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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