Biologia animale 5

CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE:

La cellula è in grado di rispondere in modo

adeguato a segnali esterni e per questo

entra nel ciclo cellulare. La cellula grazie

all’attivazione di una serie di enzimi e

proteine si assicura che ogni fase del ciclo

sia stata completata correttamente prima

che inizi la successiva.

Vi sono 3 punti di controllo CHECK-

POINTS in corrispondenza del passaggio

di fase: interviene un meccanismo di

controllo per vedere se tutto va bene. Se

tutto è corretto questi enzimi e proteine

vengono disattivati perché sono tipici di

quel passaggio e si forma un complesso proteico che spinge la cellula nella fase successiva.

L'identificazione del fattore MPF. Utilizzando oociti di rana (Xenopus laevis), è stato possibile

dimostrare che la maturazione dell'oocita e l'ingresso in meiosi richiede la produzione di un

fattore citoplasmatico indotto dal progesterone. In assenza di progesterone gli oociti di rana

non possono iniziare la meiosi. L'aggiunta del progesterone induce la maturazione dell'oocita e

la meiosi. Prelevando citoplasma da un oocita di rana indotto a maturare con il trattamento con

progesterone ed inoculandolo con una micropipetta in un oocita di rana non trattato con

progesterone, si osserva che anche l'oocita non trattato con progesterone può iniziare il

processo di maturazione ed entrare in meiosi. Il progesterone induce il FATTORE CHE

PROMUOVE LA MATURAZIONE MPF.

MPF è un complesso di due proteine: CICLINA e CDK (chinasi ciclina dipendente). La ciclina non

ha attività enzimatica propria ma è importante in quanto si associa alla CDK (una chinasi) che si

attiva e va a fosforilare proteine bersaglio ovvero quelle proteine coinvolte nella fase successiva

del ciclo cellulare. Le cicline costituiscono le subunità regolatrici. È un complesso eterodimerico:

ciclina che è la sub unità regolatrice che attiva l’altra.

Il complesso MPF (ciclina/Cdk ciclina-chinasi ciclina dipendente) controlla il passaggio della

cellula da una fase a quella successiva del ciclo cellulare.

Regolazione dell’attività dei complessi CDK/CICLINA:

- Fosforilazione/defosforilazione CdK

- Sintesi e proteolisi delle cicline

La ciclina è sintetizzata prima del passaggio da una fase all’altra, quando la cellula ha superato

il punto di controllo ed è entrata nella fase successiva, la ciclina viene degradata. 118

PUNTO DI CONTROLLO G2/M

A fine G2 una ciclina detta ciclina-Mitotica (o B) si lega alla

sua CDK (detta qui CDK1) nel complesso M-CDK1 che subisce

fosforilazione: di cui tutti tranne un P sono inibitori. Una

fosfatasi toglie tutti e due i P inibitori lasciando solo

l’attivatore. Ora la chinasi ciclina dipendente è attiva e

fosforilizza proteine importanti per la mitosi, inattiva quella

che la inibiscono. MPF che promuove la divisione.

I complessi la ciclina-Cdk sono inattivati da proteolisi regolata

da cicline che vengono degradate tramite meccanismo

dipendente da UBIQUITINA (Un complesso enzimatico

attivato riconosce sequenze specifiche di a.acidi sulla

ciclina e attacca copie multiple di ubiquitina, marcando la

proteina per la distruzione completa nei proteasomi. Due

ubiquitina ligasi sono importanti nella distruzione delle

cicline e di altri regolatori del ciclo cellulare) e le CDK non

vengono degradate ma solo defosforilata, vengono

riciclate e non riformate come le cicline. Le CDK sono

sempre presenti nelle cellule ma si attivano solo quando

legati alle cicline. La contrazione di cicline nella cellula

varia periodicamente in maniera ciclica. La ciclina degradata viene ubiquitinata. L’ubiquitina

porta la proteina al proteosoma che la degrada. Controllato: dimensioni della cellula,

completamento della replicazione di DNA, della qualità del DNA.

