Ciclo cellulare e mitosi

FASE S

Durante la quale avviene la replicazione del materiale genetico in vista della mitosi; dura all'incirca un’ora.

La fase S dura circa 8 ore e prevede la duplicazione del genoma. Questa fase è spronata dal complesso

Cdk2/ciclina A, sintetizzato nella fine della fase G1. Qui avviene la sintesi dei composti per la replicazione

mentre il processo vero è proprio inizia nella fase S indotto dalle fosforilazioni della Cdk2. Oltre alla

duplicazione in fase S avviene la sintesi delle proteine istoniche e non per la costituzione della cromatina.

FASE G2

Tra la sottofase S e la fase M, in cui la cellula si prepara alla mitosi sintetizzando le proteine necessarie.

Molto variabile il lunghezza.

Nel ciclo cellulare sussistono più check, ognuno dei quali permette l’inizio della fase successiva.

G0->G1/S: Questo primo check è effettuato per passare alla fase S e per uscire dallo stato di G0.

1. La domanda che si fa la cellula è se intraprendere una nuova divisione cellulare, quindi superare la

fase e entrare in S oppure rimanere in standby in G0. Questa è una domanda chiave perché la

scelta determina se un tessuto è terminalmente differenziato o può ancora dividersi.Lo stato G0 è

uno stato di quiescenza indotto o da una CKI (cycline-dependent kinase inhibitors) o dalla CDH1-

APC/C (si ottiene nella fase M precedente). La fase G1 dura circa 10 ore, quindi ci possono essere

delle mutazioni genetiche che devono essere controllate e riparate. La fase di G0, o l’inizio di un

nuovo ciclo cellulare, può essere superata grazie all’azione di un primo messaggero che attiva una

cascata di trasduzione mediata da RTK e Ras. Di conseguenza per poter procedere con il ciclo è

necessaria l’esposizione dei recettori RTK: le cellule in G0 tramite endocitosi e distruzione

eliminano i recettori dalla superficie, risultando refrattari agli stimoli. I primi messaggeri sono i fattori

di crescita che promuovono la crescita, la duplicazione e i processi mitogenici. Ad esempio l’NGF

promuove solo la crescita dei neuroni mentre TGF-beta a volte promuove la duplicazione, altre volte

no. RTK si attiva richiama Grb2 che attiva SOS (Gef) che scambia ADP con ATP in Ras. Ras a sua

volta attiva la MAPKKK che fosforila attivando la MAPKK che a sua volta attiva la MAPK. Questa

agisce su alcuni fattori di trascrizione che permettono la trascrizione degli “Immediate Early Genes”,

ovvero i proto oncogeni che codificano per i fattori di trascrizione Jun, Fos e Myc. Questi STF

stimolano la trascrizione dei “delayed early genes”. Qualora ci fossero degli inibitori la sintesi di Jun,

Myc e Fos rimane elevata e costante nel tempo, senza produzione dei delayed genes. Gli “early

genes” conducono un segnale proliferativo, per questo vengono tutti attivati prima del superamento

del punto di restrizione. Da questo punto esistono due tipi di azione per l’uscita dalla fase G0.

-Jun-Fos mediato. Si trascrivono i geni Jun e Fos che permettono la sintesi di Ciclina D. Questa

si lega alle CDK4 e 6 che vanno a formare i composti ciclinaD/CDK4,6. Il bersaglio di queste

chinasi è la proteina pRb. Solitamente pRb si trova associata insieme alla proteina p130 sul

fattore di trascrizione E2F. pRb e p130 costituiscono silenziatori del TF quindi del gene. La

fosforilazione di pRb permette la dissociazione della stessa dall’E2F che trascrive parte del gene

su cui si trova ovvero il gene per la ciclina E. La ciclina E si lega alla CDK2 formando la CDK2/

ciclina E. Questa chinasi attivata permette la fosforilazione di p130 che si dissocia da E2F che

