Biologia

LE CICLINE NELLE VARIE FASI DEL CICLO CELLULARE.

I livelli delle cicline variano sensibilmente nelle varie fasi del ciclo cellulare.

Le variazioni cicliche della concentrazione delle cicline concorrono all’assemblaggio e attivazione di

specifici complessi di ciclina- Cdk che a sua volta innescano vari eventi del ciclo cellulare.

Per attivare le Cdk devono essere rimosse le fosfatasi inibitorie e distrutte determinando la fine di

una specifica fase del ciclo cellulare. 27

I MITOGENI PROMUOVONO LA PRODUZIONE DI CICLINE

G1 E G1/S

In generale una cellula di mammifero si duplica sono se

viene stimolata a farlo da segnali mitogeni extracellulari

prodotti da altre cellule.

I mitogeni accendono le vie di segnalazione cellulare che

stimolano la sintesi di cicline G1 e G1/S.

La produzione delle cicline attiva un ondata di attività di

G1/S- Cdk che rimuovono i controlli negativi.

I MITOGENI PROMUOVONO LA PRODUZIONE DI CICLINE

G1 E G1/S 28

LA PROTEINA Rb E IL PUNTO DI RESTRIZIONE

Un controllo negativo fondamentale è

mediato dalla proteina retinoblastoma

(Rb).

In assenso di segnali mitogeni la proteina

Rb defosforilata mantiene E2F in uno

stato inattivo.

Il legame di mitogeni al recettore attiva

G1-Cdk e G1/S- Cdk.

Questi complessi fosforilano Rb

inattivandolo.

Si liberano così i regolatori della

trascrizione (E2F) necessari per stimolare

la trascrizione di geni bersaglio che

codificano le proteine utili alla

proliferazione cellulare.

I CHECKPOINTS FERMANO IL CICLO CELLULARE IN CASO DI DANNEGGIAMENTO CATASTROFICO O

STEPS INCOMPLETI

Se il meccanismo di controllo rileva problemi nel completamento della replicazione del DNA, per

esempio, tratterrà la cellula al punto di controllo G2/M.

Vengono quindi mandati segnali al sistema di controllo per ritardare la progressione del ciclo e dare

il tempo eventualmente riparare il macchinario e impedire un disastroso progredire del ciclo. 29

IL DANNO AL DNA PUO’ BLOCCARE LA PROGRESSIONE DEL CICLO CELLULARE

Quando il DNA viene danneggiato, specifiche

proteina chinasi si attivano e fosforilano p53

bloccandone in tal modo la rapida degradazione

che avviene normalmente.

La p53 si accumola e si lega al DNA dove stimola

la trascrizione del gene che codifica la p21, una

proteina inibitrice delle Cdk.

Questa proteina si lega ai complessi G1/S-Cdk e

S- Cdk e li inattiva, in questo modo il ciclo

cellulare si arresta in fase G1.

P53: LA SENTINELLA DEL GENOMA

Il gene p53 è mutato nel 50% dei carcinomi

umani compreso:

- mammella,

- cervello,

- fegato,

- polmone,

- colon- retto,

- vescica,

- sangue.

Codifica una proteina di 393 amminoacidi

coinvolta nella trascrizione, controllo del ciclo cellulare, riparo del DNA e apoptosi.

Si lega a diversi geni e interagisce con proteine cellulari e virali.

La vi di p53 funziona come un’antenna che rileva condizioni pericolose per la cellula. Come risposta

innesca o l’arresto del ciclo cellulare (senescenza) oppure l’apoptosi.

Le cellule tumorali sono sempre squilibrate pertanto la loro sopravvivenza dipende

dall’inattivazione della via di p53.

La sindrome di Li Fraumeni comporta un aumento della predisposizione a tumori maligni di

numerosi tessuti epiteliali e mesenchimali che dipendono dalla trasmissione ereditaria di un allele

mutato del gene oncosoppressore p53.

