Citologia e istologia

MITOSI

INTERFASE

Il ciclo cellulare è la serie di eventi che avvengono, in una cellula eucariote, tra una divisione cellulare e quella successiva.

Esso comprende due fasi essenziali: l’interfase e la fase di divisione cellulare (o fase M o fase della mitosi).

L’INTERFASE: è il periodo che va da una fase M ad un’altra divisione, e si possono distinguere tre fasi principali:

- Fase G1: (la fase tra la mitosi e la replicazione del DNA), è generalmente la più lunga, ed è caratterizzata da un momento

di intensa attività e di crescita.

In questo periodo la cellula raddoppia le proprie dimensioni e produce nuovi organelli, oltre ad enzimi necessari per la

duplicazione del DNA.

- Fase S: è appunto la fase caratterizzata dalla replicazione del DNA, dalla duplicazione dei centrosomi e dalla sintesi di

tutte le proteine accessorie necessarie per l’organizzazione strutturale della cromatina.

- Fase G2: (fase successiva alla replicazione del DNA seguita dalla mitosi), durante la quale la cellula continua a crescere ed

a sintetizzare proteine ed organelli in vista della successiva divisione.

REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE

Il ciclo cellulare, è altamente regolato dalla presenza di un vero e proprio sistema di controllo, il quale deve garantire che tutte le

attività nelle diverse fasi, siano portate a termine a tempo dovuto e in modo corretto, inoltre blocca la progressione del ciclo se

tutte le attività della fase precedente non sono state completate.

La progressione del ciclo, dipende fortemente da diversi segnali, che possono essere: interni in quei casi in cui si riscontrano

condizioni rischiose (come ad es. insufficienti livelli di nutrienti, danni del DNA ecc.).

E segnali esterni provenienti da proteine presenti nell’ambiente extracellulare, chiamate mitogeni o fattori di crescita che

agiscono sulla proliferazione e la crescita delle cellule.

I segnali interni ed esterni, che regolano il ciclo cellulare agiscono su determinati punti di controllo detti anche checkpoint.

Ogni fase presenta un proprio punto di controllo, tra questi possiamo ricordare:

- Punto di controllo G1 o (START): posto alla fine della fase G1 e poco prima della fase S, che garantisce che la cellula

abbia i necessari fattori di crescita, nutrienti ed enzimi per sintetizzare il DNA.

In assenza dei segnali corretti che indicano che la cellula è pronta a procedere, il punto di controllo ne impedisce

l’ingresso.

Le cellule che superano il punto di controllo entrano in fase S, mentre quelle che non lo superano, entrano in fase G0 e vi

restano per periodi di tempo variabili, in attesa di un segnale che permetta loro di rientrare in G1.

- Punto di controllo G2: che si trova al confine tra la fase G2 e la fase M, determinante appunto per decidere se la cellula

può entrare in mitosi.

Questo punto di controllo garantisce che la replicazione del DNA sia avvenuta in modo corretto; se una cellula presenta

DNA danneggiato, non completamente o non correttamente replicato, il punto di controllo G2 impedisce il passaggio

verso la fase M.

- Punto di controllo del fuso mitotico: che assicura che tutti i cromosomi vengano separati, in quanto impedisce l’inizio

dell’anafase se i cinetocori non sono tutti correttamente attaccati alle fibre del fuso a livello del piano equatoriale della

cellula.

La complessiva progressione di tutto il ciclo cellulare, è regolata da una famiglia di proteine citoplasmatiche differenti chiamate

cicline.

Ognuna di queste cicline, interviene durante le diverse fasi del ciclo cellulare attivando una o più specifiche proteine chinasi

(chiamate anche CDK ovvero chinasi ciclino-dipendenti).

Ogni CDK attivata, agisce fosforilando e quindi attivando, enzimi ed altre proteine richieste per lo svolgimento di funzioni

specifiche di ogni fase.

La ciclina che controlla tutte queste attività, verrà poi ubiquitinata e rimossa rapidamente dai proteasomi nel momento in cui la

fase viene completata, e una nuova ciclina verrà coinvolta per promuovere l’attività della fase successiva.

In questo modo, le attività cellulari vengono regolate e coordinate con le diverse fasi del ciclo.

MITOSI

Al termine dell’interfase, se la cella ha superato i vari punti di controllo, vuol dire che è sufficientemente grande e possiede un

corredo cromosomico duplicato ed è pronta per dividersi affrontando la fase M o mitotica, che in genere comprende sia la

divisione cellulare (mitosi), sia la divisione citoplasmatica (citochinesi).

La mitosi può essere divisa in 5 fasi: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase.

PROFASE: durante questa fase, il nucleolo scompare e la cromatina duplicata si spiralizza rendendo visibili i cromosomi, che si

presentano come strutture filiformi, ciascuno costituito da due cromatidi fratelli, tenuti insieme dal centromero e per tutta la

loro lunghezza da complessi proteici chiamati coesine le quali formano degli anelli che circondano i cromatidi tenendoli vicini.

I due centrosomi contenenti le coppie di centrioli duplicate, formano dei microtubuli chiamati fibre interpolari, che si spostano

verso il centro della cellula, dove incontreranno le fibre dell’altro centrosoma e iniziano in questo modo a crescere spingendo

l’uno contro l’altro permettendo così il distacco dei due centrosomi e la loro migrazione verso i poli opposti della cellula.

Mentre i due centrosomi si allontanano inoltre, la regione compresa tra essi si riempie di microtubuli in crescita, formando

un’ampia massa chiamata fuso precoce, dal quale si originerà il fuso mitotico.

