Ciclo cellulare
Che cosa è il ciclo cellulare?
Il Ciclo Cellulare è una serie di eventi ordinati che avviene nelle cellule eucariote e che porta alla crescita e alla duplicazione cellulare.
Il periodo di tempo che va da una divisione cellulare all'altra è detto interfase.
In questo periodo la cellula cresce accumulando sostanze nutritive e preparandosi a replicare il proprio DNA per potersi dividere nuovamente.
L'interfase viene suddivisa in 3 fasi distinte, chiamate G1, S, e G2.
La quarta fase del ciclo è la mitosi, ovvero la divisione cellulare. Durante la mitosi i cromosomi si separano e migrano ai poli opposti del citoplasma, che si separa generando due cellule figlie.
Dopo la divisione cellulare, ciascuna delle due cellule figlie ricomincia l'interfase di un nuovo ciclo.
Sebbene di solito durante l'interfase non sono distinguibili differenze morfologiche della cellula, ogni fase del ciclo cellulare presenta un distinto set di processi biochimici specializzati che preparano la cellula per l'inizio della divisione cellulare.
Il Ciclo Cellulare è un processo vitale attraverso il quale da un ovulo fecondato si sviluppa in un intero organismo, così come il processo mediante il quale i capelli, la pelle, le cellule del sangue e degli organi vengono rinnovate.
Molti tipi di tumore sono dovuti a mutazioni dei geni responsabili del controllo e la regolazione del Ciclo Cellulare, provocando una crescita abnorme e potenzialmente invasiva del tessuto interessato.
Rappresentazione schematica del Ciclo Cellulare
Fasi del Ciclo Cellulare
Fase G1: La fase G1 (dall'inglese Gap – Intervallo) è il primo stadio dell'interfase. Durante questo periodo la cellula cresce di dimensioni e sintetizza i componenti del citoplasma e degli organelli, così come gli mRNA, i nucleotidi, gli istoni e le proteine necessarie alla duplicazione del DNA.
Il metabolismo cellulare, che nella precedente fase mitotica era rallentato, riprende ad un ritmo elevato. In questa fase i centrioli si trovano ancora singoli e separati. Nelle cellule somatiche umane, il cui Ciclo Cellulare dura 18-20 ore, la fase G1 rappresenta circa un terzo della durata totale del ciclo.
Fase S: Durante la Fase S (dall'inglese Synthesis - Sintesi) l'evento predominante è la sintesi del DNA. La replicazione ha luogo in molteplici zone del genoma e porta alla sintesi di ciascun cromatidio fratello identico al cromatidio di partenza, ricostituendo i cromosomi. Il materiale genetico presente nel nucleo cellulare viene quindi raddoppiato. Questa fase può durare anche la metà dell'intero ciclo cellulare ed è una delle fasi più importanti e delicate in quanto eventuali errori durante la replicazione del DNA possono portare alla comparsa di mutazioni, disfunzioni genetiche, tumori, morte cellulare.
Durante la Fase S, nelle cellule animali i 2 centrioli separati durante la divisione cellulare vengono duplicati per ricostituire i centrosomi.
Fase G2: In questa fase la cellula svolge i compiti preliminari per prepararsi alla successiva divisione. Vengono sintetizzati gli mRNA e le proteine necessarie alla mitosi e cominciano a manifestarsi modificazioni strutturali visibili al microscopio. Se parte di un tessuto, la cellula perde i contatti con le cellule vicine e prende una forma più tondeggiante, allargandosi mano a mano grazie ad un'aumentata assunzione di liquidi. La Fase S dura circa 3-4 ore e si conclude quando la cromatina comincia a condensarsi per prepararsi alla mitosi.
Fase M: La Fase M (dalla parola Mitosi) porta alla divisione della cellula progenitrice in due cellule figlie identiche. La Fase M si può suddividere in due processi: la mitosi, ovvero la segregazione dei cromosomi, i quali in parti uguali vengono trascinati dal fuso mitotico ai due poli opposti della cellula, e la citochinesi (o citodieresi), ovvero la divisione del citoplasma, del nucleo e degli organelli cellulari. La divisione cellulare ha luogo in un tempo relativamente breve, di circa 30 minuti.
Fase G0: Non tutte le cellule continuano a dividersi indefinitamente, ma in alcune condizioni la progressione del ciclo cellulare si interrompe, entrando nella cosiddetta fase G0. Molte cellule degli eucarioti pluricellulari sono infatti non proliferative e, una volta raggiunto il differenziamento cellulare, entrano in uno stato di riposo chiamato quiescenza. In questo stato possono rimanere a tempo programmato o a tempo indeterminato, come ad esempio nei neuroni e nelle cellule del muscolo striato. In altri casi, dopo successive divisioni le cellule possono andare incontro ad un progressivo invecchiamento e deterioramento del DNA, perdendo la capacità di proliferare ed entrando in uno stato detto di senescenza. Le cellule in questo stato vanno spesso incontro alla morte per fagocitosi da parte dei macrofagi.
Cellula in procinto di dividersi (metafase). In scuro i cromosomi allineati all'equatore.
Punti di controllo e regolazione del Ciclo Cellulare
Il passaggio da una fase all'altra del Ciclo Cellulare viene controllato attraverso dei punti di controllo (o checkpoint), i quali impediscono l'avanzamento del ciclo fintanto che i requisiti necessari non vengono soddisfatti.
Vi sono 3 punti di controllo principali.
Il primo regola il trasferimento tra le fasi G1/S. In questo checkpoint la cellula si assicura di avere abbastanza risorse ed energia per poter duplicare interamente il proprio genoma.
Una cellula malnutrita o che presenta danni al proprio DNA verrà bloccata dal checkpoint in fase G1 senza passare alla fase S.
Il secondo punto di controllo è tra le fasi G2/M e verifica che la cellula abbia raggiunto dimensioni idonee e che vi siano fosfolipidi e citoplasma sufficienti per potersi dividere.
Inoltre, questo checkpoint controlla se sia il momento giusto per attivare la divisione cellulare. In alcuni casi, infatti, le cellule adiacenti devono duplicarsi contemporaneamente in un dato momento, come ad esempio nei primi stadi della crescita embrionale.
Il terzo checkpoint si trova all'interno della fase M, durante lo stadio della mitosi chiamato metafase. A questo punto la cellula sta avviando la fase di divisione e viene controllato il corretto allineamento dei cromosomi al fuso mitotico prima di procedere con la separazione dei cromatidi (anafase).
Principali punti di controllo del Ciclo Cellulare.
La regolazione dei punti di controllo e del Ciclo Cellulare avviene principalmente ad opera di una classe di proteine chiamate cicline.
Questa proteine vengono espresse in momenti diversi del Ciclo Cellulare a seconda dello stato in cui si trova la cellula.
L'azione delle cicline si attua attivando un altro gruppo di proteine chiamate CDK (acronimo di Cyclin-Dependent Kinases ovvero Chinasi Ciclina-Dipendenti), le quali a loro volta con una serie di reazioni a cascata sono in grado di modulare diverse molecole bersaglio coinvolte nella trascrizione e nell'elaborazione dell'mRNA, coordinando il passaggio da una fase all'altra del ciclo modificando l'espressione genica.
Variazione dell'espressione di cicline e attivazione delle CDK durante il Ciclo Cellulare.
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