Biologia della cellula ferrari

IL CICLO CELLULARE

Per ciclo celllare s’intende quel processo che porta alla formazione di due cellule figlie da una singola

cellula madre con relativa duplicazione del DNA e suddivisione degli organuli cellulari.

L’intero ciclo cellulare dura in media 24h, è formato mitosi

(suddivisione nucleare), citodieresi (separazione cellulare) che

durano in media 1h e l’interfase. L’interfase è suddivisa in tre fasi distinte: G1, S

e G2. La fase G1 dura in media 11 h e si ha il raddoppiamento del

vulume cellulare dovuto alla trascizione massiccia di tutte le proteine

che serviranno della fase S dove avviene da replicazione del

DNA. La Fase G2 è una fase di controllo prima di attuare la

mitosi. L’inizio del ciclo cellulare è stimolato da fattori di crescita

che stimolano la via di trasduzione del segnale Ras/Map chinasi

per la trascrizione dei geni ciclorelati (c-myc, c-fos e c-jun).

Regolazione del ciclo cellulare

Le prime proteine coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare sono chiamate

cicline, in quanto sintesi, fosforilazione e degradazione di queste proteine avevano un

andamento variabile, legato all’avanzare del ciclo cellulare. Oggi questo nome viene dato a proteine che

presentano un dominio aminoacidico noto come “cyclin box”, responsabile del legame specifico delle cicline ai loro

substrati ed inibitori . Le cicline sono caratterizzate in genere da una breve emivita (circa

20 minuti), mentre la loro sintesi e degradazione (proteasoma-dipendente) `e strettamente legata

alle fasi del ciclo cellulare. Attraverso il dominio “cyclin box” le cicline formano complessi eterodimerici

con una classe di serina/treonina (Ser/Thr) chinasi dette chinasi ciclina-dipendenti (CDK), in quanto la loro

attività catalitica dipende appunto dal legame con le cicline. Questo legame può non essere

altamente specifico: infatti, mentre la ciclina E lega solo CDK2 e la ciclina B solo CDK1,

le cicline D possono legare le CDK2, 4, 6, mentre la ciclina A lega sia CDK2 che CDK1. Le CDK sono

generalmente più abbondanti delle cicline ed il loro livello è molto più stabile durante tutto il ciclo

cellulare. I complessi ciclina-CDK vengono attivati dalla fosforilazione di un residuo Thr nelle CDK

altamente conservato e che diviene disponibile per la fosforilazione solo a seguito del legame con

la ciclina. La fosforilazione delle CDK dipende dalla

CAK (Cyclin Activating Kinase) che viene espressa

a livello costante durante le diverse fasi del ciclo cellulare,

essendo necessaria all’attivazione

degli altri complessi ciclina-CDK. L’inattivazione dei

complessi ciclina-CDK avviene attraverso la

fosforilazione di due residui adiacenti, treonina e

tirosina , mediata dalle chinasi Wee1. L’attività

delle chinasi ciclina-dipendenti, e dunque la

progressione nel ciclo cellulare, viene regolata negativamente da alcune proteine che agiscono

inibendo l’attività enzimatica delle CDK e sono pertanto collettivamente note come CKI (CDK-Inibitori). Questi inibitori

possono essere suddivisi in due famiglie principali: la famiglia INK4, di cui fa parte, p16 e la famiglia CIP/KIP, di cui fan parte

p21, p27, p57. Le due famiglie di CKI agiscono in maniera differente su target diversi: gli INK4 agiscono tutti sulle CDK4 e 6,

spiazzando in modo competitivo la ciclina D, invece i CIP/KIP possono inibire tutti i complessi ciclina-CDK della fase G1 e S

in maniera non competitiva formando un complesso ternario ciclina-CDK-CKI.

Fase G1

Nella fase G1 abbiamo una concentrazione elevata di cicline D legate a Cdk4 e Cdk6. La ciclina D

integra la risposta proliferativa a segnali mitotici di differente origine promuovendo la fosforilazione da parte delle

CDK4 e 6 dell’oncosoppressore RB, il quale nel suo stato non-fosforilato impedisce la

progressione alla fase S sequestrando i membri della famiglia di fattori di trascrizione E2F ad

azione attivatoria, dai quali dipende la trascrizione di diversi geni necessari all’ingresso nella

fase S ed alla replicazione del DNA. Tra i geni bersaglio di E2F vi è anche la ciclina E, la cui

sintesi potenzia la fosforilazione di RB, inizialmente mediata dalla sola ciclina D, creando un loop positivo su RB per cui ad un

dato momento la quota di E2F che si dissocia da RB iperfosforilato è tale da permettere l’ingresso della cellula in fase S, fase

in cui RB è mantenuta nello stato iperfosforilato dai complessi CDK2-cilcina A (anch’essa bersaglio di E2F). RB è codificato

dal gene RB1, localizzato sul braccio lungo del cromosoma 13 che è un oncosoppressore che lo si ritrova mutato o deleto in

un’ampia gamma di neoplasie1.

