Esame di citologia

IL NUCLEO

Il nucleo è una regione della cellula circondata, o delimitata,

da una cisterna perinucleare; la cisterna perinucleare è

formata da una membrana esterna e una membrana interna

e, in alcuni punti ben precisi queste 2 membrane si fondono,

per cui si formano i pori nucleari. Al di sotto della membrana

nucleare interna si trova una lamina nucleare, su ogni

porzione della cisterna perinucleare si trovano tanti tratti di

lamina nucleare, che non può essere continua, altrimenti

impedirebbe il passaggio che avviene tramite i pori nucleari.

Inoltre, sono presenti un nucleolo, una matrice nucleare e

un nucleoplasma; nella matrice nucleare e nel nucleoplasma

sono immerse le molecole di DNA sotto forma di cromatina

(le molecole di DNA non possono rimanere disperse in

questo spazio, ma devono compattarsi, rispettando un

ordine gerarchico, tale per cui una cellula eucariotica

animale di un mammifero, in un diametro di circa 10 μm,

contiene molecole di DNA che se si potessero misurare come

molecole distese raggiungerebbero una lunghezza di 2 m). Quindi, il nucleo, in generale, è il deposito dell’informazione

genetica e il centro di controllo di tutta la cellula (se una cellula produce o non produce determinate proteine, se ha

bisogno di enzimi, se deve regolare il traffico, il processo di apoptosi, o altro, tutto dipende dal nucleo). Nel nostro

organismo esistono anche cellule prive di nucleo, ma sono cellule sottoposte ad un continuo turnover, vengono

continuamente rinnovate.

In un nucleo interfasico: (ogni nostra cellula compie un ciclo cellulare, il nucleo interfasico è quello presente

nell’intervallo della vita della cellula in cui essa non si sta dividendo, ovvero nelle fasi G , S e G ), i cromosomi sono

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meno compattati (la cromatina è più distesa, e questo è necessario perché durante l’interfase la cellula compie tutti i

suoi processi vitali, alcuni geni vengono trascritti e quindi devono essere accessibili agli enzimi che sono preposti alla

trascrizione); sono contenuti 1 o 2 nucleoli, che sono i siti dove vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali e dove vengono

assemblati con specifiche proteine per costituire le singole unità ribosomiali; è presente il nucleoplasma, una matrice

ricca di ioni e componenti chimiche, le quali creano questo plasma specifico di questa regione; inoltre, c’è una matrice,

formata da proteine fibrillari che si organizzano in modo compatto per creare supporto ai cromosomi, quindi alle fibre di

cromatina, creano una sorta di setaccio dove le molecole di DNA ricevono i giusti punti di contatto per organizzare in

modo adeguato questa componente.

Ma tutte le cellule hanno un nucleo? La risposta è no, perché ci sono delle cellule, come per esempio i globuli rossi dei

mammiferi, che sono prive di nucleo (i globuli rossi di anfibi e uccelli, invece, sono nucleati). Esistono inoltre cellule

plurinucleate, come le cellule muscolari striate scheletriche, ed esistono cellule binucleate, come i cardiociti (che hanno

un nucleo o massimo 2), o alcune cellule che si possono trovare a livello dell’epitelio di transizione (che è quello che

riveste la vescica). Quindi, la regola generale è che tutte le cellule di un organismo hanno un nucleo, poi ci sono dei

tessuti che possono portare delle eccezioni.

La forma del nucleo è correlata con quella della cellula, non è identica in tutte le tipologie cellulare: potrebbe avere

forma sferica, fusata, o ellittica; una forma appiattita o fusata del nucleo, ad esempio, si ritrova nelle cellule che hanno

una forma pavimentosa. Anche la posizione del nucleo è caratteristica di ogni tipo cellulare: potrebbe essere basale,

perfettamente centrale, o periferica, confinata in una regione ben precisa. Comunque il nucleo deve poter mantenere

una morfologia e una posizione ben costante, e questo è regolato dalla cellula stessa, della quale fa parte.

La cellula presenta una membrana plasmatica che la delimita, mentre il nucleoplasma, la matrice nucleare e tutto ciò che

è contenuto è delimitato da un involucro nucleare. L’involucro nucleare (che NON può essere confuso con la

membrana nucleare, perché sono 2 cose diverse concettualmente e strutturalmente) è formato da una membrana

interna in continuità con una membrana nucleare esterna, a sua volta in continuità con la cisterna del RER; c’è quindi

continuità tra lo spazio tra le 2 membrane nucleari e il lume della cisterna del RER, sulla membrana nucleare esterna

sono adesi i ribosomi, che son adesi anche a livello della membrana del RER. La membrana nucleare interna e quella

esterna, che hanno uno spessore di 7-8 nm, non sono delle strutture continue, sono fuse tra di loro per poter costituire il

poro nucleare, e sono separate dallo spazio perinucleare (di circa 10-50 nm), con l’obiettivo di creare una barriera tra

nucleo e citoplasma. Il poro nucleare non è un semplice punto di passaggio, ma, per poter garantire che il contenuto

nucleare possa essere selettivamente trattenuto nel nucleo e ciò che c’è nel citoplasma non possa passare nel nucleo in

modo non controllato, a livello del poro nucleare è presente un complesso proteico, formato da un numero ben preciso

di proteine, che selettivamente decide ciò che deve entrare e ciò che deve uscire. Quindi il poro garantisce una

comunicazione nucleoplasma-citoplasma e viceversa, ma questo passaggio è selettivamente controllato. Lo spazio

presente tra le 2 membrane, la cisterna perinucleare, è necessaria per impedire che le 2 membrane collassino l’una

sull’altra e che mantengano una corretta e costante distanza. Al di sotto della membrana nucleare interna c’è una fitta

rete di filamenti intermedi, ovvero la lamina nucleare formata dalle lamìne, che ha diversi significati: essendo dei

filamenti intermedi sono una componente nucleoscheletrica, quindi da loro dipende l’esigenza del nucleo di mantenere

una particolare struttura, inoltre sono disposti in modo ordinato, quindi rappresentano anche dei punti di ancoraggio per

