione in vescicole di tutti gli organoli. Quindi abbiamo all'interno del nucleo, la cui membrana si sta dissolvendo, questi 5 eventi. Il leptotene, durante cui i cromosomi che si sono appena duplicati diventano più spessi.

Poi abbiamo lo zigotene, durante cui i cromosomi si avvicinano e iniziano ad appaiarsi unendo gli estremi di un loro cromatide. In seguito abbiamo il pachitene. Nel pachitene abbiamo cromosomi uniti completamente per un cromatide.

Si tratta di cromosomi a doppio cromatide, ricordiamolo. Quindi i cromosomi a doppio cromatide si uniscono a cerniera per la lunghezza di un singolo cromatide. Nel pachitene avviene l'incrocio tra pezzi di cromosomi omologhi le braccia unite dei cromosomi si incrociano nel diplotene questo incrocio verrà reso effettivo cioè i due cromosomi si scambieranno un pezzo questo fenomeno è chiamato crossing over subito dopo il crossing over I due cromosomi iniziano ad allontanarsi ma rimangono uniti per la regione dove è avvenuto il chiasma, cioè lo scambio di parti genetiche. Nella parte finale, cioè la diacinesi, i due cromosomi si slegano. Abbiamo quindi ottenuto cromosomi che hanno subito il crossing over.

Il dettaglio più importante però è che i cromosomi per fare il crossing over devono essere omologhi, cioè il crossing over può avvenire solo tra cromosomi della stessa coppia. Se invece due cromosomi appartenenti a coppie diverse si scambiassero una parte, si parlerebbe di traslocazione genica, che è una mutazione dannosa. Lo scambio di parti geniche tra i cromosomi serve ad aumentare la variabilità genetica degli individui, poiché la riproduzione sessuata, a cui la meiosi è funzionale, ha lo scopo di generare individui sempre nuovi in modo da adattarsi meglio all'ambiente la metafase della prima divisione meiotica è uguale alla metafase della mitosi cioè i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula un'altra differenza la incontriamo nell'anafase nell'anafase innanzitutto notiamo che i cromosomi non si sono disposti come nella mitosi si sono disposti per coppie.

Ogni cromosoma non viene legato da due fibre del cinetocore. Ogni cromosoma a doppio cromatide riceve una sola fibra del cinetocore. Ed è in questo modo che saranno divisi tra le cellule figlie.

Ogni cellula figlia non prenderà due cromatidi provenienti da due cromosomi a doppio cromatide. Ogni cellula figlia, nella meiosi, prenderà un cromosoma a doppio cromatide l'altro verrà lasciato all'altra cellula e siccome è avvenuto il crossing over questo vuol dire che c'è uno scambio di parti geniche cioè se una cellula sceglie un cromosoma piuttosto che l'altro avrà dei geni piuttosto che altri il risultato quindi al termine della telofase che è uguale a quella della mitosi è quello di una cellula con corredo cromosomico diploide che ha raddoppiato il suo DNA e poi l'ha diviso tra le cellule figlie generando ancora due cellule diploidi quindi la prima divisione meiotica non serve al fine di dimezzare il corredo allora a cosa serve? se osserviamo la cellula iniziale e le cellule ottenute vedremo che hanno sì corredi cromosomici simili cioè sono entrambi diploidi ma in modo completamente diverso. La cellula iniziale ha due omologhi per ogni coppia, a singolo cromatide.

Le cellule finali hanno un solo omologo per ogni coppia a doppio cromatide. È vero che sono entrambe 2N, ma in un modo completamente diverso. Nella seconda divisione meiotica si ha il dimezzamento del numero cromosomico.

E questo semplicemente perché manca l'interfase. Prima della seconda divisione meiotica non viene replicato il DNA. Questo significa che il corredo cromosomico 2N dovrà essere ugualmente diviso tra le due cellule figlie, che si troveranno quindi un corredo cromosomico N. In questa seconda divisione non avviene il crossing over. La profase e la metafase sono esattamente uguali alla mitosi.

