Una cellula somatica umana possiede circa 4000 pori nucleari

Transcript

1 IL NUCLEO

2

3

4 Una cellula somatica umana possiede circa 4000 pori nucleari

5 Cisterna perinucleare nm La membrana nucleare esterna è continua con le membrane del reticolo endoplasmatico per cui lo spazio tra le 2 membrane è direttamente collegato al lume del reticolo. La membrana interna contiene invece proteine che legano la lamina nucleare.

6

7

8 Il complesso del poro è una struttura dinamica costituita da circa 30 proteine diverse chiamate nucleoporine disposte in gran parte in simmetria ottagonale diametro 120 nm. Tre anelli formano lo scheletro del poro le componenti luminali formano un diaframma capace di modificare il diametro del canale di tre volte In condizioni di riposo (circa 9 nm di diametro) consente il passaggio di molecole fino a 20kDa. La maggior parte delle proteine degli RNA deve attraversare il complesso del poro con un processo attivo, grazie al quali gli RNA e le proteine vengono riconosciuti e trasportati selettivamente

9 Una proteina cargo si lega all importina attraverso la sua sequenza di localizzazione nucleare. Il complesso importina/cargo si lega alle proteine dei filamenti citoplasmatici del complesso del poro e il trasporto procede attraverso legami in sequenza a specifiche proteine del poro sempre più vicine al lato nucleare. Una volta nel nucleo la proteina cargo si dissocia dall importina perché il legame di Ran/GTP provoca una modifica della conformazione dell importina che la libera dalla proteina cargo. L idrolisi del GTP nel citoplasma provoca il rilascio dell importina che è pronta per un nuovo ciclo.

10 La Làmina nucleare, è fatta di proteine filamentose appartenenti alla famiglia dei filamenti intermedi. Le lamine A B e C hanno un ruolo strutturale e regolativo. Le lamine di tipo A non sono espresse nelle cellule staminali ma solo nei tessuti differenziati, ciò suggerisce un suo ruolo per stabilizzare l espressione genica tessuto-specifica. Mutazioni sui geni che codificano per le lamine (LMNA) (lamine A e C) sono stati associati a diverse malattie genetiche come la progeria di Hutchinson- Gilford(invecchiamento precoce) e la distrofia di Emery e Dreifuss

11

12 IL NUCLEOLO è la fabbrica dei ribosomi Nel nucleolo viene trascritto l rrna mediante l RNA polimerasi 1 Nel nucleolo si formano ribonucleoproteine che partecipano allo splicing dei pre-mrna Nel nucleolo avviene la trascrizione e la maturazione degli RNA transfer e di lunghi RNA non codificanti trascritti da regioni internegiche

13

14

15 Sono visibili al ME una componente fibrillare ed una granulare che rappresentano stadi successivi di maturazione

16

17

18

19 I corpi di Cajal contengono ribonucleoproteine coinvolte nello splicing dei pre-mrna Sono anche coinvolti nella biogenesi e reclutamento delle telomerasi Contigono enzimi che regolano l ingresso in fase M e gli mrna degli istoni

20 MATRICE NUCLEARE E visibile al ME come una trama fibro-granulare diffusa fatta di tre principali componenti: -La lamina nucleare -Un reticolo fibro-granulare -Residui nucleolari Tra le proteine identificate ci sono le lamine, le nucleoplasmine (chaperones molecolari per la formazione di nucleosomi, dei ribosomi e per la regolazione della trascrizione), Actina, che partecipa al rimodellamento della cromatina e la vimentina.

21 I cromosomi non sono distribuiti in modo casuale ma occupano porzioni discrete definite territori cromosomici Questo dimostra che al di là dell apparente disordine, la disposizione del materiale genetico nel nucleo è accuratamente regolata.

22 La cromatina è costituita da DNA e istoni Gli istoni sono proteine basiche ricche di lisina e anginina ed altamente conservate. Proteine non istoniche sono associate alla cromatina e ne regolano le funzioni (enzimi della duplicazione del DNA, della trascrizione e i fattori di trascrizione) Negli spermatozoi al posto degli istoni troviamo le protamine che consentono una configurazione più addensata del DNA

23 Eterocromatina: è più addensata, trascrizionalmente inattiva e a duplicazione tardiva. Corrisponde alle zone centromeriche e telomeriche dei cromosomi. Contiene sequenze ripetute e non conservate. Eucromatina: è costituita da una quota minore meno condensata e trascrizionalmente attiva ed un altra a condensazione intermedia e inattiva. Il DNA codificante mrna è solo il 2%, la maggior parte del genoma è DNA non codificante proteine e di questo l 80% è trascritto in RNA non-codificante di cui molti sono costitutivi come l rrna e altri regolativi come i long ncrna, i micro RNA e gli RNA circolari.

24 L eterocromatina può essere ulteriormente distinta in costitutiva e facoltativa. L eterocromatina costitutiva è costituita da regioni di DNA altamente ripetitivo, costanti in tutte le cellule dell organismo e che nel cromosoma si concentra principalmente a livello del centromero e dei telomeri. L eterocromatina facoltativa può diventare condensata e temporaneamente inattiva, inoltre può essere inattivata solo in determinati tessuti oppure in determinati stadi dello sviluppo come uno dei due cromosomi X nelle cellule dei Mammiferi di sesso femminile.