Arrivati ai poli, dai centrosomi parte un’altra classe di microtubuli chiamati microtubuli astrali, che formeranno l’aster (forma di

stella) con il quale si ancorano alla membrana della cellula.

PROMETAFASE: durante questa fase la membrana nucleare interna e le lamìne della lamina nucleare che si trova in

continuazione con essa, vengono fosforilate determinando il disassemblaggio della lamina nucleare e dei complessi del poro, che

si riorganizzano in vescicole delimitate da membrana disperse nel citoplasma.

Inoltre durante questa fase, su ogni cromatidio a livello del centromero, si organizza definitivamente la struttura proteica

chiamata cinetocore, con la quale si attaccano ad altri microtubuli che partono sempre dai centrosomi (che prendono il nome di

microtubuli del cinetocore), i quali mediante proteine motrici inducono un movimento agitato dei cromosomi spostandoli così

verso il centro della cellula.

METAFASE: durante questa fase i cromosomi si condensano ulteriormente e mediante i loro complessi proteici chiamati

cinetocori attaccati ai (microtubuli del cinetocore), una volta essersi spostati al centro della cellula, si allineano lungo il piano

equatoriale a metà tra i due poli, formando così la piastra metafasica.

L’insieme delle fibre interpolari, dei microtubuli dell’aster e quelli del cinetocore danno vita al fuso mitotico.

ANAFASE: durante questa fase i cromatidi fratelli di ogni cromosoma, si separano.

All’inizio dell’anafase in particolare un enzima chiamato separasi, si stacca dalla sua molecola regolatrice chiamata securina (che

ha il compito di inibirne gli effetti), e in questo modo, essa si attiva e degrada le coesine causando la separazione dei cromatidi

fratelli.

In seguito questi cromatidi fratelli ormai separati, migrano verso i poli opposti della cellula mediante i microtubuli del

cinetocore.

Il movimento vero è proprio è permesso da un complesso enzimatico che si associa al centromero: composto da dineine che

sono delle proteine motrici che permettono al cromosoma di camminare lungo il microtubulo e dalle catastrofine che invece lo

dissolvono mano a mano che i cromosomi si muovono.

Quindi in sostanza mentre i cromosomi grazie all’azione delle dineine si muovono lungo il microtubulo del cinetocore

avvicinandosi verso i poli, contemporaneamente le catastrofine mano a mano distruggono il microtubulo che rimane dietro al

cromosoma.

Nella tarda anafase inoltre, le fibre interpolari effettuano un’altra fase di allungamento, che determina ovviamente un

allungamento della cellula e un ulteriore allontanamento dei due poli.

TELOFASE: durante questa fase appunto il fuso mitotico si disgrega, si vengono a formare i nucleoli, i cromosomi ormai presenti

ai poli opposti si despiralizzano e attorno ad essi si raccolgono le vescicole che si erano formate durante la prometafase, le quali

si fondono formando due nuovi involucri.

CITOCHINESI: La telofase si conclude con la citochinesi, con la quale la cellula si divide al centro formando due cellule figlie

identiche alla cellula madre ma più piccole.

Questo avviene grazie ad un anello composto da filamenti di actina (anello contrattile) creatosi al centro della cellula madre al di

sotto della membrana plasmatica.

Sparsi tra i filamenti di actina, sono presenti anche corti filamenti di miosina II; la forza generata dallo scorrimento dei filamenti

di actina su quelli di miosina crea una vera e propria contrazione, che stringe la cellula al centro creando un solco di clivaggio che

si approfonda sempre più dividendo infine il citoplasma in due cellule figlie, ciascuna avente un proprio nucleo; a questo punto

proteine specializzate operano la fusione e le due cellule si separano completamente.

MEIOSI

È un processo di divisione cellulare che si svolge nelle gonadi e porta alla formazione dei gameti (cellule uovo e spermatozoi).

La meiosi in particolare è un processo di divisione di una cellula parentale diploide che porta alla formazione di 4 cellule aploidi,

le quali conterranno un solo membro della coppia di cromosomi omologhi presenti nella cellula parentale diploide.

Tutti questi processi, avvengono mediante due cicli sequenziali di divisione chiamati meiosi I e meiosi II; di cui solo il primo è

preceduto da replicazione del DNA. MEIOSI I

La prima divisione meiotica o meiosi I è chiamata riduzionale poiché da una cellula diploide (2n) si generano due cellule aploidi

(dal punto di vista informazionale), ma ancora formate da cromosomi costituiti da due cromatidi.

Nell’uomo sono presenti 22 coppie di cromosomi omologhi non sessuali e una coppia di cromosomi omologhi sessuali.

Cromosoma omologo: contengono le stesse informazioni ma sono stati ereditati da genitori diversi.

INTERFASE: è uguale a quella della mitosi, infatti durante questa fase la cellula provvederà alla duplicazione di tutte le strutture

cellulari compreso il DNA.

In questo modo ciascun cromosoma sarà costituito da 2 molecole di DNA identiche chiamate cromatidi fratelli.

PROFASE I: è uguale alla mitosi ma differisce per gli eventi che riguardano i cromosomi; può essere suddivisa in 5 parti:

- Leptotene: È la sotto-fase in cui i cromosomi appaiono come filamenti lunghi e sottili.

Durante questa fase mediante l’azione di un endonucleasi si verifica una rottura della doppia elica, la quale porta alla

formazione di regioni a singolo filamento es