Il rischio di sviluppare un tumore nel corso della vita per una persona affetta da LFS è del 90%.

LA REGOLAZIONE DEL CICLO IN FASE M

Nella fase M la cellula madre deve dividersi in due cellule figlie identiche quindi deve ripartire con

accuratezza i cromosomi replicati in fase S.

La cellula attiva i processi di mitosi mediante l’attivazione iniziale del processo M-Cdk. 30

IL COMPLESSO MPF

La progressione attraverso la mitosi è governata da una molecola citoplasmatica solubile chiamata

Maturation- Promoting Factor (MPF) formato da due proteine:

- Cdk1, presente nella cellula a concentrazione costanti,

- Cyclin B una proteina espressa in modo crescente tra la fine della fase S e l’inizio della mitosi.

La ciclina inizia ad essere degradata al termine della metafase.

L’ATTIVITA’ DI MPF

1. fosforila le proteine lamini che costituiscono la lamina nucleare portando alla disgregazione

dell’involucro,

2. promuove la formazione del fuso mitotico e la condensazione dei cromosomi,

3. Fosforila un complesso proteico chiamato APC che promuove l’anafase,

4. Fosforila la miosina guidando gli eventi che conducono alla citocinesi.

IL COMPLESSO APC PROMUOVE L’ANAFASE

- La coesina tiene uniti i due cromatidi durante la metafase.

- Le coesine vengono degradate da un enzima chiamato separasi la quale è inibito dalla

securina.

- Il complesso APC una volta attivato, degrada la securina permettendo così al fuso mitotico di

allontanare i cromatici fratelli.

L’INIBIZIONE DELLE CICLINE

L’APC degrada la ciclina mitotica e assicura così la corretta progressione delle ultime fasi della mitosi.

L’ibiquitinazione destina le cicline al proteasoma per la loro distribuzione. In assenza di cicline le

Cdk corrispondenti si inattivano. 31

LA MITOSI

La divisione di una cellula eucariota si realizza durante la fase M del ciclo cellulare ed è costituita

dalla mitosi che divide il nucleo e ripartisce il materiale nucleare tra le due cellule figlie e dalla

citodieresi dove avviene la separazione delle cellule figlie.

Nella citodieresi si ha la divisione del citoplasma e di tutti gli organelli.

Gli organelli sono in numero sufficiente per la ripartizione. Le cellule contengono un solo apparato

di Golgi o RE e li devono frammentare in fase G2 per distribuirli in modo equo alle due cellule figlie.

Questo rappresenta un evento indispensabile per permettere l’ingresso della cellula in fase M.

CELLULA IN INTERFASE La cellula duplica il proprio DNA e si

prepara alla divisione nucleare.

Inizia la mitosi. Il DNA e le proteine

ad esso associate hanno iniziato a

PROFASE PRECOCE condensarsi.

I due cromosomi colorati (blu) sono

ereditati dalla madre.

Gli altri due (porpora) sono gli

omologhi ricevuti dal padre.

I cromosomi continuano la

condensazione. Si assemblano

nuove fibre del fuso.

PROFASE TARDIVA Esse spostano una delle due coppie

di centrioli al polo opposto della

cellula.

L’involucro nucleare inizia a

disgregarsi.

I microtuboli attraversano la

regione nucleare.

Insieme essi formano la struttura

TRANSIZIONE VERSO LA METAFASE bipolare detta fuso.

Molti microtuboli del fuso si legano

ai due cromatidi fratelli di ciascun

cromosoma 32

Tutti i cromosomi si sono allineati

all’equatore del fuso,

completamente formato.

METAFASE In questo stadio della mitosi e del

ciclo cellulare i cromosomi hanno

raggiunto il massimo grado di

condensazione.

I centromeri si dividono e i

cromatidi fratelli vengono separati.

ANAFASE I microtuboli si spostano verso i poli

opposti del fuso.

