NEGLI EUCARIOTI PLURICELLULARI TRE PROCESSI SONO NECESSARI PER FAR SI CHE DA UNA CELLULA (ZIGOTE) SI SVILUPPI UN ORGANISMO COMPLETO: 1) LA SINGOLA CEL

Transcript

1 CICLO CELLULARE, MITOSI E MEIOSI

2 NEGLI EUCARIOTI PLURICELLULARI TRE PROCESSI SONO NECESSARI PER FAR SI CHE DA UNA CELLULA (ZIGOTE) SI SVILUPPI UN ORGANISMO COMPLETO: 1) LA SINGOLA CELLULA DEVE CRESCERE E DIVIDERSI PER DARE ORIGINE A PIU CELLULE (CICLO CELLULARE); 2) LE CELLULE CHE DA ESSA ORIGINANO DEVONO ACQUISIRE VIA VIA DELLE PROPRIETA PECULIARI, TRASCRIVENDO SPECIFICI GENI CHE LE PORTINO A FORMARE I VARI TESSUTI DELL ORGANISMO (DIFFERENZIAMENTO); 3) MANTENIMENTO DELL OMEOSTASI CELLULARE ATTRAVERSO UN OPPORTUNO CONTROLLO DELLA MORTE CELLULARE (APOPTOSI)

3 IL CICLO CELLULARE Interfase (Fasi G 1, S e G 2 ) (ca h.) Mitosi (ca. 1 h.) OPPURE Meiosi (da molte ore a decenni)

4 IL CICLO CELLULARE USCITA DAL CICLO NEGLI ORGANISMI PLURICELL. (es.:uomo) ALCUNE CELLULE PROLUNGANO ENORMEMEMENTE LA DURATA DELLA FASE G 1, POICHE NON SONO PRESENTI I SEGNALI IDONEI A FAR PARTIRE LA PROLIFERAZIONE OPPURE PERCHE LA CELLULA SI E ESTREMAMENTE SPECIALIZZATA (DIFFERENZIATA) E IN QUEL PARTICOLARE TESSUTO NON E RICHIESTA CRESCITA ULTERIORE. QUANDO LA CELLULA NON SI DIVIDE PIU PER UN LUNGO PERIODO DI TEMPO, SI DICE CHE E USCITA DAL CICLO CELLULARE E SI TROVA IN FASE G 0 (Es.: NEURONI O CELL. MUSC.)

5 ALTRI TESSUTI, INCEVE, DOPO UN LUNGO PERIODO DI QUIESCENZA IN FASE G 0, POSSONO, SOTTO APPROPRIATI STIMOLI RIENTRARE NEL CICLO E RINNOVARSI (ES: FEGATO). INFINE ALTRI TIPI DI TESSUTO (ES: TESS. EPITELIALI) SONO IN CONTINUA RIGENERAZIONE.

6 LE CELLULE CHE SI DIVIDONO IN CONTINUAZIONE SONO LE CELLULE STAMINALI. CARATTERISTICA BASE DI QUESTE CELLULE E CHE HANNO UN CICLO CELLULARE ASIMMETRICO : IN GENERE UNA CELLULA FIGLIA CONTINUA A RIMANERE STAMINALE, MENTRE L ALTRA INIZIA UN PERCORSO DI DIFFERENZIAMENTO, CONTINUANDOSI A DIVIDERE, MA CON UN NUMERO DI DIVISIONI LIMITATO NEL TEMPO.