Alla fine della fase G2. Il complesso CDK-ciclina mitotiche B attiva: - fosforilazione delle

condensine -> condensazione della cromatina – fosforilazione delle lamine e di proteine della

membrana e dei pori nucleari ->degradazione dell’involucro nucleare – fosforilazione di proteine

dell’apparato di Golgi ->frammentazione dell’apparato di Golgi – fosforilazione di componenti del

citoscheletro e di proteine del centrosoma ->formazione del fuso mitotico.

PUNTO DI CONTROLLO G1-S (P53)

Il passaggio G1->S è promosso da ciclina-D (o detta G1) legata alla CDK4 o CDK6.

L’attività di CDK durante la G1 precoce è bassa, il che promuove la formazione di complessi di

prerepliaczione. A metà della fase G1, CDK 4 o CDK 6 si legano alla ciclina-D. Tra i substrati di

queste CDK c’è un’importate proteina regolatrice retinoplastoma (RB) la cui fosforilazione porta

alla trascrizione di geni che codificano per le cicline-E

(o G1-s) e cicline-A, e le proteine coinvolte nella

replicazione. Il passaggio G1->S è guidato dall’attività

dei complessi ciclina E-CDK2 con degradazione del

complesso ciclina D-CDK4/6. E’ controllata la

dimensione della cellula, la presenza di nutrienti, di

fattori di crescita, la presenza di danni al DNA.

Il passaggio S->G2 è promosso e guidato dalla ciclina-A

legata a CDK2 con degradazione della

Ciclina-E. Si va ad attivare le proteine della duplicazione

del DNA e dei centrioli. 119

Per il passaggio G2->M, si ottiene per degradazione della ciclina-A ed è guidato dal complesso

che si forma tra ciclina-B (o M)-CDK1 che attiva Il TERZO PUNTO DI CONTROLLO che è un

complesso enzimatico che promuove l’anafase della mitosi APC; è diverso dai primi due. Controlla

l’assemblaggio del fuso attaccato ai cromosomi.

LE CHINASI CICLINA-DIPENDENTI CDK

• Le cellule eucariotiche formano 4 principali complessi ciclina-CdK

• G1-CdK2: promuove il passaggio della cellula dalla fase G1 alla fase S (Ciclina D)

• G1/S-CdK2: prepara la cellula ad iniziare la replicazione del DNA (Ciclina E)

• S-CdK: avvia la replicazione del DNA (Ciclina A)

• M-CdK: (Ciclina B) promuove la mitosi e attiva il complesso enzimatico che promuove l’anafase

(APC) alla fine della metafase. L’ APC degrada le Proteine, che tengono uniti i cromatidi fratelli

che si separano.

FATTORI DI CRESCITA: Molecole proteiche che stimolano la divisione e la crescita cellulare

Agiscono attraverso l’interazione con recettori della membrana plasmatica, quindi agiscono solo

su cellule bersaglio. Essi possono indurre le cellule quiescenti in G0 a dividersi rientrando nel

ciclo cellulare dal punto di restrizione, inducendo la sintesi di cicline D tramite la cascata di

segnali Ras/Raf/MEK/ERK.

Quando tutto è silente il fattore di trascrizione è bloccato dalla proteina detta retinoplastoma

Rb. Quando si forma il complesso della ciclinaD-CDK, la chinasi CDK fosforilizza il Rb che

fosforilato si stacca dal fattore di trascrizione che diventa attivo e trascrive i geni delle

proteine necessari nella fase S del ciclo cellulare. Il rb se mutato è un tumore: non è capace di

stare legato al fattore di trascrizione che sarà sempre attivo e sintetizza proteine per entrare

nella fase S. La cellula continua a proliferare anche se malata.

