NUCLEO E GENOMA Funzioni del Nucleo e Ciclo Cellulare Ciclo cellulare Successione delle fasi cellulari tra una divisione e la successiva G2 La cellula si prepara alla alla divisione mitotica G 2 Interfase: (G1 S G2) S sintesi DNA M Interfase G 1 Profase Metafase* Anafase Telofase Citocinesi o citodieresi G 0 G 0 G 0 metabolismo e biosintesi basali; differenziamento cellulare G1 trascrizione, traduzione, biosintesi di precursori e macromolecole, assemblaggio di strutture e organuli cellulari, accrescimento della massa cellulare Durata: 12-24h Ciclo cellulare Nelle cellule proliferanti: cellule ciclanti 1-2 2-5 M G 2 G 1 Interfase G 0 7-10 S sintesi DNA 2-8... 1
Fase G1 Ciclo cellulare Nelle cellule differenziate: cessazione della fase ciclante G1: differenziamento Regolazione dell espressione genica M a livello trascrizionale (attivazione, repressione, ecc) a livello post-trascrizionale (splicing alternativo) a livello traduzionale (stabilità messaggero, efficienza traduzione, ecc) G 2 G 1 Interfase S sintesi DNA Fase quiescente Ciclo cellulare Istogenesi e differenziamento Nelle cellule differenziate: cessazione della fase ciclante Riparazione Morte cellulare G 2 M G 1 Zigote Crescita Proliferazione Omeostasi tissutale STOP G 0 STAZIONARIE (Quiescenti) S Interfase sintesi DNA G 0 uscita transtitoria o permanente! Rinnovamento CICLANTI (ematopoietiche, spermatogoni...) Reversibili (staminali, osteoblasti, satelliti muscolari...) Irreversibili STOP (neuroni, granulociti, fibre muscolari...) 2
Come è regolato il ciclo?? Mantenimento del serbatoio di cellule staminali Cyclin B (MPF) differenzia Cyclin E Mitosi asimmetrica Mitosi simmetrica MPF: CyclinB-CDK1 CyclinE-CDK2 APC (Anaphase Prom Complex or cyclosome) SAC (spindle assembly Checkpoint) Cyclin B Cyclin E 3
Fase si Sintesi Ciclo cellulare Acidi Nucleici Appaiamento complementare tra le basi (legami a ponte di idrogeno) DNA: T = A C G 5 M 3 G 2 G 1 Interfase G 0 S sintesi DNA 5 3 I due filamenti sono antiparalleli (corrono in direzione opposta) Nucleotidi: Timidina, Citidina - Adenosina, Guanosina Appaiamento complementare tra le basi (legami a ponte di idrogeno) DNA: T = A C G Acidi Nucleici RNA: U, A, C, G Acidi Nucleici Nucleotidi: Citidina, Uridina - Adenosina, Guanosina 4
RNA: U, A, C, G Acidi Nucleici Il DNA si duplica, in modo semi-conservativo Acidi nucleici 3 RNA DNA C 5 Complementarietà tra DNA e RNA in trascrizione: U = A C G Direzione di sintesi 5
Acidi nucleici Eucarioti: La sintesi dei filamenti complementari avviene in modo semidiscontinuo 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 La sintesi avviene in direzione 5 > 3 per tutti gli acidi nucleici 5 Acidi nucleici PRINCIPALE SECONDARIO Primer di RNA Duplicazione: a livello di più replisomi Replisoma: DNA Pol, elicasi, topoisomerasi I e II, ligasi, nucleosidi trifosfati... Aumentano o diminuiscono il grado di super-avvolgimento del DNA 6
Nei procarioti Procarioti unico cromosoma circolare 7
Eucarioti Acidi nucleici Progressione duplicazione del DNA Eucromatina > Precoce Eterocromatina > Tardiva G2: waiting for a signal Sintesi e associazione con istoni Cyclin B APC (Anaphase Prom Complex or cyclosome) SAC (spindle assembly Checkpoint) Cyclin E Mitosi e divisione cellulare La mitosi è un processo continuo che viene suddiviso schematicamente in quattro fasi: Profase-metafase-anafase-telofase Ogni fase è riconoscibile al microscopio ottico. La mitosi richiede la presenza di una struttura chiamata apparato mitotico che comprende un fuso costituito da microtubuli disposti longitudinalmente tra due strutture, I centrioli posti nei centrosomi. Il fuso, visibile nel citoplasma solo durante la fase M del ciclo, viene disassemblato al termine della mitosi che si conclude con la citodieresi 8