7 IN FASE G 1 LE CELLULE SONO DIPLOIDI (2n) CIOE AVRANNO UN NUMERO DI COPPIE DI CHR. TIPICO DELLA SPECIE CONSIDERATA. OGNI CROMOSOMA (DI UNA COPPIA) SARA COSTITUITO DA UN UNICO CROMATIDIO (CIOE DA UNA SOLA MOLECOLA DI DNA), CARATTERIZZATO DA UN CENTROMERO E DUE BRACCIA [p (corto) E q (lungo)]. DURANTE LA FASE S, LA CELLULA CONTINUA AD AVERE UN ASSETTO DIPLOIDE (2n) MA OGNI CROMOSOMA SARA COSTI= TUITO DA DUE CROMATIDI FRATELLI, UNITI IN PROSSIMITA DEL CENTROMERO DA MOLECOLE PROTEICHE DETTE COESINE. NOTA: IN QUESTO CASO NELLA FIGURA 2n E 4n STA AD INDICARE LA QUANTITA DI DNA, O MEGLIO, IL NUMERO DI FILAMENTI DI CUI CIASCUN CROMOSOMA E COSTITUITO!

8 IL CITOFLUORIMETRO E LO STRUMENTO DI ELEZIONE PER LO STUDIO DEL CICLO CELLULARE

9 LA TRANSIZIONE TRA UNA FASE E L ALTRA DEL CICLO E SOTTOPOSTA A CONTINUE VERIFICHE, PER ESSERE SICURI CHE LE PROCEDURE CARATTERISTICHE DI UNA FASE SIANO STATE COMPLETATE. 3 PRINCIPALI CHECK-POINT : 1) CHECKPOINT DI INGRESSO IN FASE S (TRANSIZIONE G 1 -S); 2) CHECKPOINT DI INGRESSO IN FASE M (TRANSIZIONE G 2 -M); 3) CHECKPOINT DI COMPLETAMENTO FASE M (METAFASE CITODIERESI)

10 REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE IL MECCANISMO FONDAMENTALE CHE REGOLA IL CICLO CONSISTE IN UNA MODIFICAZIONE POST-TRADUZIONALE TRADUZIONALE QUALE LA FOSFORILAZIONE DEI RESIDUI SERINA E TREONINA DI SPECIFICHE PROTEINE CELLULARI. ATTORI CHIAVE IN QUESTO PROCESSO SONO UNA CHINASI (CDK) ED IL SUO STRETTO INTERATTORE (CICLINA). A LORO VOLTA LA LORO ATTIVITA E REGOLATA!

11 CDK CONSENTE L INGRESSO IN MITOSI GRAZIE ALLA FOSFORILAZIONE IN Ser E Thr DI PROTEINE CELLULARI SPECIFICHE, CAPACI DI REGOLARE LA FORMAZIONE DEL FUSO MITOTICO, LA COMPATTAZIONE DEI CROMOSOMI, LA MORFOLOGIA CELLULARE, ETC. NEI MAMMIFERI ESISTONO DIVERSE PROTEINE CDK E DIVERSE CICLINE. IN BASE AI DIVERSI TIPI DI COMPLESSO CDK-CICLINA, CICLINA, VERRANNO CONTROLLATI DIVERSI PUNTI DEL CICLO.

12 prb: IL GUARDIANO DEL CICLO L EVIDENZIAZIONE DEI SISTEMI DI CONTROLLO DELLA TRANSIZIONE G 1 S NEI MAMMIFERI, E STATA ILLUMINANTE PER IDENTIFICARE LE ALTERAZIONI CHE PROMUOVONO LA PROLIFERAZIONE INCONTROLLATA DELLE CELLULE TUMORALI. UN CONTROLLORE ESSENZIALE PER LA PROGRESSIONE DEL CICLO DALLA FASE G1 ALLA S E COSTITUITO DAL COMPLESSO E2F/DP1, CUI PUO ASSOCIARSI L INIBITORE DELLA PROGRESSIONE DEL CICLO prb!

13 SCHEMA DELLA PROGRESSIONE DEL CICLO NEI MAMMIFERI prb (Non fosforilato) E2F/DP1 c-myc, c-fos, c-jun (e vari altri proto- oncogeni) Cicline D FOSFORILAZIONE DI prb

14 p53: IL GUARDIANO MOLECOLARE DELL INTEGRITA DEL DNA COME prb, p53 E UN ONCOSOPPRESSORE. SOTTO LO STIMOLO DI DANNO AL DNA, p53 TENDE A BLOCCARE LA PROGRESSIONE ATTRAVERSO IL CICLO CELLULARE, FACENDO SI CHE GLI EVENTUALI DANNI POSSANO ESSERE RIPARATI! SE IL NUMERO DIMUTAZIONI ACCUMULATE E ECCESSIVO, ALLORA LA CELLULA SCEGLIE LA VIA DELL APOPTOSI!