E lo è anche l'anafase. In questa anafase però i cromatidi fratelli si separano. Quindi ogni cellula sceglie un cromatide piuttosto che un altro. Se non fosse avvenuto il crossing over sarebbe stato uguale scegliere un cromatide piuttosto che un altro, ma dal momento che il crossing over è avvenuto le due cellule figlie avranno geni leggermente diversi. Quindi da una 2N dove c'era un solo cromosoma con doppio cromatide per ogni coppia abbiamo ottenuto due cellule con corredo cromosomico N, quindi aploide, dove c'è un solo cromatide abbiamo quindi dimezzato il numero cromosomico in questa slide c'è un riepilogo di tutto il processo siamo partiti da una cellula con corredo cromosomico 2N che ha raddoppiato il suo DNA, l'ha diviso tra due cellule figlie in maniera particolare però, non dando due cromatidi ciascuno, ma dando due cromosomi a doppio cromatide ciascuno.

Abbiamo ottenuto quindi due cellule 2N. Entrambe le cellule 2N si divideranno per dare origine a cellule aploidi con credo cromosomico N, i cui cromosomi avranno subito il crossing over nella profase della prima divisione meiotica. Arriviamo a questo punto alla definizione di ciclo cellulare. Dopo aver parlato di mitosi e meiosi, possiamo dire che ogni cellula che si divide dovrà attraversare una serie di fasi, G1, S, G2 ed M, che è la fase strettamente riferita alla mitosi.

Questo insusseguirsi di fasi è chiamato anche ciclo cellulare. Come potete osservare, il 90% del tempo che la cellula trascorre lo trascorre nell'interfase, tra la G1, la S e la G2. E solo il 10% del tempo del ciclo cellulare è dedicato alla mitosi. In base alla loro attitudine col ciclo cellulare possiamo dividere le cellule in varie popolazioni. Ci sono popolazioni dinamiche, come quelle dei fibroblasti, che si replicano continuamente e non escono mai dal ciclo.

Ci sono poi popolazioni statiche, come quella dei neuroni, che abbandonano la fase di replicazione perché quando a un certo punto escono dalla fase M, anziché entrare in fase G1, vanno in una forma di interfase silente chiamata G0. Nell'interfase G0 la cellula non svolge assolutamente nessuna attività replicativa, anche se come sappiamo svolge tutt'altro tipo di attività. I neuroni, per esempio, pur non essendo replicativamente attivi, sono tra le cellule più attive del nostro corpo, dal punto di vista metabolico.

Esistono poi popolazioni cellulari che vanno in fase G0, però, all'occorrenza, ad esempio dopo una seria lesione, rientrano nel ciclo cellulare per replicare il tessuto. Stiamo parlando delle popolazioni in espansione, di cui un ottimo esempio è dato dalle cellule epatiche le cellule epatiche sono una popolazione molto particolare in quanto normalmente sono in fase G0 ma se viene asportata una parte di fegato queste si attivano e in una media di tre settimane riescono a rigenerare la parte mancante perché rientrano nel ciclo cellulare dopo aver parlato quindi di cos'è il ciclo cellulare possiamo accingerci a descriverne la regolazione. Come potete immaginare, tutti questi eventi sono finemente regolati, poiché se la cellula sbaglia qualcosa durante il ciclo cellulare, rischia gravi mutazioni del DNA, che potrebbero portarla a generare mutazioni dannose per la prole, nel caso in cui queste avvengano nelle cellule germinali, o mutazioni tumorali, nel caso in cui queste avvengano nelle cellule somatiche.

Il ciclo cellulare è quindi finemente regolato, e in ogni momento del ciclo la cellula è in bilico tra il continuare il ciclo e il replicarsi e l'essere mandata in apoptosi in caso di errore. Questo concetto è ben espresso dai checkpoint. I checkpoint sono una serie di punti, tre per la precisione, all'interno del ciclo durante la quale la cellula verifica il suo stato e se c'è qualcosa di errato viene mandata a morte. Il primo checkpoint è nella transizione G1S.

