La regolazione del ciclo cellulare

La regolazione del ciclo cellulare

Il ciclo cellulare, cioè come si duplica una cellula eucariotica, viene da noi studiato sotto forma molecolare, ovvero come l'interazione delle proteine e molecole regolatrici di questo processo agiscono insieme. Mutazioni di geni che codificano per le proteine portano a una disfunzione della regolazione del ciclo cellulare ed è una delle principali cause del cancro.

Divisione cellulare

La divisione cellulare è alla base di qualsiasi riproduzione:

• Nuove cellule hanno origine solamente da altre cellule viventi.
• Gli organismi unicellulari si riproducono semplicemente per divisione cellulare.
• Gli organismi multicellulari vengono generati per innumerevoli divisioni che iniziano da una sola cellula, lo zigote.
• La divisione cellulare non termina con la formazione dell’organismo maturo (le cellule morte o invecchiate vengono rimpiazzate).

Le cellule degli organismi pluricellulari possono uscire più o meno permanentemente dal ciclo cellulare (fase di quiescenza G₀), seppur nel nostro organismo esistano diversi tipi di cellule che mostrano diverse capacità riproduttive:

• Cellule estremamente specializzate non si dividono, una volta differenziate permangono in tale stadio fino alla morte.
• Cellule che normalmente non si dividono ma che possono essere indotte alla divisione da stimoli appropriati (es. epatociti, in seguito ad epatectomia, linfociti in seguito ad interazione con l’antigene specifico).
• Cellule altamente mitotiche (es. cellule germinali, cellule staminali epiteliali o del sangue).

Cellule che proliferano tanto non hanno un'espressione fenotipica completa. Se si ha uno stimolo mitogenico non fisiologico si può incorrere a una repressione del controllo della differenziazione.

Interfase e fase M

Una cellula può andare incontro a un solo ciclo cellulare, che è una serie ordinata di eventi divisa, per comodità di studio, in una interfase e una fase M (mitosi propriamente detta). Queste fasi prevedono il compattamento della cromatina in cromosomi, la dissoluzione della membrana nucleare, la separazione dei cromatidi fratelli e la citodieresi con la riformazione dell'involucro nucleare.

L'interfase è divisa in:

• Fase G₁ di preparazione alla sintesi.
• Fase S di sintesi.
• Fase G₂ di preparazione alla mitosi.

La durata complessiva può variare, nell'uomo è di circa 24 ore. Una cellula che è ferma dal punto di vista proliferativo è ferma nella fase G₁, quindi esce dal ciclo cellulare andando in una fase detta quiescente o G₀. Se una cellula ha le caratteristiche della fase S o fase G₂ deve obbligatoriamente dividersi.

Attività di sintesi del ciclo cellulare

Sintesi di RNA e proteine è attiva nella fase G₁ e ferma nelle altre fasi, in quanto il DNA è impegnato a fare altro. L'unica eccezione è rappresentata dalle proteine istoniche, in quanto hanno un ruolo nella compattazione del DNA in cromatina. Quindi la trascrizione e la traduzione sono attività finemente regolate.

Esperimenti che hanno portato alla comprensione della genetica e dei prodotti dei geni della regolazione del ciclo, lo studio su organismi semplici, quali lievito e ovociti di anfibio, hanno semplificato la traslazione da questi organismi all'uomo. Uno dei primi esperimenti che ha fatto capire che ci sono degli elementi diffusibili che inducono il passaggio da una fase all'altra del ciclo cellulare è stato fatto tramite fusione di cellule in coltura che si trovavano in fasi diverse del ciclo cellulare. Questa fusione determinava il condizionamento di una cellula a opera dell'altra in modo tale da portarla alla stessa fase, tramite la diffusione di elementi.

Il ciclo cellulare è unidirezionale: il condizionamento delle cellule non riporta la cellula indietro nel ciclo.