Ciclo cellulare

Rappresentazione schematica delle singole fasi del ciclo cellulare.

Il ciclo cellulare è la sequenza di diverse fasi di attività tra le divisioni delle cellule eucariotiche . Poiché il contenuto di DNA di una cellula o di un nucleo cellulare viene dimezzato durante la divisione ( mitosi ), deve essere nuovamente raddoppiato prima della divisione successiva. Questi due processi sono indicati come M-fase e fase S (di sintesi ). Tra di loro ci sono le cosiddette fasi Gap (engl. Gap ): G ₁ e G ₂ .

Fasi

Fasi individuali della mitosi

Dopo che la cellula madre si divide, le cellule figlie iniziano l' interfase . In questa fase tra due mitosi, i singoli cromosomi non possono essere riconosciuti come singole unità anche dopo la colorazione. L' attività del gene controlla il metabolismo della cellula in crescita. Il nucleo della tua cellula sviluppa almeno un nucleolo . A causa del contenuto di RNA ribosomiale , i nucleoli sono un prerequisito e un'indicazione del metabolismo cellulare. Un processo importante durante l'interfase è la duplicazione dei cromosomi.

Schema del ciclo cellulare. M = fase mitotica. La seguente interfase è costituita da G ₁ , S e G ₂ . Una cella può passare dallo stato G ₁ allo stato G ₀

Questo accade durante la sintesi o fase S. Essa è preceduta dalla G ₁ fase. Corrispondentemente, la fase S è seguita dalla G ₂ fasi.

G ₁ fase

Il termine fase G ₁ deriva da gap , in quanto questo è il periodo tra la divisione del nucleo e la sintesi del DNA. In questa fase (postmitotica o presintetica ) vengono integrati i componenti cellulari ( citoplasma , organelli cellulari ). La produzione di mRNA per istoni ed enzimi di replicazione ( DNA polimerasi , ligasi ) è necessaria per la prossima fase S. Per lo stesso motivo, aumenta l'apporto di desossiribonucleosidi trifosfati . Nel citoplasma delle cellule animali, i due centrioli si separano l'uno dall'altro. Ciascun cromosoma consiste di solo uno cromatidio o un'elica del DNA. Il contenuto di DNA della cellula G ₁ può essere determinato come 2 C mediante citometria del DNA . Il valore C rappresenta la dimensione del genoma (aploide) di un organismo.

• Cellule passare dalla G ₁ di fase al G ₀ fase se la cella non dovrebbe moltiplicare ulteriormente ( cellula dormiente ). Queste possono essere cellule che non si divideranno mai più, come le cellule nervose e le cellule muscolari dei muscoli striati. Altri tipi di cellule rimangono in G ₀ per settimane o mesi dopo essersi differenziati , ma possono tornare allo stato G ₁ in caso di eventi speciali come lesioni o perdita di cellule e successivamente dividersi. Esempi sono le cellule del fegato ( epatociti ) ei linfociti .

fase S

sta per fase di sintesi, a causa della duplicazione del DNA nel nucleo cellulare. Innescato da segnali genetici inizia in ogni cromosoma in diverse origini , la replicazione , il raddoppio dell'elica del DNA. Quantità corrispondenti di nuovi istoni raggiungono il nucleo cellulare dal citoplasma, che racchiude il DNA replicato. Anche i centrioli raddoppiano.
La fase S termina non appena il raddoppio del DNA è completo e ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi. La quantità di DNA aumenta da 2°C a 4°C in questa fase .

G ₂ Fase

In questo intervallo (postsintetico o premitotico) vengono sintetizzate molecole di RNA e proteine specifiche della divisione cellulare per prepararsi alla successiva mitosi. Il reticolo endoplasmatico è fuso. Nei tessuti, i contatti con le cellule vicine si dissolvono; la cellula si arrotonda e si ingrandisce assorbendo il fluido.

M fase

o fase mitotica: è qui che avviene la divisione dei cromosomi (mitosi), del nucleo cellulare (cariocinesi) e della cellula (citocinesi). Durante la mitosi si susseguono: profase , prometafase , metafase , anafase e telofase , la divisione cellulare di solito inizia parallelamente alle ultime fasi della mitosi. Metà divisione cellulare la quantità di DNA da 4 C per 2 C nuovamente .