15 RIASSUMENDO, LA CELLULA, IN CASO DI EMERGENZA BLOCCHERA LA PROGRESSIONE DEL CICLO, ENTRANDO IN FASE G0 PER UNO DEI SEGUENTI MOTIVI: 1) DANNO AL DNA; 2) PRESENZA NELL AMBIENTE EXTRACELL. DI FATTORI (ES: TGF β) ) INIBITORI DI CRESCITA CELLULARE; 3) INIBIZIONE DA CONTATTO (IN CASO DI ECCESSIVO INCREMENTO DELLA DENSITA CELLULARE)

16 MITOSI E IL PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE SI VERIFICA NELLE CELLULE SOMATICHE ED IN QUELLE INDIFFERENZIATE DELLA LINEA GERMINALE, ASSICURANDO ALLE CELLULE FIGLIE UN ASSEGNAZIONE OMOGENEA DELLE COMPONENTI CELLULARI, INCLUSO IL DNA ORGANIZZATO PER L OCCASIONE IN CROMOSOMI!

17 SI IDENTIFICANO LE SEGUENTI FASI: i) PROFASE; ii) PROMETAFASE; iii) METAFASE; iv) ANAFASE; v) TELOFASE; vi) CITODIERESI O CITOCHINESI.

18 PROFASE LA PROFASE HA INIZIO CON IL COMPATTAMENTO DEI CROMOSOMI, GRAZIE A DEGLI ENZIMI (CONDENSINE) ATTIVATE DA CDK. INIZIA AD ORGANIZZARSI ANCHE IL FUSO MITOTICO! IN PARTICOLARE I CENTROSOMI (DA CUI SI DIPARTONO LE FIBRE DEL FUSO) SI DISPONGONO AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA.

19 PROMETAFASE LA PROMETAFASE SI FA COINCIDERE CON LA FRAMMENTAZIONE IN PICCOLE VESCICOLE DELL INVOLUCRO NUCLEARE, CONSEGUENTE ALLA DEPOLIMERIZZAZIONE DELLE LAMINE NUCLEARI (SEMPRE PER FOSFO= RILAZIONE DA PARTE DI CDK). SI INCOMINCIA A DELINEARE SEMPRE MEGLIO IL FUSO MITOTICO. QUESTO E IN PARTICOLARE COSTITUITO DA: i) FIBRE DEL CINETOCORE; ii) FIBRE ASTRALI; iii) FIBRE INTERPOLARI.

20 METAFASE I CROMOSOMI SI DISPONGONO IN POSIZIONE MEDIANA RISPETTO I DUE POLI DEL FUSO, IN UNA STRUTTURA NOTA COME PIASTRA METAFASICA. I MICROTUBULI DEL FUSO, ATTACCATI AI DUE CINETOCORI DI OGNI CROMATIDIO FRATELLO, TENDONO A STRATTONARE QUESTI ULTIMI IN DIREZIONI OPPOSTE (AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA). QUANDO SI RAGGIUNGE UN EQUILIBRIO TRA QUESTE FORZE AGENTI IN DIREZIONI OPPOSTE, I CROM. SARANNO DISPOSTI IN PIASTRA METAFASICA!