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la cromatina, in particolar modo per l’eterocromatina (cromatina che essendo compatta non si rende disponibile nei

confronti di quegli enzimi che sono preposti ad una trascrizione, quindi è quella porzione di DNA i cui geni sono stati

silenziati e non vengono trascritti, perciò non daranno origine a specifici RNA messaggeri); nel nucleo è presente anche

l’eucromatina, che è la cromatina la cui disposizione è ottimale per essere agganciata dagli enzimi preposti ai processi di

trascrizione. La matrice nucleare, costituita anch’essa da componenti proteiche fibrose, rappresenta un punto di

aggancio per l’organizzazione delle molecole di DNA all’interno del nucleo.

A livello di ogni poro nucleare si inserisce una struttura

proteica, detta complesso del poro nucleare, con

diametro di circa 120 nm. È formato da un anello localizzato

sul lato citosolico e da un anello localizzato sul lato del

nucleoplasma, in modo che tutto sia in registro: i 2 anelli

poggiano rispettivamente sulla membrana nucleare esterna

e sulla membrana nucleare interna; i 2 anelli sono

perfettamente concentrici, uno sopra l’altro, ma non sono a

contatto tra di loro, poggiano sulle membrane nucleari.

L’anello citoplasmatico ha una particolarità che non si ritrova

nell’anello volto verso il nucleoplasma: dall’anello

citoplasmatico si dipartono delle strutture fibrose di natura

proteica, estremamente importanti per riconoscere ciò che

dal citoplasma dovrà entrare nel nucleo, che vanno a

costituire una struttura a canestro perché confluiscono verso

un anello più interno e più piccolo, e vanno quindi ad

agganciarsi alla struttura ottamerica, alle proteine disposte a

costituire la struttura portante. Su entrambi i lati della cisterna perinucleare sporgono 2 anelli, ogni anello è formato da 8

subunità proteiche che sono visibili singolarmente; questo 8 subunità proteiche vengono mantenute in registro da 8

braccia proteiche. All’interno del complesso del poro c’è una struttura che fino a qualche tempo fa era chiamata

trasportatore o granulo del trasportatore, perché era stata ipotizzata la presenza di questa struttura proteica attraverso

la quale passa ciò che dal citoplasma va al nucleoplasma e viceversa, in realtà non era stata l’unica regione identificata

come punto di passaggio, perché si ipotizzava che attraverso di esso venissero trasportate le molecole molto

ingombranti, mentre dagli 8 pori tra una proteina e l’altra passassero le molecole di dimensioni inferiori. Ad oggi, rispetto

a questa ipotesi, ci sono 2 schieramenti: alcuni studiosi sostengono la presenza del trasportatore e di un passaggio

attraverso di esso, altri invece non ammettono la presenza di alcun granulo centrale; è stato però proposto un nuovo

modello in cui sono state identificate altre proteine che regolano il passaggio attraverso questo complesso.

A livello del complesso del poro nucleare sono presenti delle proteine, dette nucleoporine (strutture filamentose che

fungono da filtro), che costituiscono una struttura estesa e flessibile che crea un setaccio idrofobico per controllare e

garantire un corretto trasporto in entrambi i sensi; le molecole che devono passare attraverso questo complesso sono:

proteine istoniche (sono quelle che intervengono nel compattare il DNA), nucleosidi trifosfato (per la duplicazione del

DNA e per la trascrizione di RNA messaggeri, RNA transfer ed RNA ribosomiali), enzimi preposti ad trascrizione e

traduzione, proteine di natura strutturale, lamìne, ioni. Le molecole che hanno piccole dimensioni passano per diffusione,

i punti di passaggio sono gli 8 piccoli spazi tra una subunità e l’altra che costituiscono l’anello, e si pensa che possa

avvenire un trasporto passivo che non richiede energia (ioni, nucleosidi trifosfati, piccole proteine, enzimi…dimensioni

compatibili con un diametro di circa 9 nm); le grosse molecole, che invece non riescono a passare attraverso questi

piccoli passaggi, devono per forza passare nella parte centrale del complesso del poro, ma richiedono un meccanismo di

controllo, perché possa avvenire il loro trasporto, infatti, servono delle specifiche proteine, chiamate importine ed

esportine. In quest’ultimo caso, quindi, il trasporto è attivo, e si tratta di enzimi preposti alla sintesi di DNA ed RNA che

hanno un peso molecolare superiore a 100.000 D, subunità ribosomiali singole, complessi ribonucleici.

Modello di importazione delle proteine

Sono stati presi degli oociti di anfibio in cui sono state iniettate particelle sintetizzate con diametri molto diversi,

iniettando queste particelle di diverse dimensioni si è visto quali riuscivano a passare e quali no. Questa è stata la prima

evidenza sperimentale che h