Divisione cellulare (scissione binaria, mitosi e meiosi), cellule staminali

EUCARIOTI: MITOSI

Si realizza assieme alla citodieresi nella fase M del ciclo cellulare. I cambiamenti nucleari e citoplasmatici che avvengono nella mitosi sono regolati da una serie di proteine-chinasi che prima della fase M sono in forma inattiva (principale Cdk1 che si attiva dopo aver interagito con ciclina B).

PROFASE: Dopo la duplicazione del DNA e la condensazione dell'acromatina, ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli uniti coesine. A livello del centromero, i centrioli, già duplicati, iniziano ad allontanarsi con un riarrangiamento di tutto il sistema dei microtubuli, in due sistemi densi e radiali posizionati intorno a ciascun centrosoma. Iniziano a formare il fuso mitotico (con estremità rivolta verso il centrosoma). Si disassemblano altre strutture del citoscheletro costituite da actina e le lamine nucleari. Viene impacchettato il Golgi, viene bloccata o rallentata la trascrizione e l'involucro nucleare inizia a disgregarsi.

Centromero

_≠ centrosoma-centriolo _≠ cinetocore- PROMETAFASE: involucro nucleare scompare definitivamente, vengono disassemblate le lamine e i pori nucleari. (Cdk1 fosforila le lamine). I centrioli si spostano agli antipodi della cellula e completano la formazione del fuso mitotico: costituito da tre tipi di fibre:

• microtubuli astrali: partono dai centrioli e si irradiano in ogni direzione
• microtubuli del cinetocore: si legano ai cinetocori dei cromosomi
• microtubuli interpolari: entrano in contatto con i microtubuli interpolari originati dal polo opposto.

1 Coesina viene rimossa dai cromosomi, e lasciata solo in posizione del centromero. Qui si andranno a formare delle strutture proteiche cinetocorimultistrato altamente specializzate: i cinetocori. Ogni cromosoma presenta due cinetocori, uno per ogni cromatidio fratello. I cromosomi, poi, iniziano a spostarsi verso la porzione equatoriale della cellula. - METAFASE: tutti i cromosomi sono posizionati sulla piastra metafasica, su di essi stanno agendo forze.

uguali ma contrapposte. I cromatidi fratelli sono pronti a separarsi. Il sistema viene mantenuto in tensione grazie all'azione contemporanea dei tre tipi di microtubuli, in particolare dai microtubuli interpolari. Quando tutti i cromosomi sono posizionati, la ciclina B del complesso APC/C comincia la degradazione della esecurina (i cromatidi si stanno per staccare).

ANAFASE: separazione dei cromatidi fratelli.

ANAFASE A: Completa degradazione delle coesine consente la rapida separazione dei cromatidi fratelli, che ora diventano cromosomi. I cromosomi, legati ai microtubuli del cinetocore, sono trascinati ai poli opposti del fuso, grazie ad una stretta collaborazione tra microtubuli e proteine motrici. Spostamento dovuto anche al rapido accorciamento dei microtubuli del cinetocore che si depolimerizzano più velocemente al livello dell'estremità +, allontanamento dei centrosomi.

ANAFASE B: Si allontanano anche i microtubuli interpolari dai due poli del fuso e continuano...

ad–allungarsi in maniera antiparallela, e si sovrappongono nella zona equatoriale del fuso, dove formano una struttura molto organizzata chiamata fuso centrale. Fibre dell'aster si accorciano. Per lo spostamento ai poli dei cromosomi intervengono anche le dineine all'actina che si legano legata alla zona della membrana citoplasmatica prossimale ai centrosomi, e li trascinano.

TELOFASE: Inizia inattivazione della Cdk1, il fuso mitotico inizia a scomparire e i microtubuli riformano le solite strutture cellulari. Il reticolo endoplasmatico si riorganizza, si riformano i nuclei.

citodieresi: divisione del citoplasma e di tutti gli organelli in esso o solco di divisione grazie alla presenza di microfilamenti di actina legati a miosina. L'anello appena formato inizia a contrarsi, si forma una strozzatura sempre più marcata nei pressi del centro della cellula. Fusione della membrana plasmatica nei pressi del punto di restrizione deve avvenire

senza fuoriuscita di citoplasma. Viene completata l'inattivazione della Cdk1. CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA: superavvolgimento del DNA è determinato dall'interazione con proteine: SMC (per il mantenimento strutturale del cromosoma) e SCC (per la coesione tra cromatidi fratelli) che associandosi generano due complessi: - CONDENSINE: condensano i cromosomi, devono essere attivate dalla Cdk1 - COESINE: fino a prima della mitosi mantengono uniti i cromatidi fratelli per tutta la loro lunghezza, poi solamente in corrispondenza del centromero. Sono tetrameri costituiti da due subunità SMC e due SCC. FORMAZIONE DEL FUSO MITOTICO: la sua formazione è subordinata alla duplicazione dei centrioli che avviene in fase S. La comparsa del fuso è permessa dal rapido aumento delle chinasi mitotiche. Il fuso è costituito da microtubuli che all'inizio della profase si associano per riorganizzarsi. Hanno l'estremità rivolta verso il centrosoma e

l'estremità + rivolta verso il lato opposto. Proteine motrici associate ai microtubuli:

• KINESINE: si muovono verso l'estremità +
• kinesina-5: interagisce con due fibre interpolari provenienti dai centrosomi opposti. Siccome tende a spostarsi verso estremità + produce uno slittamento dei microtubuli, che causano l'allontanamento reciproco dei poli.
• kinesina-14: forza un avvicinamento tra i poli
• kinesina-4 e kinesina-10: spostano i cromosomi verso l'estremità o + per favorire aggancio presso cinetocore.
• DINEINE: si muovono verso l'estremità -, trascinano i poli del fuso verso membrana plasmatica: si legano all'actina che riveste la faccia interna della membrana e tirano estremità + dei microtubuli verso la membrana.
• CROMOSOMI MITOTICI: tramite fattore Ran-GTP attivato dalla cromatina (GEF) favoriscono nucleazione e stabilizzazione dei microtubuli del fuso
• CDK MITOTICHE E PROTEIN

CHINASI: necessarie per il corretto completamento del fuso

Aurora-A: fosforila alcuni componenti del centrosoma e velocità di formazione del fuso è accelerata. Fosforila anche kinesina-5 che allontana i centrosomi.

Attacco dei cromosomi ai microtubuli: momento essenziale. Ci sono 10-40 siti di legame nel cinetocore per i microtubuli. In prometafase, non appena un microtubulo viene in contatto con un cromosoma, è trasportato verso l'estremità + dalle kinesine-4 e -10, fino alla costituzione del legame estremità + - cinetocore. Non appena si ha la formazione di un legame, una fibra del fuso che origina dall'altro polo cerca di attaccarsi all'altro cromatidio, per evitare problemi.

- legame sintelico: entrambi i cinetocori sono attaccati da fibre che provengono dallo stesso polo

- legame merotelico: fibre provenienti da poli diversi si attaccano allo stesso cinetocore.

- Aurora-B: protein chinasi che controlla il corretto legame tra le fibre

delfuso e i cinetocori dei cromatidi fratelli: se è presente un errore a livello del cromosoma è presente una tensione inusuale, Aurora-B interviene edestabilizza il legame. È disattivata quando non sono presenti interazioniscorrette.

Separazione dei cromatidi: la transizione metafase-anafase è controllata dal (anaphase promoting complex),complesso APC/C una ubiquitina ligasi. MaCdc20.questo complesso deve essere attivato da una chinasi, L’attivazione del complesso è permessa solamente dal corretto posizionamento delle fibre del fuso sui cinetocori, un cinetocore legato male è sufficiente a bloccare la transizione metafase/anafase.

Proteine responsabili del mantenimento di Cdc20-APC/C allo stato inattivo:

• Mad1: riconosce e lega il cinetocore se non è correttamente legato al microtubulo
• Mad2: regola l’attività di Cdc20 ( APC/C). Nella forma aperta è incapace di legarsi a Cdc20, nella forma chiusa si lega a Cdc20

loinattiva.Mad1 si lega ad un cinetocore non combinato con i microtubuli, richiama incontinuazione Mad2, che reagisce chiudendosi (attivandosi). Mad2 attivoreagisce con Cdc20 e lo blocca.Quando il legame microtubulo-cinetocore si stabilisce correttamente, Mad1 sistacca, interviene p31 che non permette a Mad2 di interagire con Cdc20, aquesto punto Cdc20 si attiva, interagisce con APC/C che viene attivato a suavolta. securina,APC/C porta alla distruzione enzimatica proteasomiale della ed attivaseparasi,la che distrugge le subunità SCC della coesina.ciclineLe necessarie alla funzione di Cdk1 vengono degradate, Cdk1 èdisattivata.

ANAFASE: microtubulo del cinetocore si depolarizza molto velocemente nellaporzione + (inusuale). Nel frattempo, proteine motrici trascinano il cromatideverso estremità -, in questo modo i due cromatidi fratelli vengono separati ediventano veri e propri cromosomi. Allontanamento dei cromosomi è favoritoanche da kinesina-5 che allontana i

poli del fuso.

CITODIERESI: anello contrattile costituito da filamenti di actina uniti tra loro per formare uno spesso strato localizzato sotto la membrana plasmatica. A RhoA questa struttura si associano altre proteine. Proteina G dell'actina- attiva le proteine che stimolano la polimerizzazione (es. formina),- poi promuove l'assemblaggio della miosina II Rock fosforila la miosina- attiva altre protein chinasi tra cui , che consentendole di svolgere la sua funzione di proteina motrice. l'anellina. Per completare la citodieresi servono altre proteine come 4MEIOSI: aumenta la variabilità genetica della specie - complessi cdk/cicline sono gli stessi- MEIOSI I: peculiare, si assiste alla ricombinazione genica, all'assortimento casuale dei cromosomi materni e paterni, alla riduzione del numero dei cromosomi profase Io leptotene: cromosomi replicati iniziano a condensarsi e diventano visibili zigotene : coppie di cromosomi omologhi (tetradi) sono strettamente

associate per tutta la loro lunghezza (tranneche per i cromosomi sessuali). Processo di appaiamento èsinapsi, dal complessodetto essa è organizzatasinaptonemalepachitene: scambio di DNA tra le tetradi (scambio importante è quello tra cromatidi non fratelli)5 diplotene complesso sinaptotemale: si dissolve, si chiasmi.evidenziano zone di contatto chiamatediacinesi: chiasmi si portano verso porzione terminale della cellula, iniziano a formarsi fibre del fuso meioticoprometafase I: avviene il legame delle fibre del fuso con io cinetocori delle tetradi. A differenza della mitosi, entrambi i