In questa transizione viene verificata l'integrità del DNA che deve essere replicato e se sono presenti i nutrimenti e quindi l'energia necessaria per fare la mitosi e i segnali esterni, dove con segnali esterni si intende i fattori di crescita. Nessuna cellula infatti è libera di replicarsi quando vuole. Tutte hanno bisogno dei cosiddetti fattori di crescita. Se i fattori di crescita non sono presenti, la cellula viene soppressa, poiché se una cellula inizia a riprodursi per sua iniziativa, e quindi senza la segnalazione dei fattori di crescita, vuol dire che ha perso l'inibizione ed è diventata una cellula tumorale. Per questo, una cellula che si replica senza segnali esterni viene soppressa.

Il checkpoint G2M è un checkpoint più semplice, in quanto viene semplicemente verificato che il DNA appena replicato sia integro, per poter entrare in mitosi. All'interno della mitosi, poi, poco prima che inizi l'anafase, c'è un terzo checkpoint, che verifica la stabilità del fuso mitotico. Se il fuso mitotico non è costituito in maniera corretta, la cellula viene mandata a morte. L'interruttore che regola questo insieme di processi di controllo è l'insieme di due molecole chiamate ciclina e kinasi ciclina dipendente.

Queste due molecole sono continuamente presenti durante il ciclo cellulare. Le CDK sono sempre prodotte, le cicline hanno questo nome perché vengono prodotte solo durante una determinata fase del ciclo. Le cicline sono quindi la subunità che attiva le CDK.

Infatti CDK vuol dire ciclina dipendente kinasi o kinasi dipendente dalla ciclina. Abbiamo quindi un complesso unico chiamato anche Maturation Promoting Factor. Quando CDK e ciclina sono insieme sono attive.

e sono capaci di mediare tutti gli effetti di controllo sul ciclo cellulare. E' il complesso CDK e ciclina che porta avanti tutto il macchinario della replicazione cellulare. Come?

Semplicemente utilizzando la fosforilazione. Ciclina non è un'enzima, è solo una subunità regolatoria, ma la CDK è una kinasi. Le chinasi sono enzimi la cui funzione è la fosforilazione, cioè il legame di un gruppo fosfato su un substrato. Quindi, questo macchinario, semplicemente ponendo gruppi fosfati sulle proteine, regola il ciclo cellulare. Può sembrare complesso.

In realtà, basta pensare che praticamente quasi tutte le proteine che entrano nella regolazione del ciclo cellulare possono essere accese o spente semplicemente aggiungendoci gruppi fosfato non sorprende quindi il complesso cdk e ciclina possa portare avanti tutto il macchinario della replicazione semplicemente aggiungendo gruppi fosfato tuttavia questo complesso non è onnipotente infatti anch'esso può essere regolato non basta che cdk e ciclina si uniscano per avere una completa attivazione Il complesso deve essere monofosforilato per essere completamente attivo e questo viene svolto dalla kinase CAC, C-Cline Associated Kinase. In caso però in cui la ciclina debba essere spenta per favorire altri processi come la riparazione del DNA ad esempio, esistono enzimi come UI1 che hanno il compito di iperfosforilare il complesso e questo è uno stimolo che lo spegne. Se poi c'è bisogno di riattivare un complesso che era stato spento, si ricorre ad altri enzimi come CdC5 che eliminano i due fosfati all'estremità.

Ogni complesso CdK ciclina, poiché ne esistono diversi, è capace di mediare una fase del ciclo. Al termine di ogni fase il complesso deve essere distrutto, perché deve prendere piedi il complesso della fase successiva. Questa distruzione è diversa dallo spegnimento, perché dallo spegnimento una proteina può essere riattivata. Invece, alla fine della sua fase, ogni ciclina e cdk deve essere completamente distrutta. E questa avviene grazie a un enzima chiamato E3, che lega su di sé una serie di ubiquitine e poi le trasferisce sul complesso cdk-ciclina.

Le quattro ubiquitine vengono riconosciute dal proteosoma, che ha la funzione di lidere. il complesso Cdk ciclina. Questa reazione è irreversibile. Vediamo ora qualche esempio della regolazione svolta dal complesso Cdk ciclina. Abbiamo visto come all'inizio della profase tutti gli organoli si dissolvano in vescicole.