MECCANISMI DI BLOCCO DEL CICLO CELLULARE

I meccanismi messi in atto dalla cellula:

-sintesi di proteine che bloccano l’attività chinasica del complesso ciclina-CDK.

-sintesi di proteine che inibiscono geni fondamentali nel ciclo cellulare (proteine che inibiscono

la sintesi delle cicline che non vengono più sintetizzate)

-sintesi di proteine che trascrivono geni che portano la cellula all’apoptosi.

Mutazioni a carico di questi geni danno origine ad anomalie del ciclo cellulare -> Tumori

P53 (GUARDIANO DEL GENOMA) chiamato così per il suo peso molecolare di 53 kg-dalton:

controlla che non ci siano danni al DNA. Agisce sia tra la G1 e S e dopo la sintesi del DNA. Se

ho DNA danneggiato, e non è stato riparato tutte le cellule che si formeranno avranno DNA

danneggiato. La cellula è meglio che non prolifera, bisogna bloccare il ciclo. Quando una cellula

presenta danni al DNA aumentano i livelli di P53 che ha due meccanismi di azione:

-blocca il ciclo cellulare portando alla trascrizione di P21 che inibisce la CDK-ciclina legandosi.

La cellula non prolifera più. Meccanismo più VELOCE.

- è in grado di mandare la cellula incontro a morte per apoptosi regolando la sintesi di altre

proteine che portano la cellula incontro a morte cellulare.

Nelle cellule tumorali la P53 è mutata. Nelle cellule tumorali non solo il DNA è danneggiato, ma

è mutata la proteina che normalmente interviene per bloccare le cellule con DNA danneggiato.

La cellula cosi fatta continua a proliferare. 120

MITOSI

NON è da confondere con la fase M!! La fase M è costituita da mitosi + citochineresi. La mitosi

è la prima fase della fase M in cui il DNA che la cellula madre aveva duplicato viene diviso in

due nuclei di due cellule figlie che cosi ricevono lo stesso numero di cromosomi che è uguale

numero di cromosomi della cellula madre. Parliamo di organismi eucarioti che possono essere uni

o pluricellulari. Negli unicellulari si ricorre a mitosi per produrre nuovi organismi identici alla

madre, consente la diretta propagazione della specie. Nei pluricellulari la mitosi seguita da

citochinesi quindi la divisione cellulare avviene per aumentare il numero delle cellule che saranno

uguali a quella madre (come nella vita embrionale, l’accrescimento o in un tessuto adulto in cui

cellule vanno incontro a morte e altre dovranno sostituirle. Nei tessuti di un organismo adulto

sono molteplici le duplicazioni cellulari. Si pensi al tratto intestinale).

La cellula nella fase S duplica i cromosomi che da 2n (23 coppie di cromosomi a singolo

filamento/cromatidi per noi 23 mamma e 23 papà), passano a 4n (46 coppie di cromosomi a unico

filamento/cromatidi che sono saldamente legate a formare il cromosoma metafasico). Cellula

somatica ha un corredo cromosomico doppio: 2C (C numero della serie singola dei cromosomi.

Noi C=23). Nelle cellule somatiche abbiamo 23 coppie di cromosomi. Ogni cellula figlia prodotta

da mitosi ha 23 coppie di cromosomi. La mitosi è una divisione equazionale: per distinguerla

dalla divisione meiotica detta riduzionale (perché da una cellula madre che contiene 23 coppie

di cromosomi se ne ottengono 4 aploidi con una serie singola di 23 cromosomi). Si formano due

figlie identiche sia geneticamente che morfologicamente tra loro e la cellula madre. Durante

la mitosi la cellula sospende la maggior parte delle sue attività metaboliche. È associata alla

citodieresi o citochinesi ovvero il processo che comporta la divisione del citoplasma in due parti

uguali.

Diverse fase della mitosi:

-PROFASE

-PROMETAFASE

-METAFASE:

-ANAFASE: ogni cromo