21

22 ANAFASE DOPO CHE, ATTRAVERSO UN ENNESIMO CHECKPOINT,, LA CELLULA SI E ASSINCERATA CHE LA DISPOSIZIONE DEI CROMOSOMI A LIVELLO DELLA PIASTRA METAFASICA E CORRETTA, VIENE ATTIVATO IL COMPLESSO MULTIPROTEICO APC (ANAPHASE PROMOTING COMPLEX) MEDIANTE FOSFORILAZIONE! TRAMITE QUESTO COMPLESSO LE COESINE CHE TENGONO INSIEME I CROMATIDI FRATELLI DI CIASCUN CROMOSOMA VENGONO DEGRADATEE CIASCUNO DI ESSI MIGRA AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA. NEL CONTEMPO LA CICLINA B VIENE DEGRADATA (SEMPRE DA APC), IN MODO TALE CHE L ATTIVITA CDK VIENE INIBITA!

23 TELOFASE ALL INIZIO DELLA TELOFASE OGNI CROMATIDIO FRATELLO E GIA STATO TRASPORTATO ALLE DUE OPPOSTE REGIONI DELLA CELLULA. SI RIFORMA L INVOLUCRO NUCLEARE MEDIANTE DE-FOSFORILAZIONE DELLA LAMINA NUCLEARE ED I CROMOSOMI INIZIANO A DECOMPATTARSI. ANCHE GLI ALTRI ORGANULI CELLULARI CHE SI SONO EQUAMENTE DISTRIBUITI AI POLI OPPOSTI DELLA CELLULA INIZIANO A RIORGANIZZARSI!

24 CITOCHINESI NELLA CITOCHINESI L AZIONE CONTINUA DELL ANELLO CONTRATTILE PROVOCA LA SEPARAZIONE IN DUE DEL CITOPLASMA CHE FISSA LA FORMAZIONE DI DUE NUOVE CELLULE.

25

26

27 MEIOSI NEGLI ORGANISMI EUCARIOTICI CHE SI RIPRODUCONO SESSUALMENTE, I GAMETI DEVONO CONTENERE UNA SOLA COPIA DEL CORREDO CROMOSOMICO (DA 2n AD n)! LA MEIOSI INTERESSA PROPRIO LE CELLULE DELLA LINEA GERMINALE ED ENTRA IN GIOCO DURANTE LA GAMETOGENESI!

28

29

30 L INTERO PROCESSO PUO ESSERE DIVISO IN DUE FASI: i) PRIMA DIVISIONE MEIOTICA (MEIOSI I): E UNA DIVISIONE RIDUZIONALE; ii) SECONDA DIVISIONE MEIOTICA (MEIOSI II) E UNA DIVISIONE EQUAZIONALE. LA MEIOSI HA TEMPI MOLTO PIU LUNGHI DELLA MITOSI (NELLA NOSTRA SPECIE DURA 24 GIORNI NEL MASCHIO E DECENNI NELLA FEMMINA)

31 n - indica la ploidia c - indica il contenuto di DNA I Meiosi II Meiosi 2n 2c 1n 2c 1n 1c 1 cellula 2 cellule 4 cellule

32 MEIOSI I - PROFASE LA PROFASE DELLA MEIOSI I E MOLTO LUNGA E SI POSSONO DISTINGUERE LE SEGUENTI SOTTOFASI: i) LEPTOTENE; ii) ZIGOTENE; iii) PACHITENE; iv) DIPLOTENE; v) DIACINESI.

33 PROFASE LEPTOTENE E ZIGOTENE LA FASE INIZIALE DELLA PROFASE I MEIOTICA RICORDA LA PROFASE MITOTICA: I CROMOSOMI SI INIZIANO A COMPATTARE, E L INVOLUCRO NUCLEARE SI FRAMMENTA. UNA DIFFERENZA PERO E MOLTO IMPORTANTE: I CROMOSOMI OMOLOGHI (DICROMATIDICI) SI APPAIANO A FORMARE STRUTTURE NOTE COME TETRADI!

34 PROFASE PACHITENE DURANTE QUESTA FASE VIENE A FORMARSI UN COMPLESSO MULTIPROTEICO NOTO COME COMPLESSO SINAPTONEMALE. TALE COMPLESSO FAVORISCE IL CROSSING OVER, SCAMBIO DI MATERIALE GENETICO FRA I CROMATIDI NON FRATELLI DI CROMOSOMI OMOLOGHI!

