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1 Il ciclo cellulare

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3 G1: marcato accrescimento della cellula, che sintetizza componenti strutturali ed enzimi per la duplicazione del DNA. S: duplicazione del DNA e sintesi di proteine cromosomiche G2: sintesi di proteine necessarie per la mitosi. M: segregazione dei componenti citoplasmatici e del materiale nucleare in due cellule figlie.

4 Il ruolo dei checkpoints nella regolazione del ciclo cellulare Esistono durante il ciclo dei checkpoint controls, che assicurano che ogni fase del ciclo sia completata correttamente prima dell inizio di quella successiva. La presenza di DNA non replicato impedisce l entrata in M L erroneo assemblaggio del fuso mitotico porta l arresto in anafase L arresto in G1 e in G2 delle cellule con DNA danneggiato dipende da P53

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6 Regolazione delle progressione durante il ciclo cellulare 1. La regolazione della progressione durante il ciclo cellulare è affidata a protein chinasi eterodimeriche, composte da una subunità catalitica e da una regolativa 2. Le subunità regolative sono dette cicline, poiché il loro livello di espressione oscilla in modo specifico durante le fasi del ciclo cellulare. 3. La subunità catalitica presenta un attività chinasica che è dipendente dall associazione con la ciclina, da cui il nome cdk (cyclin dependent kinase). 4. A loro volta l attività dei complessi cdk/cicline è controllata da eventi fosforilativi e dall associazione con proteine regolatrici.

7 Regolazione del ciclo cellulare nei mammiferi 1. Negli eucarioti inferiori una singola cdk (cyclin dependent kinase) regola le varie transizioni del ciclo cellulare associandosi sequenzialmente a G1, S e M cicline 2. Nei mammiferi invece esiste un intera famiglia di cdk che regolano la progressione attraverso il ciclo mediante l associazione con G1, S e M cicline.

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10 La fase M è divisa in 5 stadi

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17 Citodieresi

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21 Condensazione del DNA mitotico

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24 Cariotipo Umano

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26 Mitosi e Meiosi Risultato della meiosi: 4 nuclei figli apoidi differenti

27 La distribuzione casuale dei cromosomi nel corso della meiosi permette di ottenere la variazione genetica

28 Crossing over

29 La non disgiunzione causa aneuploidie

30 Morte cellulare: necrosi e apoptosi

31 L apoptosi è la modalità fisiologica di morte cellulare 1. Le cellule non sono entità immortali, ma invecchiano e muoiono 2. La morte cellulare in seguito a ipossia, ischemia, ipertermia, avvelenamento è detta necrosi 3. La morte cellulare fisiologica che segue all invecchiamento cellulare è detta apoptosi 4. Le due modalità di morte cellulare sono molto diverse dal punto di vista morfologico e biochimico

32 Ruolo biologico dell Apoptosi L apoptosi rappresenta un meccanismo endogeno di suicidio cellulare, ben distinto dalla necrosi, che gioca un ruolo importante in una serie di processi biologici fondamentali, tra cui Embriogenesi Rimodellamento tissutale e metamorfosi Turn-over cellulare

33 Tappe cronologiche dell apoptosi La cellula apoptotica passa attraverso una serie di stadi morfologicamente identificabili: Nella fase iniziale dell apoptosi una singola cellula perde i contatti con le altre cellule del tessuto. Il nucleo si condensa (picnosi) e successivamente si frammenta (carioressi). La cellula si contrae a causa della disidratazione citoplasmatica e della condensazione delle proteine. La maggior parte degli organuli intracellulari rimane intatta, sebbene si verifichi la dilatazione del reticolo endoplasmatico e dei mitocondri Nella fase successiva il ruffling (increspatura) e il blebbing (formazione di estroflessioni) della membrana plasmatica portano alla frammentazione cellulare. I frammenti, o corpi apoptotici, che ne derivano, contengono anche porzioni di nucleo. Infine, i macrofagi fagocitano i frammenti e li degradano completamente

34 L apoptosi non causa infiammazione Il processo apoptotico è molto rapido: cellule che vanno incontro ad apoptosi possono scomparire completamente entro alcune ore dall attivazione del processo. L apoptosi non porta alla liberazione di prodotti cellulari all esterno della cellula.

35 Apoptosi delle cellule epiteliali (I) 5. Cellula epiteliale normale (piatta) 6-7.Cellula epiteliale apoptotica che presenta un progressivo arrotondamento, blebbing superficiale e retrazione cellulare

36 Apoptosi delle cellule epiteliali (II) 8-9. Progressiva retrazione cellulare e blebbing 10. Gemmazione dei corpi apoptotici

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40 L apoptosi è un processo attivo L apoptosi si può verificare quindi la seguito della perdita di segnali trofici che normalmente sopprimono l espressione del programma genetico di morte cellulare: numerosi fattori di crescita, ormoni e altri stimoli esterni prevengono l apoptosi. L apoptosi, a differenza della necrosi, è un processo attivo che richiede energia metabolica, oltre alla sintesi di RNA e proteine. L innesco del fenomeno apoptotico è seguito da modificazioni della permeabilità di membrana, con uscita rapida e selettiva di ioni ed acqua dalle cellule, che porta alla condensazione citoplasmatica e all aumento della densità cellulare. La condensazione del citoplasma avviene parallelamente alla condensazione e alla frammentazione della cromatina nucleare, che si verifica a livello dei siti internucleosomici, con la formazione di frammenti di DNA di lunghezza pari a multipli interi di pb

41 I processi di proliferazione ed apoptosi sono correlati Nei tessuti con capacità di ricambio (fegato, epiteli, midollo osseo) la proliferazione ha inizio da una popolazione di cellule staminali. Una frazione di queste cellule va incontro continuamente a differenziamento e, dopo un periodo di vita limitato, ad apoptosi. Molti tessuti con capacità di ricambio possono rispondere allo stress fisiologico mediante un notevole aumento della proliferazione cellulare e quindi del numero di cellule (iperplasia). Questo fenomeno è il risultato di due componenti: una proliferativa, attivata da fattori come le citochine e gli ormoni, che stimolano la moltiplicazione delle cellule staminali, e una di sopravvivenza attivata da fattori che sopprimono l apoptosi delle cellule progenitrici.

42 Principali caratteristiche dell apoptosi 1. Ha specifici marcatori morfologici e biochimici 2. E un processo regolato finemente da un programma genetico 3. E richiesta l attività trascrizionale e traduzionale 4. La frammentazione della cromatina nucleare anticipa la morte cellulare 5. La frammentazione del DNA e la condensazione della cromatina sono importanti marcatori del processo apoptotico

43 Modificazioni biochimiche in corso di apoptosi 1. Frammentazione del DNA nucleare 2. Riduzione del contenuto di DNA 3. Riduzione del contenuto proteico 4. Espressione di nuovi antigeni di membrana e citosolici

44 L apoptosi dipende da un programma genetico La sequenza di eventi che segnano l innesco e la progressione del fenomeno apoptotico è soggetta ad una regolazione molto accurata si parla quindi di apoptosi come di morte cellulare programmata (PCD, Programmed Cell Death), cioè come di un evento che richiede l innesco di un ben preciso programma genetico da parte della cellula: la teoria oggi universalmente accettata è quella che il programma genetico di morte sarebbe sempre in esecuzione, se non venisse contrastato continuamente da stimoli promuoventi la sopravvivenza

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