Ci sono due gruppi di cromosomi

che si decondensano.

TELOFASE Dal RE gemma la nuova membrana

che va a formare l’involucro

nucleare.

La mitosi è completata.

CITOCHINESI Ci sono ora due cellule figlie.

Ciascuna è diploide; il nucleo

INTERFASE contiene entrambe le copie di

ciascun cromosoma, proprio come

la cellula di partenza.

EVENTI DELLA PROFASE

Arresto dell’attività trascrizionale. Le due coppie di

centrioli (duplicati in fase S) si portano ai poli opposti

e attorno a ciascun centrosoma di formano gli aster.

Mentre i centrosomi migrano si inizia a formare il fuso

mitotico. Le fibre del fuso sono costituite da

microtuboli. 33

EVENTI DELLA PROMETAFASE

Dissoluzione completa dell’involucro nucleare con

disassemblaggio della lamina e dei pori nucleari.

Il fuso mitotico si completa, la scomparsa dell’involucro

nucleare consente alle fibre del fuso di espandersi nella zona

nucleare e di prendere contatto con i cromosomi.

Al microscopio elettronico, il fuso completamente formato è

costituito dai centrosomi, dai microtuboli e dai cromosomi

attaccati ad essi.

IL CENTROSOMA

I microtubuli vengono assemblati in

regioni dette centri organizzatori dei

microtubuli (MTOC) che formano il

centrosoma la quale contiene

materiale elettrondenso

pericentriolare (PMC) e due strutture

dette centrioli. I due centrioli

presentano una struttura cilindrica

cava la cui parete è formata da nove

triplette di microtubuli.

I due centrioli sono disposti

perpendicolarmente e tenuti insieme

da un complesso proteico.

IL CROMOSOMA

Ogni cromosoma è stato duplicato durante la fase S e

consiste di una coppia di cromatidi fratelli. Essi sono

associati in corrispondenza del centromero. La struttura

proteica associata è detta cinetocore (si presenta come

una piastra di 0.2μm ) alla quale si legano i microtubuli.

Il cinetocore è costituito da tre strati di natura proteica.

Ciascuno di essi è costituito da molte proteine diverse.

CenH3 è una variante specializzata dell’istone H3 e aiuta

il DNA ad associasi al DNA, dineine e chinesine generano

forze per il movimento dei cromosomi, MAD2 controlla

l’attacco ai microtubuli, ESCO2 etc). 34

Durante la formazione del fuso i

microtubuli dinamici cercano i

cinetocori in tutta la cellula allungandosi

e accorciandosi in direzioni casuali a

partire dai centrosomi. I microtubuli che

entrano in contatto con un cinetocore

vengono catturati e stabilizzati.

Tale meccanismo di «ricerca e cattura»

dell’assemblaggio del fuso permette al

fuso di formarsi indipendentemente

dalla posizione dei cromosomi al

momento dell’inizio della mitosi

IL FUSO MITOTICO 35

I microtuboli del fuso sono organizzati in base alla loro popolarità.

Tutti hanno la loro estremità “meno” in prossimità di uno dei due centrosomi e le loro estremità

“più” a distanza di esso. EVENTI DELLA METAFASE

I cromosomi devono essere correttamente legati,

mediante i loro cinetocori, alle fibre del fuso che

provengono dai due poli opposti, assumendo cosi ̀

l’orientamento polare. Appena l’ultimo cromosoma

raggiunge questo assetto il complesso APC/C inizia la

degradazione della ciclina B e della securina per passare

all’anafase.

EVENTI DELL’ANAFASE

L’anafase la possiamo dividere in anafase A e anafase B.

Nell’anafase A si separano i cromatidi fratelli e i due cromosomi

che si formano sono trascinati verso il polo a cui sono legati tramite

i microtubuli del cinetocore. Nell’anafase B i poli si allontanano,

spinti dalle forze che si originano a livello dei microtubuli

interpolari e