ora può indurre la trascrizione di una porzione più ampia di DNA. Inoltre la ciclina E permette la

disattivazione di CDH1-APC/C e quindi la possibile produzione di ciclina B e A senza la loro

distruzione. Il prodotto della trascrizione è la ciclina A, che scalza la ciclina E dalla CDK2

andando a costituire CDK2/ciclina A. La pRb rimane fosforilata per azione della CDK2/ciclina A e

successivamente dalla CDK1/ciclina B. Di conseguenza la riattivazione dell’attività inibitrice di

pRb si ha nel passaggio da M a G1, permettendo, qualora l’organismo lo preveda, una nuova

fase di quiescenza.

-Myc mediato. Myc è un STF si sposta sul Dna su siti promotori Myc-dipendenti e attiva la

cascata di sintesi di Rna. Attiva la sintesi di ciclina D, la proteasi che inibisce p27 (CKI) e la

trascrizione del fattore E2F che rappresenta un GTF dei geni della fase S, il quale determina

l’ingresso in fase S.

2. G2->M: Dopo la fase G2 la cellula controlla di avere le dimensioni giuste e di non aver subito danni

al DNA; qualora fossero presenti o entra in una fase di quiescenza-riparazione o si promuove

l’apoptosi. Qualora la mutazione fosse avvenuta in uno dei “tumor soppressor genes” non avviene

la correzione e questo aumenta la probabilità dello sviluppo di una patologia cancerosa. Il

passaggio dalla fase G2 al processo mitogenico vero e proprio è permesso dall’MPF ovvero dalla

CDK1/ciclina B. La chinasi si trova fosforilata in 3 punti: THR14, TYR15, THR161. La prima

fosforilazione è data da Wee1 mentre la seconda da MYT1; entrambe sono inibitori dell’attività

dell’MPF. La terza fosforilazione è data CAK (Cdk activating kinase) e ha potenzialmente il ruolo di

attivare la chinasi ma sono presenti le fosforilazioni inibitrici di Wee1 e Myt1. L’attivazione finale

della chinasi è permessa dalla defosforilazione di Thr14 e Tyr15 effettuata dall’enzima Cdc25A

(questo è espresso perché se ci fosse stato un danno al DNA ATR avrebbe inibito la sua azione).

Successivamente all’attivazione dell’MPF si ha una fosforilazione di Wee1 e Myt1 impendendo

fosforilazioni inibitorie durante la fase M. La proprietà chinasica di CDK1/ciclina B interessa anche il

Cdc25 stesso che aumenta la propria azione di fosfatasi.

3. Metafase->anafase: questo passaggio è permesso dalla disattivazione della CDK2/ciclina B.

L’attività di quest’ultima rimane elevata fino all’allineamento completo dei cromosomi nella piastra

equatoriale. Tale disposizione è controllata da alcuni sensori, ovvero Mad1 e Mad2, che attivano il

complesso Cdc20-APC/C. Questo è un complesso ubiquitante che permette di marcare alcuni

composti per farli degradare dai proteasomi. Viene marcata la ciclina B, disattivando l’MPF. Inoltre

viene marcata la securina la quale inibisce la separasi. La separasi attiva permette la degradazione

delle coesine che tengono insieme i cromatidi fratelli nel cromosoma. La ciclina B degradata tuttavia

non è molta, ma la parziale disattivazione dell’MPF permette la defosforilazione di un composto

tentuto fosforilato dall’MPF stesso: CDH1. Questo, ora attivo, si lega al complesso Cdc20-APC/C

scalzando il Cdc20 e andando a costituire il Cdh1-APC/C. La sua funzione è quella di ubiquitare

qualsiasi molecola di ciclina B e ciclina A, e verrà disattivato dalla ciclina E.

