Appunti di Biologia Generale e Cellulare

Analisi quantitativa del contenuto di DNA nelle cellule

Consente di analizzare quantitativamente il contenuto di DNA di ogni cellula di una popolazione; le cellule sono trattate con un colorante che si lega al DNA e lo colora, quindi la quantità di colorante osservata è proporzionale a quella di DNA. Osservando la quantità relativa di DNA è possibile realizzare un grafico e identificare le cellule nelle loro diverse fasi.

Gli scienziati Hartwell, Hunt e Nurse nel 2001 vinsero il Nobel per i loro studi condotti sui complessi ciclina - CdK; condussero degli studi su alcuni lieviti trattati con agenti mutageni, al fine di ottenere mutanti (difettivi, con il ciclo bloccato in un determinato punto). In particolare isolarono dei mutanti termosensibili, che manifestavano la mutazione solo oltre certe temperature. È stato così possibile studiarne il ciclo cellulare e concludere che le proteine e i meccanismi che lo regolano all'interno del lievito sono conservati nell'uomo.

13. Mitosi

Il processo di divisione nucleare in cui due cromatidi identici, costituenti un cromosoma, vengono separati per dare origine a due nuclei, ognuno con una copia di ciascun cromosoma. La divisione è equazionale, ossia le due cellule figlie sono geneticamente identiche tra loro e alla cellula madre (nonostante l'uguaglianza genetica i destini delle cellule possono tuttavia essere diversi).

La cromatina, ossia la forma in cui gli acidi nucleici si trovano nella cellula, assume in mitosi la sua massima condensazione. L'unità fondamentale della cromatina è il nucleosoma, che presenta un core proteico costituito da 8 proteine istoniche attorno a cui si avvolge il DNA.

Il cromosoma mitotico è costituito da 2 cromatidi fratelli identici tra loro, alle cui estremità vi sono i telomeri che si accorciano progressivamente (fatta eccezione per la linea germinale, nella quale si ricostituiscono continuamente grazie alla telomerasi). I cromatidi sono associati e

Tenuti insieme dalle proteine coesina e condensina e si uniscono a livello del centromero, costituito da una sequenza centromerica in grado di reclutare delle proteine particolari che consentono l'unione dei cromatidi e, in mitosi, il legame ai microtubuli (è una costrizione primaria).

Si definisce cariotipo l'assetto cromosomico tipico di ciascuna specie (nell'uomo comprende 23 coppie di cromosomi, di cui 22 autosomi e una coppia di cromosomi sessuali). Una sua analisi macroscopica consente il rilevamento della presenza di anomalie cromosomiche grosse.

Le coppie di cromosomi sono formate da cromosomi omologhi, ossia che portano la stessa serie di geni; di essi uno è materno e uno paterno.

Fasi della mitosi:

La mitosi è preceduta dall'interfase, che comprende le fasi G1, S e G2 del ciclo cellulare.

Profase: avviene la condensazione dei cromosomi e la formazione degli aster (agglomerati di microtubuli); nelle cellule animali si assiste alla scomparsa

del nucleolo. I centrosomi (materiale granulare vicino al nucleo e centro di organizzazione e assemblaggio dei microtubuli) si distanziano e iniziano a formare le fibre del fuso (i microtubuli che costituiscono il citoscheletro si dissociano e la tubulina viene utilizzata per formare le fibre del fuso).

Prometafase: ha inizio la frammentazione dell'involucro nucleare, grazie a cui i microtubuli del fuso entrano nell'area nucleare e possono venire a contatto con i cromosomi (costituiti ancora da 2 cromatidi accoppiati) a livello del centromero. Il centromero recluta delle proteine che formano il cinetocore, costituito da un insieme di proteine in grado di associarsi ai cromosomi; ogni cromosoma ha 2 cinetocori, uno per lato del centromero e associato a uno dei due cromatidi. Il cinetocore lega quindi i microtubuli agganciandovi i cromosomi e avviando il processo di congressione (spostamento dei cromosomi verso il centro della cellula).

Metafase: allineamento dei cromosomi, che hanno

Raggiunto la massima condensazione, sulla piastra metafasica. Vengono posti perpendicolarmente alle fibre del fuso e sono legati ai microtubuli grazie al cinetocore. I microtubuli presenti possono essere: del cinetocore, contattano direttamente i cromosomi; polari, contattano altri microtubuli e hanno la funzione di dare struttura al fuso mitotico; astrali, formano gli aster.

Anafase: avviene la separazione dei cromatidi fratelli, chiamati ora cromosomi pur essendo singoli, che migrano ai poli (sono 46 per la cellula umana); la fase, che è la più breve della mitosi, è completa quando i cromosomi raggiungono i poli (è divisibile in due fasi: la fase A, in cui i cromosomi sono "trainati" ai poli, e la fase B, in cui i poli del fuso iniziano ad allontanarsi tra loro).

