Biologia Molecolare Prof.ssa Magnelli

MITOSI

Ci sono vari eventi che succedono, all’inizio della profase abbiamo la compattazione della

cromatina. Tale compattazione avviene per azione di proteine; le condensine, che prendono il

DNA, e formano degli anelli che intrappolano delle anse di DNA, e in questo modo inducono il

compattamento del DNA. Queste condensine si attivano per fosforilazione ad opera di MPF,

quindi uno dei substrati dell'MPF sono le condensine, quindi si capisce perchè il DNA si

compatta. C’è un’altra evento che deve succedere perchè possa avvenire la compattazione del

DNA; un’altra cosa che si realizza durante la fase M è la scomparsa dell’involucro nucleare, si

frantuma in vescicole e poi alla fine per fusione torneranno a costruire 2 involucri nucleari per le

cellule figlie; quindi oltre alla dissoluzione dell’involucro nucleare il DNA anche nell’interfase

non sta in posizione casuale all’interno del nucleo, ma i cromosomi (anche quando non sono

compattati) sono ancorati all’involucro nucleare, in particolare nella parte interna, a delle

proteine che si chiamano lamine nucleari, in particolare alla lamina A.

Questo permette di avere una struttura ordinata per il DNA (altrimenti non sarebbe possibile

compattarlo; immagina 46 gomitoli srotolati e che si intrecciano tra loro, sarebbe impossibile

riformare i singoli 46 gomitoli), in modo che, al momento opportuno l’MPF induce fosforilazione

della lamina nucleare (le lamine nucleari sono composti da monomeri di lamina A) questa

aggiunta di ATP alle lamine comporta una repulsione di carica tra i vari monomeri, quindi si ha

un disassemblaggio della struttura e allo stesso tempo viene lasciato andare il DNA, e a questo

punto le condensine, possono cominciare a condensare in maniera ordinata, quindi hanno più

facilità nel condensare il rispettivo cromosoma da compattare.

Questi sono due eventi che vengono operati da MPF. Quindi un altro substrato del MPF sono le

lamine.

Un evento che viene bloccato è la citodieresi (questo evento deve avvenire alla fine della fase M,

se avviene prima non c’è la possibilità di segregare i cromatidi, quindi deve avvenire dopo la

metafase la formazione del solco contrattile), per cui per impedire che avvenga la formazione

precoce del solco contrattile, l'MPF fosforila la catena leggera della miosina (lo scorrimento

acto-miosinico necessita di attività ATPasica), quindi mettendo dell’ATP si impedisce che entri

l’ATP che serve per lo scorrimento, quindi abbiamo l’inibizione della formazione dell’anello

contrattile nelle prime fasi della fase M.

Un altro substrato dell’MPF è la tubulina, che è quella che compone le fibre del fuso, che si

formano per polimerizzazione della tubulina; tale polimerizzazione è catalizzata dalla

fosforilazione ad opera della MPF, e in questa fosforilazione si formano varie fibre, tra cui le fibre

astrali, che servono ad ancorare i centrosomi ai due poli opposti della cellula, perchè i

cromosomi devono andare da una parte all’altra della cellula, alcune fibre invece che hanno

polarità opposta prendono contatto con il centromero, e altre invece servono per lo

scorrimento, in modo da poter tirare i cromatidi fratelli da una parte all’altra, quindi anche

questo è catalizzato dall’MPF.

RICORDA: la polimerizzazione avviene da - a +.

Le fibre del fuso prendono contatto con una regione specializzata del cromosoma che è il

cinetocore, che è una struttura proteica che si trova a livello del centromero. Qui siamo nella

fase clue della mitosi. 7 di 16

Siamo alla metafase, qui abbiamo che i cromosomi sono compattati (se sono correttamente

compattati) e attaccati alle fibre del fuso e si trovano in piastra metafasica. A questo punto ci

sono le fibre del fuso che sono attaccate ai cinetocori, e tirano (spontaneamente) esercitando da

una trazione a livello dei cinetocori, ma questo viene bloccato in questa fase dalla attività della

MPF, quindi per poter procedere alla fase successiva, che è l’anafase bisogna che l’MPF venga

inattivato, altrimenti la cellula rimane in piastra metafasica.

OSSERVAZIONE: guardando un video in time-lapse ci si rende conto della differenza di velocità

che intercorre tra fase M-metafase e anafase-citodieresi, quest’ultima è estremamente più veloce,

il motivo risiede nel fatto che in anafase i cromosomi sono sottoposti a trazione da parte del fuso

mitotico, tuttavia il fuso non riesce a staccare i cromatidi fratelli in quanto c’è qualcosa che si

oppone alla trazione delle fibre legate al centromero, e questo qualcosa attrae i cromatidi fratelli

tra di loro, impedendo la loro segregazione, al momento però dello sblocco, i cromatidi essendo

già in trazione si staccano subito (come lasciare un elastico in trazione) e si portano ai poli della

cellula in tempi molto brevi.

Perchè non c’è questa separazione dei cromatidi fratelli se non si elimina l’MPF?

Perchè ci sono delle proteine attivate anche loro dall’MPF, che sono le coesine, inducono la

coesione dei cromatidi fratelli, ed è grazie a loro che non è possibile separare i cromatidi.