Abbiamo detto anche che si tratta di enzimi che, rompendo il citoscheletro in regioni particolari portano alla dissoluzione di questi organoli tuttavia questi insiemi non si attivano da soli per essere attivati devono essere fosforilati chi decide sulla loro attivazione è proprio il complesso cdk ciclina che lega dei fosfati a questi insiemi attivandoli definitivamente Un altro esempio dell'importanza cruciale del complesso Cdk ciclina è nella formazione del fuso mitotico. I microtubuli, infatti, non sono abbastanza stabili da soli per poter generare una struttura così enorme. Devono essere stabilizzati dalla proteina MAP4, ma anche MAP4 per funzionare deve essere iperfosforilata. E questo avviene sempre grazie a Cdk ciclina. Quindi è l'insieme di Cdk e ciclina che genera un'interazione tale da far andare avanti il ciclo.

Questi sono solo due esempi di come agisce, ma allo stesso modo il complesso Cdk ciclina regola tutti gli eventi di cui abbiamo parlato finora. Come già accennato, una regolazione tanto fine richiede che vengano utilizzati diversi tipi di Cdk e cicline. E come ho già detto, ogni CDK e ciclina è utile per una sola fase del ciclo.

Il complesso CDK4-6 e ciclina D media la fase G1. Il suo ultimo evento è la formazione del complesso CDK2-Ciclina E. Dopodiché il complesso CDK2-Ciclina E provvede alla distruzione del complesso precedente e media gli eventi della fase S. e mediare la formazione del complesso CDK2 ciclina A.

Il primo evento mediato da CDK2 ciclina A è la distruzione del complesso precedente, dopodiché media tutti gli eventi della fase G2. Allo stesso modo, prima di uscire di scena, questo complesso richiama la traduzione di CDK1 ciclina B, che provvede alla distruzione dal complesso precedente e poi alla mediazione degli eventi della mitosi. Quindi ogni complesso viene generato dal precedente e la prima cosa che fa è distruggerlo, in modo che gli eventi delle varie fasi del ciclo non si sovrappongano.

Possiamo adesso parlare della transizione G0-G1, la prima transizione che avviene nel ciclo cellulare. Infatti ogni cellula ha bisogno di passare da G0 a G1 per iniziare tutto il ciclo cellulare. Questa transizione è bloccata di base perché i geni per l'avvio della fase G1 sono associati ad un promoter che di per sé non è molto forte, deve essere letto da qualche fattore di trascrizione per essere attivato. Quindi di base una cellula resta in fase G0, a meno che una cascata di eventi non ne attivi la trascrizione dei geni per la fase G1.

Questa cascata di eventi comincia quando la cellula riceve dei fattori di crescita, o growth factor. I recettori dei fattori di crescita sono degli enzimi chiamati tirosinchinasi, la cui funzione è attaccare dei gruppi fosfato su altre proteine chiamate trasduttrici. La più conosciuta delle proteine trasduttrici è di certo RAS.

RAS riceve il fosfato dal recettore e si attiva. Normalmente RAS è legata a una molecola di GDP, ma quando si attiva scambia questa molecola con una molecola di GTP presente nel citoplasma. In forma attiva RAS è capace di fosforilare un altro enzima chiamato RAF, dopodiché si spegne e il GTP torna a essere GDP. Ora però RAF si è attivata.

e provvede alla fosforilazione di un altro enzima chiamato MEK. MEK, a sua volta, provvede alla fosforilazione di un altro enzima chiamato ERK, la cui funzione è attivare e unire due fattori di trascrizione chiamati C-FOS e C-JON. L'insieme di RAF, MEK ed ERK è chiamato anche cascata delle MAP-kinasi, dove MAP sta per kinasi associate al mitogeno.

Questa serie di kinasi è importantissima perché è presente solo nella via di trasduzione che porta le cellule a replicarsi. E vediamo come. I fattori di trascrizione Fos e Jun, uniti dall'enzima ERC, traslocano nel nucleo, dove legano il promotore dei geni per l'avvio della fase G1. Questo fattore di trascrizione dimerizzato richiama l'RNA polimerasi, che provvede alla trascrizione di questi geni e conseguentemente alla loro traduzione.