Telofase: si forma l'involucro nucleare attorno ai due corredi cromosomici, la cromatina si decondensa (torna ad avere regioni eucromatiche ed eterocromatiche), si ricostituiscono due

nucleoli (uno per ogni cellula figlia) e il fuso si disgrega. Nell'anafase e telofase i movimenti cromosomici sono resi possibili da delle proteine motrici che lavorano alle estremità dei microtubuli. Avviene infine la citochinesi, ossia la separazione fisica vera e propria, dove dei filamenti di actina e miosina formano un anello contrattile che consente il crearsi di una strozzatura (solco di divisione) che porta alla nascita di due cellule figlie. Per questo processo è molto importante la porzione centrale del fuso (ormai disgregato), in quanto il suo centro segnala il punto in cui la cellula dovrà dividersi. La citochinesi non è necessariamente legata alla mitosi, può anche non avvenire immediatamente conclusa la mitosi o addirittura non avvenire affatto; in quest'ultimo caso si assiste a delle cellule multinucleate, chiamate sincizi, che possono mantenere questa condizione temporaneamente o permanentemente. La divisione può anche essere asimmetrica,

14. Tumori

I tumori sono di malfunzionamenti del ciclo cellulare: in presenza di alterazioni dei meccanismi di controllo dell'acrescita cellulare è possibile avere una proliferazione incontrollata delle cellule.

Sono distinti in benigni e maligni: i primi sono masse localizzate ben circoscritte che non invadono altri tessuti, mentre i secondi invadono i tessuti circostanti e possono dare localizzazioni a distanza (metastasi).

Le cellule tumorali non sono in grado di interrompere volontariamente il

Il ciclo cellulare è il processo attraverso il quale una cellula si divide e si riproduce. Durante il ciclo cellulare, le cellule passano attraverso diverse fasi, tra cui la fase G0, in cui le cellule si trovano in uno stato di riposo e non si dividono attivamente. Durante questa fase, le cellule non risentono di inibizione da contatto.

Le cellule sane possono essere messe in coltura per un numero finito di passaggi, poiché alla lunga vanno incontro a senescenza, un processo di invecchiamento spesso causato dall'accorciamento dei telomeri. Le cellule tumorali, invece, possono essere tenute in coltura all'infinito, poiché spesso (ma non sempre) tra le mutazioni che le caratterizzano vi è la riattivazione della telomerasi.

Ma perché e come si forma un tumore? Un tumore è causato da più mutazioni di geni coinvolti nel controllo della proliferazione cellulare. È importante sottolineare che non tutte le mutazioni causano tumori, solo alcune mutazioni vantaggiose. Queste mutazioni possono essere causate da errori della DNA polimerasi o da danni al DNA non riparati, causati da agenti mutageni. La mutazione conferisce a una cellula una capacità di proliferare maggiore rispetto alle altre, riducendo il tempo di duplicazione e conferendole un vantaggio selettivo.

Si forma perciò una popolazione di cellule avvantaggiate e può succedere che, dato che hanno un tempo di replicazione minore, siano soggette a successive mutazioni. È sufficiente che una delle cellule avvantaggiate presenti una mutazione nuovamente vantaggiosa che le consenta di proliferare più velocemente, così da dare origine a un clone sempre più grande (la cellula prende il sopravvento).

A questo punto sono possibili altre successive mutazioni all'interno del clone e il processo si ripete (in genere sono necessarie almeno 3 mutazioni).

Se una cellula tumorale è benigna, le mutazioni determinano solo la capacità di crescere velocemente; se è maligna, acquisisce la capacità di invadere altri tessuti.

Le cellule tumorali sono in grado di produrre fattori di crescita che possono agire in maniera autocrina, stimolando la proliferazione.

I tumori si sviluppano, in genere, in tarda età in quanto il trascorrere del

tempo aumenta la probabilità delle cellule disubire mutazioni; tuttavia esistono mutazioni presenti dalla nascita che aumentano la suscettibilità del soggetto aitumori.

15. Meiosi

La meiosi consente la gametogenesi, ossia la generazione di gameti, dalla cui unione avviene la fecondazione che dàorigine a uno zigote. I gameti sono cellule aploidi, con 23 cromosomi; quelle somatiche sono invece diploidi econtengono un corredo di 46 cromosomi.

La meiosi è riscontrata solo in eucarioti a riproduzione sessuata con un numero diploide di cromosomi, sono infatti solole cellule germinali (diploidi) ad andare incontro a meiosi.

Le cellule germinali hanno un ciclo cellulare che, come per le cellule che vanno incontro a mitosi, inizia con le fasi G1,S e G2 (interfase); tuttavia, queste cellule subiscono due divisioni cellulari, tra le quali non è prevista un’interfase,chiamate meiosi I e meiosi II. Le due divisioni portano ad avere 4 gameti.

La meiosi I è

Detta riduzionale, in quanto riduce il numero di cromosomi da diploide ad aploide; la meiosi II è invece equazionale poiché il numero di cromosomi non varia.

Meiosi I

La meiosi I è suddivisa a sua volta in 4 fasi, delle quali la più importante è la profase I.

Profase I: a sua volta suddivisa in 5 fasi, è complessa e laboriosa e quindi può richiedere molto tempo. La prima fase, il leptotene, prevede la condensazione della cromatina; successivamente, nello zigotene, i cromosomi omologhi iniziano a riconoscersi in punti particolari e si ha poi l'appaiamento completo di tutte le parti del cromosoma, ottenendo una tetrade unita dal complesso sinaptinemale (una struttura proteica, una sorta di "sinapsi" che unisce i cromosomi omologhi).

Nel pachitene, la terza fase, può avere luogo il crossing over, che avviene solo a sinapsi completa. Esso consente lo scambio di DNA, e quindi la ricombinazione genica, tra cromatidi omologhi;