Biologia molecolare

CINETOCORO

- il cinetocoro è la struttura che media l'aggancio tra le fibre del fuso e i cromatidi durante la

prometafase

- è costituito da due piastre proteiche: la piastra interna fa da interfaccia con la cromatina

centromerica (le proteine della piastra interna si vanno a legare all’eterocromatina

centromerica che presenta dei nucleosomi che presentano una versione modificata dell’istone

H3, detta CEN-H3 o CENP-A), mentre la piastra esterna media il legame con i microtubuli delle

fibre del fuso mitotico (da questa piastra esterna si dipartono dei filamenti proteici che

costituiscono una corona fibrosa); tra le due piastre c’è un’interzona

- poiché l’estremità negativa dei microtubuli è quella attaccata al polo del fuso, al centrosoma,

il cinetocoro interagisce con l’estremità positiva, che è quella più dinamica che si accresce: il

legame tra la piastra esterna e l’estremità positiva dei microtubuli è mediato da una proteina

chiamata Ndc80 (lunga proteina fibrosa che appartiene alla famiglia delle Chinesine Like

Proteins)

- tra i filamenti della corona fibrosa e i microtubuli si trovano collocate molte proteine motrici

che operano un legame dinamico con i microtubuli stessi: sono presenti sia le dineine, che si

muovono verso l’estremità negativa, sia le chinesine, che si muovono verso l’estremità positiva

(in particolare, la chinesina che agisce specificatamente sul cinetocoro viene chiamata CENP-E)

- sul cinetocoro sono collocate anche le depolimerasi (proteine che derivano dalle chinesine ma

hanno perso la capacità di muoversi sui microtubuli) che, quando vengono attivate, stimolano

la rapida depolimerizzazione dei microtubuli inducendo dei processi catastrofici di

accorciamento che sono fondamentali soprattutto nel passaggio da metafase ad anafase

CONGRESSIONE

- durante la congressione, mentre le estremità negative delle fibre del fuso (quelle a contatto

con i poli) sono soggette a una lenta depolarizzazione, le estremità positive (quelle a contatto

con i cromatidi) sono molto dinamiche

- le estremità positive in un dato momento possono essere soggette a una rapida aggiunta di

dimeri di tubulina, che porta a un allungamento della fibra, mentre un momento dopo possono

essere soggette a una rapida perdita dei dimeri di tubulina, che porta a un accorciamento

della fibra: questo comporta l'oscillazione e lo spostamento dei cromosomi prima verso un polo

e poi poi verso il polo opposto, e ciò porta al movimento che caratterizza la congressione

- la congressione continua fino a quando l'estremità positiva si stabilizza con una lenta

polimerizzazione che è controbilanciata da una lenta depolimerizzazione all'estremità negativa:

questo fenomeno porta le fibre del fuso a conservare la stessa lunghezza, e quando ciò

avviene si passa alla fase successiva della mitosi, la metafase

Metafase

- la metafase è caratterizzata dall'equilibrio delle fibre del fuso mitotico e, quindi, dal conseguente

allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale della cellula

- in metafase il fuso raggiunge la massima strutturazione e si riconoscono tre tipi di fibre:

1) le fibre cromosomiche del fuso, che agganciano i cromatidi in corrispondenza dei

cinetocori

2) le fibre polari del fuso, che sono dirette verso la piastra equatoriale ma non

contattano i cromosomi e si sovrappongono con quelle dello stesso tipo che provengono

dal polo opposto

3) le fibre astrali del fuso, che si diramano in tutte le direzioni tranne che verso la

piastra equatoriale metafasica

- la metafase è un momento dinamico in cui si accumula una tensione di trazione sui cromatidi,

che verrà risolta solo durante l'anafase con la separazione dei cromatidi; la tensione è dovuta a:

tentativo di camminamento delle dineine sui cinetocori verso i poli (compensato dal legame stretto

dei cromatidi sui centromeri), camminamento di dineine e chinesine poste sui punti di

sovrapposizione delle fibre polari del fuso, che tendono a far scorrere le fibre l’una sull’altra

allontanando i poli opposti (compensato dalla fissità dei poli che sono ancorati alle fibre

cromosomiche del fuso) e movimento delle proteine motrici agganciate alla membrana

plasmatica, che cercano di camminare sulle fibre astrali verso le estremità negative per

avvicinare i poli verso la membrana (compensato dallo stretto legame alle fibre cromosomiche del

fuso da parte dei poli)

- le fibre mitotiche del fuso anche nella metafase sono altamente dinamiche perché si ha una

continua e lenta aggiunta di dimeri di tubulina all’estremità positiva e una continua e lenta

perdita all’estremità negativa: questo genera il treadmilling che consiste in continuo flusso di

dimeri di tubulina dall’estremitá positiva a quella negativa

Anafase

- tutta la tensione accumulata durante la metafase viene liberata nella transizione con l'anafase:

la connessione tra i cromatidi fratelli si interrompe per l’apertura improvvisa della coesina sui

centromeri e le fibre cromosomiche del fuso si accorciano trasportando i cromatidi verso i poli

opposti

- le fibre cromosomiche del fuso si accorciano improvvisamente per l'attivazione delle

depolimerasi del cinetocoro, che inducono processi catastrofici sui microtubuli comportando un

netto accorciamento dell'estremità positiva

- la separazione dei cromatidi fratelli nella transizione tra metafase e anafase è indotto da un