La loro traduzione genera la ciclina D, che andrà a cercare nel citoplasma la sua CDK, che è appunto la CDK4-6. La formazione del complesso CDK4-6 ciclina D avvierà la fase G1. Ed ecco che la cellula, grazie ai fattori di crescita, è uscita dalla fase G0 ed è entrata nella fase G1, attraverso una via di trasduzione molto complessa. Dopo gli eventi che abbiamo visto, avviene la fase G1, ma il passaggio alla fase S non è scontato. C'è infatti un checkpoint per passare alla fase S.

Ciò che ha permesso il passaggio del checkpoint G0-G1 sono stati i fattori di crescita. Ma anche il passaggio G1S non è affatto facile. Questo perché i geni per l'avvio della fase S sono perennemente bloccati da un fattore chiamato PRB, proteina del retinoblastoma. PRB richiama l'enzima istone deacetilasi, che fa deacetilare gli istoni di questi geni, rendendoli inattivi. Il legame di PRB al DNA è possibile solo grazie al fattore di trascrizione E2F.

Il complesso che abbiamo creato prima, CDK4-6 ciclina D, svolge tutti gli eventi della fase G1, cioè la produzione degli enzimi per la replicazione. Dopodiché riceve dei segnali dalla cellula. E se il DNA è integro e se sono presenti i fattori di crescita?

CDK4-6-iclina D svolge la sua ultima azione, cioè la fosforilazione della molecola PRB. PRB fosforilata viene distrutta. L'enzima istone di acetilasi si stacca dal DNA. Gli istoni, quindi, tornano a distanziarsi e i geni per l'avvio della fase S possono essere eletti.

Il fattore di trascrizione E2F a questo punto è libero di richiamare la RNA polimerasi che trascriverà i geni per l'avvio della fase S, che verranno poi portati nel citoplasma e tradotti da un ribosoma. Questo porterà poi alla sintesi della ciclina E, che legando la CDK2 provvederà alla distruzione del complesso CDK4-6 ciclina B. Ecco che è avvenuto il passaggio dalla fase G1 alla fase S.

Il checkpoint G2M è quello più importante, forse. Questo checkpoint è mediato dal complesso CDK2 ciclina A che attiva il complesso CDK1 ciclina B. Il meccanismo di attivazione è sempre l'attivazione della sua trascrizione a livello genetico. Però, prima di andare avanti...

Il DNA è stato appena replicato, bisogna assicurarsi che non abbia errori. L'enzima ATM è una chinasi ad anello che viaggia attorno al filamento di DNA neosintetizzato e se questo presenta una rottura, l'enzima ad anello si blocca, si blocca e si attiva. Attivandosi, fosforila la chinasi 2 del checkpoint, CH2.

La presenza di un danno al DNA è un evento molto pericoloso, bisogna fermare subito il ciclo. CH2 agisce in questo senso. Da un lato potenzia gli enzimi che iperfosforilano il complesso CDK2 ciclina A e in questo modo CDK2 ciclina A viene inattivato. Dall'altro richiama la proteina P53. P53 è conosciuto anche come il guardiano del genoma.

È una proteina molto importante. Normalmente viene prodotta, ma viene distrutta subito. Tuttavia, se è presente un danno al DNA e si attiva CHK2, P53 viene subito attivata e provvede alla trascrizione di una serie di geni.

Uno è molto importante, P21, che blocca il complesso CDK2-Ciclina A. ne spegne l'attività enzimatica. L'altro effetto è la trascrizione dei geni che producono enzimi che riparano il DNA.

Tuttavia questi enzimi non sono onnipotenti e a volte non riescono a riparare il DNA. Bene, se il DNA non viene riparato entro un certo periodo di tempo, la proteina P53 continua a essere prodotta e si accumula e il suo effetto diventa negativo. nel senso che porta all'apoptosi della cellula.

Quindi P53 è capace di una doppia azione. Prima cerca di riparare il danno. Se il danno non viene riparato induce la cellula in apoptosi.

L'ultimo checkpoint è quello che avviene nell'anafase e riguarda la separazione dei cromatidi fratelli. che come abbiamo visto dipende dagli enzimi separasi. Il complesso CdK1 ciclina B, che è quello che media la mitosi, controlla l'integrità del fuso mitotico, cioè riceve dei segnali dal fuso mitotico.