35 PROFASE DIPLOTENE IL COMPLESSO SINAPTONEMALE SCOMPARE ED I CROMOSOMI OMOLOGHI, PUR TENDENDO A SEPARARSI, RIMANGONO UNITI IN PROSSIMITA DELLE ZONE DOVE E AVVENUTO IL CROSSING OVER (CHIASMI)! SU DI UNA TETRADE POSSONO VERIFICARSI PIU CHIASMI (NELL UOMO SE NE OSSERVANO IN MEDIA 2 O 3 PER TETRADE).

36 PROFASE DIACINESI CON LA DIACINESI SI CONCLUDE LA PROFASE E SI ATTUA IL PASSAGGIO ATTRAVERSO LA METAFASE I. DURANTE LA DIACINESI I CROMOSOMI SI CONDENSANO ULTERIORMENTE, I NUCLEOLI SCOMPAIONOE SI CONCLUDE L ORGANIZZAZIONE DEL FUSO. IMPORTANTI DIFFERENZE CON LA MITOSI SONO: i) ALLINEAMENTO DI COPPIE DI CROMOSOMI OMOLOGHI IN PIASTRA METAFASICA; ii) SOLO UNO DEI DUE CENTROMERI E LEGATO ALLE FIBRE DEL FUSO; iii) LE COESINE VENGONO DEGRADATE SOLO IN MEIOSI II.

37 02_11.jpg Preparazione del complesso di assemblaggio I cromosomi omologhi iniziano ad appaiarsi si formano i bivalenti o tetradi Avviene il crossing-over over Gli omologhi iniziano a separarsi ma restano uniti nei punti in cui è Avvenuto il crossing-overover Si visualizzano i chiasmi I bivalenti diventano più contratti

38

39

40 MEIOSI II CON LA SECONDA DIVISIONE MEIOTICA, A PARTIRE DALLE DUE CELLULE APLOIDI CON CROMOSOMI DICROMATIDICI, SI FORMANO QUATTRO CELLULE APLOIDI CIASCUNA CON UN SET COMPLETO DI CROMOSOMI MONOCROMATIDICI! IN QUESTA FASE DELLA MEIOSI VENGONO RIPERCORSE LE STESSE IDENTICHE TAPPE DELLA MITOSI. NOTA: DURANTE L OOGENESI LA DIVISIONE MEIOTICA VIENE MOMENTANEAMENTE BLOCCATA IN METAFASE II PER POI RIPRENDERE E COMPLETARSI DOPO CHE LA CEL= LULA UOVO E FECONDATA!

41

42 IL SIGNIFICATO BIOLOGICO DELLA MEIOSI: LA VARIABILITA GENETICA LA DIVERSITÀ DEI GAMETI PRODOTTI DA UN INDIVIDUO E PRINCIPALMENTE DOVUTA A: 1) CROSSING-OVEROVER 2) ASSORTIMENTO INDIPENDENTE L UNIONE DEI CORREDI GENOMICI DI DUE GAMETI GENERA DUNQUE UN INDIVIDUO (ZIGOTE) UNICO ED IRRIPETIBILE.

43 ASSORTIMENTO INDIPENDENTE IN ANAFASE I

44

45

46 NELL UOMO IL SOLO ASSORTIMENTO INDIPENDENTE PUO DETERMINARE LA FORMAZIONE DI 2^23 23 (DUE POSSIBILI ORIENTAMENTI AI DUE POLI DEL FUSO, IL TUTTO ELEVATO AL NUMERO APLOIDE DI CROMOSIMI) ( ) DIVERSE COMBINAZIONI DI DISTRIBUZIONE DEI CROMOSOMI MATERNI E PATERNI NEI GAMETI

47 A QUESTO SI AGGIUNGA LA VARIABILITA DETERMINATA DAL CO. E PRATICAMENTE IMPOSSIBILE CHE, A MENO DEI GEMELLI MONOZIGOTI, VENGANO A COSTITUIRSI DUE INDIVIDUI IDENTICI PER CASO.