RIPARAZIONE DANNI DNA

In caso di danni al DNA, il ciclo è potenzialmente compromesso, specie se c'è stata frammentazione;

l'innesco dei sistemi non omologhi per la riparazione del danno deve essere accompagnato dalla

sospensione del ciclo, e il meccanismi di attivazione cambia a seconda del punto della divisione in cui il

danno avviene:

•danno in G1: la cellula si ferma prima del punto di restrizione. Le rotture del doppio filamento sono

individuate dalla proteina ATM (Atassia Telangiectasia mutato) che attiva, tramite fosforilazione,

un'altra chinasi detta Chk2 (checkpoint Kinase2). Questa, a sua volta, fosforila la proteina p53,

(coinvolta in oltre il 50% dei processi tumorali) stabilizzandola; questa agisce da STF (geni p53

dipendenti) per la trascrizione di una serie di geni inibitori dei complessi Cdk/ciclina attivi in fase

G1: l'inibizione impedisce la fosforilazione della pRb, bloccando la cellula in fase G1. Tra questi c'è il

gene della proteina p21 (è una CKI): questa è una piccola proteina con forma ad arco che si lega

alla Cdk con un'estremità e alla ciclina con l'altra, impedendone il contatto. Mentre la cellula è ferma

in fase G1 entrano in funzione i meccanismi non omologhi di riparo delle rotture del doppio

filamento: se le rotture sono riparate le proteine ATM vengono allontanate e il blocco viene rimosso;

se i danni non sono riparabili, p53 attiva l'apoptosi, dimostrando il suo ruolo cardine nel decidere se

la cellula può passare alla fase di divisione o meno.

•danno in G2: la cellula si ferma prima della fase M. Il complesso reclutato è sempre ATM o ATR, la

quale però ha come bersaglio Chk-1; questa si attiva fosforilando Cdc-25 su un altro amminoacido,

destabilizzandola fortemente. Cdc-25 è quindi sequestrata dalla proteina inibitrice Rad24 quando

esce nel citoplasma a causa di una sua continua attività di shuttle. La cellula si blocca quindi in fase

G2, dato che Cdc-25 non può defosforilare il complesso Cdk-ciclina M precedentemente fosforilato

da Wee-1.

p53: è chiamata guardiano del genoma, quando questa non c’è, c’è cancro. P53 è uno dei grandi

modulatori della risposta del riparo del DNA. p53 mette la cellula in standby per permettere alla cellula di

riparare il danno oppure, in caso di danno eccessivo, si blocca il ciclo cellulare e la manda in apoptosi. La

modificazione di p53 vuol dire avere il cancro perché non c’è controllo delle mutazioni del DNA quindi

sviluppo di patologie tumorali perché si duplicano cellule via via più danneggiate. Sia ATM che ATR

lavorano in tutte le fasi del ciclo con delle predominanze di ATR nella fase G2 e ATM nella fase G1. p53 si

attiva quando c’è il danno del DNA ovvero quando c’è stata una esposizione a troppi uv, uno shock termico,

presenza di radicali liberi, condizioni di ipossia, proliferazione eccessiva e delezione di nucleotidi. Per

questo p53 è un sensore di stress cellulare e funziona anche senza mutazioni del Dna in quelle situazioni

che sono a rischio mutazione. Quando p53 si attiva blocca la proliferazione, regola la risposta immunitaria,

induce l’apoptosi, stimola l’autofagia e regola il metabolismo. Riesce a fare tutto ciò grazie alla sua attività

di TF. Un gene p53 dipendete è la proteina p21 ovvero una inibitrice della chinasi. Mdm-2 è un in attivatore

della p53, quindi una mutazione in mdm-2 significa promuovere la oncogenesi.

Oncovirus: Papilloma virus, Sv40, Herpes virus. L’oncovirus infetta la cellula E7 blocca pRb ed E6 blocca

p53. Quindi non c’è la possibilità di fermare la proliferazione in caso di danno al DNA, quindi si provoca il

cancro.

Le cellule hanno una fase decisionale (un fattore di crescita attiva una Rtk e esplode la cascata) e una fase

di esecuzione (le MAPK attivano Jun Fos e