Se il fuso mitotico è integro, attiva, attraverso fosforilazione, il complesso promuovente l'anafase, che è il diretto responsabile della degradazione della securina. Così la separasi si attiva e i cromatidi fratelli possono staccarsi. Esistono anche altre vie di inibizione della mitosi.

Uno è il fattore di crescita TGF-beta, che è un fattore di crescita, ma attraverso le molecole P15 e P4B. provvede al distacco del cdk e della ciclina questo meccanismo blocca la mitosi un altro meccanismo che blocca la mitosi è il distacco dalla lamina basale infatti se una cellula si stacca dalle altre o dalla lamina basale viene prodotta una molecola chiamata p27 che blocca completamente l'azione del complesso cdk ciclina la domanda è perché si dovrebbe voler inibire il ciclo cellulare. Semplice.

Il TGF-beta è un fattore di crescita che viene prodotto in alcune condizioni particolari in cui bisogna bloccare la crescita di alcune cellule per favorire quella di altre, nella cicatrizzazione per esempio. Il distacco dalla lamina basale invece è un fondamentale meccanismo anticancerogeno. Infatti, la prima azione svolta da una cellula cancerogena è staccarsi dalla lamina basale e migrare.

Questo meccanismo... manda quindi a morte, o perlomeno blocca il ciclo cellulare, di tutte le cellule che si staccano dalla lamina basale. E dopo aver parlato del ciclo cellulare e della sua regolazione, approfondiamo l'argomento della riparazione del danno al DNA. La riparazione del danno al DNA è importante e necessaria, poiché se un danno al DNA avviene in una cellula somatica si genera un tumore.

Se avviene una cellula germinale si hanno anomalie genetiche. Esistono molti tipi di danno al DNA. Uno è il danno da radiazioni ultraviolette, per esempio, o comunque da radiazioni ionizzanti. Queste possono generare il double strand break, cioè la rottura del doppio filamento, oppure la formazione di dimeriditimine.

I dimeriditimine sono semplicemente due timine conseguenti che anziché legarsi con le adenine dell'altro filamento si legano tra loro anche gli agenti chimici possono portare modificazione del dna per esempio aggiungendoci gruppi metili o ossidrili o inserendosi nel dna perché sono simili alle basi si parla in questo caso di analoghi delle basi esistono meccanismi di riparazione per ognuno di questi tipi di danno. La riparazione diretta prevede l'azione di enzimi che riparino direttamente il danno. Uno è l'enzima DNA-fotoliasi che stacca i dimeriti timine. La DNA-fotoliasi è attivata dalla luce perché quando la luce è troppo forte, la luce ultravioletta è troppo forte, si formano i dimeriti timine.

Si è sviluppato quindi il sistema della DNA-fotoliasi che si attiva quando la luce è troppo forte. poiché è altamente probabile che si formino dei meriditimine. Invece, per i mutageni chimici, che aggiungono dei gruppi alle basi, si utilizzano degli enzimi che si fanno carico di questi gruppi in eccesso usando atomi molto reattivi per staccarli dalle basi.

Un altro meccanismo di riparazione è l'escissione. Nell'escissione la porzione contenente la base mutata viene completamente staccata. Un tipo di riparazione per escissioni prevede l'enzima glicosilasi che elimina la base sbagliata.

Rimane quindi un sito abasico o apurinico-apirimidinico dove non ci sono basi. Questo sito viene tagliato da una endonucleasi. Rimane quindi una rottura del doppio filamento. che viene colmata dalla dna polimerasi 3 un altro meccanismo utile per riparare mutazioni come i dimeri di timina ancora una volta è quello dell'endonucleasi dei dimeri che stacca un grosso pezzo di dna a monte e a valle della mutazione dopodichè l'rna polimerasi 3 provvede alla resintesi ultimo meccanismo infine è la riparazione delle rotture più serie del doppio filamento che non portano allo staccamento di una base ma semplicemente una rottura.

La riparazione quindi è una cucitura mediata dall'enzima NHIJ, un complesso molto importante in tutti quei fenomeni in cui bisogna ricucire una catena di DNA.

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Lezione sulla mitosi e meiosi