2 Cromatids Ciclo cellulare, cromosomi e mitosi Profase Metafase A scanning electron micrograph of a human X chromosome. (Reproduced by permission of Photo Researchers, Inc.) Ciclo cellulare, cromosomi e mitosi 2 cromatidi 2 Cromosomi omologhi Cariotipo centromero AUTOSOMI A scanning electron micrograph of a human X chromosome. (Reproduced by permission of Photo Researchers, Inc.) ETEROCROMOSOMI 9
Nome N. di coppie Specie comune cromosomiche Zanzara Culex pipiens 3 Mosca Musca domestica 6 Rospo Bufo americanus 11 Cariotipo 2 cromatidi centromero Cromosoma Cariotipo: caratteristiche del corredo cromosomico Autosomi (n coppie di cromosomi omologhi) Eterocromosomi (mammiferi X e Y) Riso Oryza sativa 12 Rana Rana pipiens 13 Alligatore Alligator missisipiensis 16 Telomeri Scimmia Rhesus Macaca mulatta 21 Grano Triticum aestivum 21 Uomo Homo sapiens 23 Telocentrico Acrocentrico (bovino, pecora, capra) Patata Solanum tuberosum 24 Bovino Bos taurus 30 Asino Equus asinus 31 (dove si forma il complesso del cinetocore) Cavallo Equus caballus 32 Cane Canis familiaris 39 Carpa Cyprinus carpio 52 Cariotipo Mitosi e divisione cellulare La mitosi è un processo continuo che viene suddiviso schematicamente in quattro fasi: Profase-metafase-anafase-telofase Ogni fase è riconoscibile al microscopio ottico. La mitosi richiede la presenza di una struttura chiamata apparato mitotico che comprende un fuso costituito da microtubuli disposti longitudinalmente tra due strutture, I centrioli posti nei centrosomi. Il fuso, visibile nel citoplasma solo durante la fase M del ciclo, viene disassemblato al termine della mitosi che si conclude con la citodieresi 10
Citodieresi o citocinesi 11
Coesin 12
Dineina cinesina bipolare Fuso mitotico 13
e la cellula vegetale? Mitosi => formazione del fragmoplasto sulla piastra cellulare equatoriale Formazione del fragmoplasto Il fragmoplasto origina dal fuso mitotico modificato => Organizzazione microtubulare e migrazione di vescicole dal Golgi e reticolo Microtubuli Complesso Golgi R. Endoplasmatico Complesso Golgi Origine dei plasmodesmi: La fusione delle vescicole intrappola membrane del reticolo 14
Escape from the cell cycle Apoptosi e Nucleo 200 bp 1200 bp 1000 bp 800 bp 600 bp 400 bp 15
Il Ciclo Cellulare Lo sviluppo di una singola cellula uovo fecondata fino alla formazione di un organismo complesso, multicellulare, implica la duplicazione cellulare, la crescita e la progressiva specializzazione delle funzioni (differenziamento). Il meccanismo di duplicazione cellulare delle cellule, ad eccezione di quelle germinali è noto come mitosi. Il Ciclo Cellulare La mitosi o divisione mitotica di una singola cellula determina la produzione di due cellule figlie, ciascuna delle quali geneticamente identica alla cellula parentale. Dopo la mitosi, le cellule figlie entrano in un periodo di crescita e di attività metabolica prima di affrontare una successiva divisione mitotica. L intervallo di tempo tra le divisioni mitotiche, cioè il ciclo vitale di una singola cellula, è chiamato ciclo cellulare. Ciclo cellulare La vita della cellula è controllata attraverso le diverse fasi del suo ciclo cellulare La mitosi rappresenta la distribuzione di copie esatte del materiale genetico La lunghezza della fase G1 dipende dal tipo cellulare E lunga nelle cellule che non si dividono, breve nelle cellule embrionali che si dividono attivamente Interfase (G1-G0) => espressione genica Proliferazione: => continui cicli cellulari (p.es. cellule germinative epitelio, ) Differenziamento: => non si dividono > G0 irrev. (muscolari, nervose, granulociti) => non si dividono > G0 rev. o facoltative (osteoblasti, satelliti, staminali) Morte: programmata, o apoptosi => programma genetico di regressione della cellula (morfogenesi, metamorfosi, regressione luteo ecc...) Si distingue dalla necrosi che si manifesta in seguito a danni cellulari provocati da tossine, meccanici, 16