Transizione G1/S

Il gene che codifica per p53 si trova sul cromosoma 17 ed è uno dei geni più frequentemente mutati nei tumori

umani1. L’oncosoppressore p53 è un fattore trascrizionale localizzato quasi esclusivamente a livello

nucleoplasmatico, dove lega il DNA organizzandosi in complessi omotetramerici. In normali condizioni di crescita i

livelli di p53 sono mantenuti bassi da un’elevata attività di degradazione proteasoma-dipendente mediata da

parte di diverse E3 ubiquitin-ligasi. A seguito di stress cellulari di varia natura, le diverse risposte cellulari

convergono nello stabilizzare p53 inibendone la degrada-zione. Di seguito p53 attiva la sintesi dei propri

geni bersaglio, connessi all’arresto del ciclo cellulare, al riparo del genoma ed alla morte cellulare

programmata (nel caso in cui la cellula sia danneggiata irreparabilmente). Attraverso i suoi geni bersaglio, p53 svolge

un’azione di controllo sia sulla transizione di fase G1/S che su quella G2/M. L’arresto del ciclo cellulare è dovuto

all’azione di p21 che può legare le cicline D impedendo la fosforilazione di RB e quindi la trascrizione delle

cicline E e A. Inoltre p21 si va a legare alla DNA polimerasi bloccando la

subunità δ che non riconosce più i promotori. Se viene bloccata il ciclo

cellulare la cellula può andare in quiescenza, apoptosi o in

differenziamento.

Fase S

In fase S viene riconosciuto ORC origin recognitian complex durante la fase G1 cdc6 cdt1 e mcm si

assemblano in orc per formare il complesso pre replicativo. Mcm è un elicasi che apre il DNA.

Per tutta la fase G1 il livello di Cicline B tiene in posizione il pre-complesso. Una volta in S le

Ckd1 fosforilano Cdc6 e Cdt1 che si distaccano tenere una fosforilazione su mcm

consente a quanta subunità di esplicare la sua funzione assieme alla DNA polimerasi. I

complessi ciclina B-cdk1 (MPF) restano attivi per tutta la fase G2 e mantengono fosforilati i

fattore d’inizio della replicazione

Transizione G2/M

Nella fase G2/M si forma il complesso MPF (mitosi promoter factor) un complesso formato da

due subunità: una catalitica (chinasica), omologa di Cdc2; ed una regolativa richiesta per l’attività

enzimatica che si accumula durante il ciclo cellulare, omologa delle cicline. MPF serve per:

• Fosforila l’istone 1 per la condensazione cromatina attraverso il reclutamento di HDAT

• Fosforila Map proteine associate ai microtubuli per formare il fuso mitotico.

• Fosforila la lamine nucleare per dissolvere il nucleo

• Fosforila la catena leggera miosinica per la citodieresi.

MFP è inibito da p21 trascritto da p53.

Transizione metafase/anafase

L’attività della ciclina B, sintetizzata a partire dalla tarda fase S, è necessaria al superamento della fase

G2 e all’ingresso in fase M. Con l’inizio della fase M, RB viene completamente defosforilata.

In metafase il Cdc20 è attivo e forma il complesso APC/Cdc20 che poliubiquitina, quindi

porta a degradazione, la securina. L’eliminazione della securina attiva la

separasi con attività proteolitica. Essa taglia l’anello di coesina che

tiene uniti i cromatidi fratelli.

In anafase il CdC14 fosforila il cdh1 che forma il complesso Apc-

cdh1 che serve per la poliubiquitinazione di apc/ Cdc20 e di

MPF. Questo causa l’uscita dalla mitosi e l’inizio della telofase e

citodieresi. La fosforilazione dei fattori di replicazione attivati in S, come ORC,

mantenere bassi i livelli di cicline in fase G1.

Cellule tumorali

In un tessuto epidermico normale, abbiamo nella lamina basale la presenza di cellule staminali che possono essere quiescenti o

proliferanti. Dopo la proliferazione (espansione della popolazione staminale)si ha il differenziamento dove si acquisiscono caratteristiche

specifiche come espressione delle citocheratine, poi si ha l’apoptosi e si sfaldano in superficie. Il tessuto dell’epidermide ha una

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notevole capacità rigenerativa in quanto ogni 21/24 giorni cambiamo 1,5 m circa di pelle. La normale funzione del tessuto perciò

dipende dall’equilibrio omeostatico. Questa è la situazione fisiologia, in altri casi si ha una displasia ovvero un espansione della

popolazione immatura (staminali) chiamata proliferazione espansa, dove è presente solo l’ alterazione della parte proliferativa a scapito

degli altri processi fisiologici successivi quali differenziamento e apoptosi che però funzionano correttamente. Si percepisce come una

zona inspessita, più alta dell’epidermide. Dopodiché vi è una situazione tumorale dalla displasia si ha una situazione nel quale si hanno

solo cellule immature proliferanti che hanno perso la capacita di differenziare ed entrare in apoptosi, chiamata carcinoma in sito. Si

possono riscontrare in tutti il tessuto fino in superficie. È un espansione del pool proliferante che mediante l’acquisizione di difetti

genetici non sono più in grado di attivare il programma differenziativo e proapoptoco. Ulteriori modificazioni geniche possono portare le

cellule ad attrezzarsi per rompere la lamina basale tramite produzione di enzimi proteolitici (MMP9 ecc) per invadere le sottocutanee e

creare un carcinoma maligno. si crea una situazione di instabilità genetica causata da mutazione, non riesce a controllare più tutti i

meccanismi di replicazione e di riparazione in quanto è sotto pressione per la continua proliferazione. La proliferazione clonale GFI =

grow factor indipendent. L’ambiente non controlla più il ciclo cellulare e il differenziamento. Una volta nel sottocutaneo lacerano

endotelio dei vasi e vanno in circolo creando metastasi. Il microambiente epatico è diverso da quello del’ epidermide, le cellule tumorali

non seguono gli stimoli del microambiente, ma hanno solo bisogno di nutrimento apportato dal sangue, perciò possono infettare e

proliferare nei vari tessuti cosa che cellule normali non possono fare.

Il cancro non si cura ma si previene, stando attenti. Quanto il tumore è metastizzato l’unica cosa è usare farmaci in dosi così elevate da

distruggere quasi tutto e sperare che ricresca normale. Gli effetti collaterali della chemio peggiorano la qualità