Quindi finché non viene disattivato MPF siamo in un punto di stallo. Quindi abbiamo la forza di

coesione date dalle coesine e le forze di trazione date dal fuso. Dunque per separare i cromatidi

bisogna rompere la coesione esercitata dalle coesine, ergo bisogna rompere le coesine ma per

separare i cromatidi bisogna che MPF venga spenta, quindi la disattivazione di MPF è correlata

al taglio delle coesine.

OSSERVAZIONE: disattivare MPF significa interrompere la sua attività chinasica e quindi di

fosforilazione e infatti abbiamo detto che quando si passa da metafase ad anafase si passa ad

una attività fosfatasica. Questo perchè l’ultimo substrato che MPF fosforila si chiama APC.

L’APC (complesso che promuove l’anafase), è l’ultimo substrato che fosforila MPF. Tale

fosforilazione attiva l’APC che come prima cosa fa fuori l'MPF stesso (in pratica MPF attiva un

meccanismo di autodistruzione, attraverso l’APC), in che modo? (abbiamo parlato

dell’ubiquitinazione e che serva un’ubiquitina ligasi che è quella che marca il substrato che deve

essere ubiquitinato e indirizzato al proteasoma)

Questo APC, non è altro che una ubiquitina ligasi per la ciclina B, quindi una volta che l’MPF ha

attivato l’APC, l’APC marca la ciclina B per l’ubiquitinazione, per cui la ciclica B prende la via del

proteasoma, e quindi l’MPF si inattiva.

A questo punto l’APC fa un’altra cosa; non ci dobbiamo scordare dei cromosomi che sono tenuti

insieme dalle coesine, infatti ora abbiamo che l’MPF non funziona più, le coesine che prima

venivano fosforilate da MPF, possono essere tagliate da delle Separasi. La Separasi

normalmente, quindi quando l’MPF è attivo, questa separasi è tenuta inattiva da un’altra

proteina, la Securina (tiene al sicuro la coesina dalla separasi); L’APC a questo punto attivo,

funziona da ubiquitina ligasi anche per la Securina, quindi va a marcare la Securina per

l’ubiquitinazione; la Securina viene ubiquitinata e finisce degradata dal proteasoma e quindi a

quel punto la Separasi si attiva e va a tagliare le coesine, i cromatidi a questo punto non sono

più tenuti insieme e subito si ha la trazione del fuso e quindi la separazione dei cromatidi.

Nella fase finale oltre che alla segregazione, deve avvenire la citodieresi (la divisione delle

cellule), e questo era inibita dalla MPF, tramite la fosforilazione della catena leggera, ma siccome

non funziona più, possono ora entrare in azione tutte le fosfatasi che servono a defosforilare

tutto ciò che aveva fosforilato l’MPF; ecco perchè c’è questo stacco tra anafase e metafase;

quindi che cosa viene defosforilato: le lamine nucleari (quindi si formano i due nuovi involucri

nucleari), la catena leggera della miosina (per cui si forma il solco contrattile), le condensine

8 di 16

vengono defosforilate per cui i cromosomi si depsiralizzano e si decompattano e in questo

modo si sono generate due cellule figlie perfettamente identiche con patrimonio genetico

identico.

Finora si è detto che i fattori di crescita inducono una trasduzione del segnale al termine della

quale c’è l’operazione dell’E2F che premette il passaggio del punto di restrizione in quanto si

passa da cicline D a cicline E, quest’ultime non sono sotto controllo dei fattori di crescita.

Però fino ad ora non abbia ancora parlato di questa trasduzione del segnale e ricordiamo che

tutti gli elementi che prendono parte alla cascata della trasduzione del segnale mitogenico sono

potenziali ONCOGENI. Quindi vedremo in parallelo queste cose; come alcuni elementi dei

checkpoint sono degli oncosoppressori, quindi vedremo in maniera più dettagliata, ora che

sappiamo come funziona la correzione del ciclo cellulare, ci focalizziamo sul punto di restrizione

Fattore di Crescita-Trasduzione del Segnale

Quindi qual’è la cascata segnalatoria, che dall’esterno della cellula attraverso il recettore, arriva

fino a sbloccare E2F e quindi entrare in ciclo?

I fattori di crescita sono tanti, ci sono fattori di crescita più o meno specifici; la specificità è

dovuta alla distribuzione del recettore, quindi se una cellula ha quel recettore per quel fattore di

crescita, risponde al segnale di crescita, quindi con un segnale proliferativo, se non ce l’ha, non

può succedere niente, perché non viene percepito il segnale. Ci sono dei fattori di crescita

meno specifici, quindi che stimolano più cellule semplicemente perchè più tipi di cellule hanno

quel recettore per quel fattore di crescita, e invece ci sono alcuni fattori di crescita che sono più

selettivi, cioè i recettori sono posseduti solo da esclusivi tipi cellulari.

Quindi in generale dal punto di vista del recettore, questi recettori sono dei recettori cha hanno

un domino extracellulare che serve per riconoscere il ligando, quindi è questo che da la

specificità di risposta al fattore di crescita e che seleziona la cellula che risponderà, poi c’è una

regione transmembrana e una regione intracellulare che è una regione ad attività enzimatica.

Quindi questi sono recettori ad attività enzimatica intrinseca e dal punto di vista enzimatico sono

delle tyr-chinasi, cioè chinasi che fosforilano su residui di Tyr. Questi recettori probabilmente

derivano da una gene ancestrale, poi si sono evoluti per duplicazioni, differenziazione,

mutazioni per diversi fattori di crescita, questo per contribuire una più raffinata modulazione

della proliferazione cellulare.

Questa è una cascata segnalatoria che po