25 L avvolgimento del DNA nei nucleosomi determina un accorciamento di circa 1/3 della lunghezza iniziale Forma nativa Struttura elicoidale a solenoide di 30 nm Filamento detton a collana di perle di 11 nm Fibra elementare

26

27 Gli istoni interagiscono con il DNA, carico negativamente a causa dell'abbondanza di gruppi fosfato, formando così strutture dette nucleosomi.

28

29 Gli istoni sono soggetti a modificazioni post-traduzionali quali acetilazione (che attiva la trascrizione), metilazione(associata spesso a repressione trascrizionale) e fosforilazione (oncogenesi e formazione dei cromosomi metafasici) tutte indotte da specifici enzimi che in tal modo influenzano il grado di condensazione della cromatina e l attività del DNA Anche modificazione del DNA come la metilazione delle Citosine (aggiunta di un gruppo metile CH3 alla citosina nel dinucleotide CpG) possono regolare il grado di condensazione della cromatina e la trascrizione e sono associati a molte neoplasie. In particolar modo, la metilazione di un promotore a monte di un gene causerebbe la sua repressione Modificazioni post-traduzionali epigenetiche sono ereditabili, non modificano la sequenza del DNA ma l espressione dei geni

30 Alcuni RNA non-coding hanno un azione regolativa dell espressione genica come i microrna che nel citoplasma regolano la traduzione di specifici mrna

31

32 I telomeri funzionano da contatore mitotico dell invecchiamento delle cellule Perdono un centinaio di coppie di basi ad ogni divisione cellulare Le germinali hanno telomerasi che aggiungono sequenze ad ogni divisione Anche molti tumori esprimono l enzima telomerasi Per ragioni intrinseche al suo meccanismo di duplicazione, il DNA terminale dei cromosomi non viene completamente replicato, provocando un accorciamento delle estremità cromosomiche ad ogni ciclo di replicazione. In assenza di attività telomerasica, i telomeri dei cromosomi delle cellule in attività proliferativa si accorciano progressivamente; quando la lunghezza dei telomeri scende sotto una soglia critica che si crede essere tra divisioni cellulari, le cellule diventano senescenti e la divisione cellulare si ferma. Nella specie umana, la telomerasi è attiva nelle cellule germinali, nelle cellule staminali e nelle cellule tumorali ma non nelle cellule somatiche (che rappresentano la maggior parte delle cellule del nostro corpo). I telomeri sono costituiti da sequenze di DNA altamente ripetitivo ed eterocromatico. La loro funzione è quella di proteggere il cromosoma da tutti quegli eventi che ne provocano l instabilità, infatti un cromosoma con un estremità danneggiata può facilmente attaccarsi ad altri e dare luogo a mutazioni cromosomiche.

33

34 Ciclo cellulare: ore nelle cellule attivamente proliferanti Fase G1: 2-8 ore. Intensa sintesi di RNA e proteine e accrescimento della massa cellulare e attivazione delle vie metaboliche per la successiva sintesi di DNA. Fase S: 7-10 ore. La cellula proliferante duplica il proprio DNA. Fase G2: 2-5 ore. Si svolgano i processi metabolici richiesti per l esecuzione della divisione cellulare. Fase M: 2-5 ore. Profase, metafase, anafase, telofase, citodieresi.

35 Avvicinamento dei cromatidi ai poli del fuso Aumento della distanza tra i due poli Formazione dell involucro nucleare e di un anello di actina e miosina citodieresi

36

37 Inizia la formazione dell anello contrattile di actina e miosina Si forma per compressione dei microtubuli

38 Il centromero contiene DNA altamente ripetuto ed eterocromatico che si associa a proteine che formano un complesso chiamato cinetocore su cui aderiscono i microtubuli. Altre proteine (coesina e condensina) servono rispettivamente per mantenere uniti i cromatidi e la compattazione dei cromosomi.

39 I cromosomi sono posizionati al centro del fuso grazie all azione congiunta dei motori proteici associati alle fibre del cinetocore e all allungamento dei microtubuli stessi alle loro estremità

40

41 CICLINE E CDK Nelle cellule eucariotiche la progressione attraverso le varie fasi del ciclo cellulare risulta essere finemente regolata dalle chinasi ciclina-dipendenti o CDK (Cyclin-dependent Kinases) una famiglia di proteine chinasi la cui attività dipende dalla loro associazione con delle subunità proteiche regolative dette cicline. Le cicline sono proteine instabili, sintetizzate e degradate periodicamente, che si accumulano in fasi del ciclo specifiche e che non solo attivano le CDK, ma ne determinano anche la specificità di substrato.

42 L MPF è stato Il primo complesso protein-chinasi dipendente da ciclina identificato e che regola la transizione G2-M

43 Il punto di controllo verifica che la fase precedente del ciclo sia andata a buon fine Durante le diverse fasi del ciclo cellulare sono presenti diverse combinazioni di CDK/ciclina che coordinano le operazioni che devono essere svolte in quella fase del ciclo cellulare mediante fosforilazioni Per esempio condensazione e replicazione dei cromosomi, duplicazione dei centrioli, accrescimento dei componenti citoplasmatici ecc. Ciclina E cdk 2: promuove il passaggio attraverso G1 Complesso che regola il passaggio metafase/anafase Ciclina A CDK 2: attiva la replicazione Ciclina A CDK 1: promuove l entrata in mitosi Ciclina B CDK 1: promuove il completamento della mitosi CDK2-ciclina E Nell intervallo G1-S e G2-M avviene la maggior parte della sintesi proteica

44