• Se non si verifica alcuna divisione cellulare e la quantità di DNA è ulteriormente raddoppiata, si parla di endoreplicazione . Questo viene utilizzato in alcune cellule ad alte prestazioni per una maggiore sintesi proteica.

durata

La durata del ciclo cellulare, ad es. H. il tempo tra le successive divisioni cellulari può essere molto diverso:

• È uno dei più brevi durante le divisioni di scissione nella prima fase di sviluppo degli embrioni animali , in cui una grande massa di citoplasma viene divisa in molte cellule in breve tempo e un ciclo dura poco meno di 10 minuti. Le fasi G ₁ e G ₂ vengono quasi completamente eliminate e le fasi S e M vengono accelerate.
• Dura più a lungo nelle cellule che temporaneamente o permanentemente non si dividono più. In questi non avviene più replicazione dopo l'ultima mitosi, la cellula rimane nella fase G ₀ .

regolamento

Fattori esterni

I fattori che regolano il ciclo cellulare includono le dimensioni delle cellule e l'apporto di nutrienti. Anche la presenza o l'assenza di cellule vicine gioca un ruolo. Le cellule animali che sono cresciute densamente non si dividono più, passano allo stadio G ₀ . Inoltre, i fattori di crescita per loro determinati controllano l'andamento del ciclo nei tessuti .

Alcune sostanze chimiche possono trattenere le cellule che crescono in coltura in una determinata fase del ciclo cellulare e quindi sincronizzare le cellule di una coltura. Ad esempio, vengono utilizzate deossitimidina e afidicolina , che mantengono le cellule nella fase S.

Fattori interni e punti di controllo

La durata e la sequenza delle fasi sono monitorate ai posti di blocco . Assicurano che il passaggio successivo del ciclo cellulare non avvenga fino al completamento del precedente. Ai posti di blocco è possibile semplicemente interrompere il ciclo cellulare (arresto) o avviare la morte cellulare programmata ( apoptosi ).

Ci sono speciali proteine ​​del ciclo cellulare come CDK ( chinasi ciclina dipendenti ) e cicline . In determinati momenti del ciclo, queste proteine ​​vengono espresse in modo crescente fino a quando la loro concentrazione non raggiunge il massimo. Si ritiene che questo massimo sia il punto di controllo. Successivamente, le cicline vengono rapidamente scomposte. Le CDK e le cicline associate formano complessi la cui attivazione (defosforilazione di Thr14 e Tyr15 da parte di cdc25 ) o disattivazione è controllata, tra l'altro, da fattori di crescita e proto-oncogeni . I CDK specificamente fosforilano e attivano una serie di altre proteine ​​e quindi controllano il ciclo cellulare.

Un esempio di checkpoint è il

• Checkpoint per danno al DNA : se mancano i nucleotidi , se il metabolismo del DNA è disturbato in altro modo o se il DNA è danneggiato da radiazioni o sostanze chimiche ( mutageni ), questo genera un segnale ( p53 , che attiva p21 ). Fa sì che la cellula rimanga in una delle due fasi G o nella fase S. Se colpisce la fase S, la sintesi del DNA viene interrotta inibendo il complesso ciclina D/CDK4/6, il complesso ciclina E/CDK2 e la subunità delta della DNA polimerasi. I geni di riparazione vengono attivati ​​per riparare il danno al DNA.
• Punto di controllo della formazione del fuso: La separazione dei cromatidi nell'anafase della mitosi è impedita fino a quando tutti i centromeri ( cinetocore ) sono collegati alle fibre di trasporto dell'apparato del fuso e i cromosomi sono disposti uno accanto all'altro nella piastra equatoriale .

Inizio della divisione cellulare

La divisione nucleare (mitosi) e infine la divisione cellulare è iniziata negli eucarioti dal fattore promotore della mitosi ( MPF ). Il complesso proteico MPF è costituito dalla chinasi ciclina-dipendente " CDK1 " e dalla " ciclina B ". Nella forma attiva, il complesso fosforila varie proteine - come l' istone H1  - e inizia così la profase della mitosi. Gli istoni attivati ​​provocano la spirale del DNA , il cosiddetto " superavvolgimento ", che è uno dei requisiti fondamentali per l'inizio della divisione del nucleo.

Ciclo cellulare e cancro

Il ciclo cellulare delle cellule neoplastiche (cellule cancerose ) non è più controllato dall'organismo. Queste cellule si dividono autonomamente. La durata di un ciclo cellulare è diversa rispetto alle cellule normali.

La scoperta del ciclo cellulare ha consentito una visione più approfondita dello sviluppo del cancro. Le disregolazioni nel ciclo cellulare possono portare a una crescita incontrollata delle cellule e quindi dei tessuti. Importanti proteine regolatrici (ad esempio p53 ) vengono perse per mutazione o sono espresse in modo eccessivo.

Premio Nobel per la Medicina

Gli scienziati Leland H. Hartwell ( USA ), Tim Hunt ( Regno Unito ) e Paul M. Nurse (Regno Unito) hanno ricevuto nel 2001 il Premio Nobel per la Medicina per le loro scoperte su come controllare il ciclo cellulare .

link internet

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