complesso proteico chiamato APC che ha un duplice ruolo, uno durante la transizione

metafase/anafase e uno alla fine della telofase per far uscire la cellula dalla mitosi; APC è una

ubiquitina ligasi che ha due bersagli molecolari diversi durante la mitosi in base al ruolo che

deve svolgere: quando si unisce alla proteina Cdc20 il complesso è attivo verso una proteina

chiamata securina che viene degradata, questa degradazione innesca una cascata molecolare di

eventi che porta al distacco della coesina dei cromatidi e quindi alla separazione dei cromatidi

fratelli; quando APC si lega alla proteina Cdh-1 si attiva verso le cicline mitotiche portando alla

loro degradazione che porta all’uscita dalla mitosi e all’entrata nella citodieresi

- quando uno o più cromosomi non sono ben allineati sulla piastra equatoriale esiste un

meccanismo di controllo che ritarda l’inizio dell’anafase: la principale proteina che media il

punto di controllo del fuso è Mad2, che è presente sui cinetocori non attaccati, e che lega

Cdc20 impedendole di legare APC; il complesso APC così è inattivo e in questo modo viene

inibita la progressione del ciclo cellulare; dopo che tutti i cinetocori sono attaccati alle fibre

del fuso Mad2 viene rilasciata permettendo la separazione dei cromatidi fratelli

Telofase

- la telofase è caratterizzata dalla decondensazione dei cromosomi, ora monocromatidici, dalla

riformazione dell’involucro nucleare e dal disassemblamento del fuso mitotico con la

riformazione del nucleoscheletro

- alla fine di questo processo la cellula ha due nuclei nello stesso citoplasma

- APC regola anche la transizione tra la mitosi e la fase G1: quando APC si lega a Cdh1 attivata

viene indirizzato verso le cicline mitotiche, che vengono poliubiquitinate e degradate, in questo

modo il complesso CDK1-ciclina B si inattiva, le lamine non vengono più fosforilate e si

riforma l’involucro nucleare; non viene più fosforilata neanche la condensina, e questo comporta

la decondensazione della cromatina

Citodieresi

- la citodieresi è eseguita grazie alla formazione di un solco nella zona equatoriale della cellula,

che si era formato durante l'ultima fase della telofase, che via via diventa sempre più profondo

fino a portare alla separazione dei citoplasmi

- questo solco si forma per la presenza di un anello contrattile formato da microfilamenti di

actina alternati a filamenti spessi di miosina; questo anello agisce in modo simile alla

contrazione muscolare, è saldamente legato alla membrana plasmatica, e contraendosi porta

alla separazione dei citoplasmi; l'assemblaggio di questo apparato contrattile é eseguito da una

piccola proteina G chiamata RhoA

- gli organuli cellulari vengono distribuiti in modo più o meno equo tra le due cellule figlie, con

un meccanismo non perfetto e abbastanza casuale; questo non risulta problematico perché le

cellule possono riformare gli organuli più carenti e quelli che mancano

MEIOSI

- la meiosi è il processo che sta alla base della riproduzione sessuata negli organismi diploidi,

come l'uomo: da cellule diploidi si ottengono cellule aploidi, che sono i gameti

- la particolarità di questo processo molecolare è che il numero dei cromosomi viene ridotto alla

metà, infatti è detto riduzionale

- la meiosi consiste in due divisioni nucleari successive che non sono separate da nessun'altra

interfase e che vengono chiamate meiosi I e meiosi II: la meiosi I è un processo riduzionale,

mentre la meiosi II è un processo equazionale

- essendo la meiosi un processo riduzionale, può avvenire solo in cellule diploidi, mentre possono

andare incontro a mitosi sia cellule aploidi che diploidi

- alla fine della meiosi si produrranno quattro cellule figlie, che sono geneticamente diverse tra

loro e dalla cellula madre, in quanto a tale processo è sempre correlata un’elevata variabilità

genetica

- sia meiosi I che meiosi II presentano la stessa suddivisione della mitosi, perciò si distinguono

la profase, la prometafase, la metafase, l’anafase e la telofase

la cromatina si condensa a formare i cromosomi; un evento che non accade

profase I → nella mitosi consiste nell’appaiamento dei cromosomi omologhi a formare

delle strutture bivalenti dette tetradi, in quanto formate da 4 cromatidi (il

senso di questo appaiamento consiste nel favorire un processo detto

crossing-over, ovvero lo scambio di pezzetti tra cromatidi non fratelli); si

verifica anche la formazione dell’aster e quindi del fuso meiotico; la profase

I può essere suddivisa in varie sottofasi, leptotene (i cromosomi si

condensano e appaiono come lunghi e sinuosi filamenti), zigotene (i

cromosomi vanno incontro a ispessimento e si orientano con la loro porzione

terminale verso un polo del nucleo, ovvero verso il punto in cui è collocato il

centrosoma, mentre le porzioni rimanenti del cromosoma si aprono a

ventaglio verso il centro del nucleo; questa forma facilita l'allineamento e

l'appaiamento dei cromosomi omologhi; tra le coppie di omologhi si inizia a

formare un sistema proteico detto sistema sinaptinemale), pachitene (i

cromosomi inspessiti si accorciano e il complesso sinaptinemale si estende

lungo tutta la lunghezza dei cromosomi o