Ciclo cellulare e la sua regolazione - Biologia

Il ciclo cellulare e la sua regolazione

Il ciclo cellulare, o ciclo di divisione cellulare, è per definizione il ciclo riproduttivo della cellula, ovvero una sequenza ordinata di eventi per cui una cellula duplica il suo contenuto e si divide. Nel ciclo, prima della divisione "fisica" nelle cellule figlie, si ha:

• Duplicazione di tutto il DNA nucleare;
• Raddoppiamento della massa cellulare, ovvero duplicazione di tutti gli organuli.

Ciò comporta un'intensa attività biosintetica e un altissimo dispendio energetico e metabolico. Il ciclo deve essere controllato da precisi meccanismi, e i passaggi sono coordinati nello spazio e nel tempo.

Come e quando le cellule si dividono

Le cellule si dividono solo se necessario: solo quando ricevono uno o più stimoli specifici, altrimenti entrano nella fase G0. Tali stimoli mitogeni possono essere:

• Fattori o segnali esogeni solubili come ormoni o fattori proteici ad azione locale prodotti dalle cellule vicine;
• Stimoli originati dal contatto cellula-cellula nelle giunzioni cellulari e/o con la matrice extracellulare.

Questi segnali vengono:

1. Recepiti attraverso proteine dette recettori.
2. Trasdotti o trasferiti e amplificati all’interno della cellula.
3. Attivano nel nucleo (grazie alla trasduzione) la trascrizione di molecole che promuovono il ciclo di divisione, dette cicline.
4. Le cicline attivano processi enzimatici di fosforilazione che innescano l’accrescimento della cellula e la sua progressione verso la mitosi.

La trasduzione del segnale porta ad attivare nel nucleo la trascrizione di cicline che promuovono il ciclo di divisione attraverso processi enzimatici di fosforilazione che innescano l’accrescimento della cellula e la sua progressione verso la mitosi.

Esempio: via di trasduzione del segnale EGF (fattore di crescita epidermico)

Il recettore dimerizza una volta legato a EGF sulla membrana e si attiva per autofosforilazione di residui di tirosina nel dominio citoplasmatico. Segue una cascata di reazioni che amplificano l’evento innescato dal segnale che, infine, giunge al nucleo dove viene attivata la trascrizione di geni utili alla promozione della divisione cellulare (cicline).

1. Recettore tirosin-chinasico: Proteina integrale con attività enzimatica distinta in 3 domini: esterno (specifico per EGF), transmembrana ed interno (con attività enzimatica tirosin-chinasica). Il legame del recettore con il ligando porta all’attivazione dell’attività chinasica del recettore che opera un processo di fosforilazione dei residui prima inattivi di tirosina; ciò costituisce un segnale per la trasduzione al citosol.
2. Cascata di segnalazione: Le reazioni di fosforilazione attivano enzimi citosolici protein-chinasi detti MAP chinasi.
3. Attivazione della trascrizione di cicline: Le proteine della via MAP chinasi giungono al nucleo e fosforilano una proteina regolatrice che, nel nucleo, attiva l’espressione di cicline.

Esempio: segnalazione diretta mediata da molecole associate alla membrana

Il contatto cellula-cellula dato dalle caderine e cellule-matrice dato dalle integrine può svolgere lo stesso ruolo dei fattori di crescita, attivando alcune chinasi che fosforilano molecole induttrici di apoptosi o di promozione della sopravvivenza.

Esempio: il recettore intracellulare attivato è lui stesso un fattore di trascrizione

La molecola segnale idrofobica come l’estrogeno (ormone lipidico) si lega al recettore, il quale entra nel nucleo e lega sequenze specifiche che permettono la trascrizione di cicline.

CdK

Stimoli esterni di tipo mitogenico regolano la possibilità della cellula di entrare in divisione attraverso il controllo della trascrizione delle cicline, le quali sono dei regolatori enzimatici delle chinasi ciclino-dipendenti (CdK). Quando le CdK sono attivate, esse fosforilano substrati proteici specifici utili all’entrata nel ciclo, all’accrescimento, all’induzione alla replicazione del DNA e all’entrata in mitosi.

L’attivazione delle CdK avviene nelle cellule in modo sequenziale, in base alla presenza delle cicline, la cui concentrazione oscilla nelle diverse fasi del ciclo per sintesi e degradazione.

Meccanismo di regolazione fisiologico

Un oscillatore molecolare scandisce durata e successione uni-direzionale delle fasi dovuto alla sintesi e alla demolizione delle cicline in modo sequenziale e regolato nelle diverse fasi del ciclo.

• Cicline G1: agiscono nel determinare l’entrata in ciclo e l’induzione della duplicazione del DNA.
• Cicline S: regolano la replicazione del DNA.
• Cicline M: inducono alla mitosi.

Il complesso MPF tra ciclina M e chinasi relativa è detto fattore di promozione mitotica.

Circuiti di controllo

Questo sistema genico è integrato con punti di controllo fondamentali:

• Controllo G1 o punto di restrizione.
• Controllo G2: checkpoints della duplicazione del DNA e dei danni allo stesso.
• Controllo metafase-anafase: tutti i cromosomi devono essere attaccati al fuso mitotico.

Descrizione del ciclo di divisione cellulare

Il ciclo cellulare consta di 4 fasi:

1. La fase G1.
2. La fase S.
3. La fase G2.
4. La fase M.

Le fasi G1, S e G2 fanno parte del processo di interfase. Dalla fase G1 le cellule che non hanno ancora duplicato il DNA possono entrare in una fase di stasi cellulare anche detta quiescenza, identificabile con una fase detta G0. L’arresto del ciclo può essere temporaneo o definitivo. Ad esempio, le cellule nervose sono cellule perenni, ovvero perdono definitivamente... (testo incompleto).