Metafase
Che cos'è la metafase?
In Biologia dello Sviluppo si indica con il termine "metafase" la seconda fase del ciclo di divisione cellulare (o la terza, se si considera la pro-metafase come una fase a sé stante), sia essa mitotica o meiotica.
Poiché durante la meiosi il ciclo di divisioni si ripete due volte (meiosi I e meiosi II), avremo similmente due momenti metafasici (metafase I e metafase II).
Durante la metafase si ha la formazione della piastra metafasica, collocata nella zona equatoriale della cellula, in cui i cromosomi sono allineati in modo tale da garantire la corretta segregazione del materiale genetico.
La modalità di allineamento rappresenta la maggiore differenza tra i processi di metafase in mitosi e metafase in meiosi II( che sono sovrapponibili) e quello della metafase in mitosi I, che invece è differente.
Differenza tra metafase in mitosi (sinistra) e metafase in meiosi I (a destra).
Metafase Mitotica
Iniziamo con il descrivere nel dettaglio il processo di metafase così come avviene in mitosi; successivamente saranno evidenziate le differenze rispetto a quanto accade in meiosi.
La metafase inizia una volta terminata la profase. Al termine del passaggio precedente nella cellula si sono formati i centrosomi, collocati ai poli della cellula, ed i microtubuli del fuso hanno preso contatto con i cromosomi, che ancora sono sparsi casualmente nella matrice cellulare.
Il microtubuli che formano il fuso sono costituiti da sub-unità proteiche di tubulina, una proteina dall'aspetto globulare delle dimensioni di circa 50 kilodalton.
I microtubuli sono di tre tipologie:
- microtubuli polari, che partono dai centrosomi e si dirigono da un polo all'altro della cellula, sovrapponendosi a quelli provenienti dal polo opposto nella zona centrale della cellula;
- microtubuli "del cinetocore", che legano il centromero dei cromosomi in un punto specifico, detto appunto cinetocore (ogni centromero contiene due cinetocori, uno per ogni cromatidio fratello, uniti da proteine dette coesine);
- microtubuli astrali, che dal centrosoma si estendono radialmente alla periferia della cellula.
Una volta preso contatto con i centromeri, i microtubuli del cinetocore iniziano a lavorare ad una sorta di "tira e molla" cellulare, al fine di allineare perfettamente il cromosoma sul piano equatoriale della cellula.
Questo processo di allineamento, che può richiedere anche molte ore, è realizzato grazie a continue rimozioni o aggiunte di sub-unità di tubulina al filamento del microtubulo, in modo da allungare ed accorciare alternativamente i microtubuli che legano i due cromatidi, muovendoli sul piano ortogonale a quello equatoriale fino a trovare la giusta posizione.
Durante l'allineamento, la cellula esegue un controllo sulla corretta esecuzione del processo, attraverso un meccanismo noto come "punto di controllo dell'assemblaggio del fuso".
Durante questo prolungato "tira e molla", i cromosomi sono soggetti a forze di trazione e spinta che potrebbero danneggiarli se non fossero saldamente condensati. Ecco perché il processo di condensazione avvenuto in profase è così importante per la riuscita della divisione cellulare.
Una volta che il punto di controllo dell'assemblaggio del fuso ha dato esito positivo, i cromosomi rilasciano dei segnali da cui dipende l'attivazione del complesso promotore dell'anafase, che determina il passaggio alla fase successiva.
Il Complesso promotore dell'anafase
Una delle strutture proteiche più importanti coinvolte nel processo di metafase è il complesso promotore dell'anafase (APC), che regola la transizione alla fase successiva della divisione cellulare.
Questo complesso proteico è una ubiquitina ligasi, che permette la marcatura di specifiche molecole che saranno poi degradate dal proteasoma 26S. I tre principali target di degradazione da parte dell'APC sono la Securina e le cicline S e M.
Quando la securina subisce l'ubiquitinazione da parte dell'APC e viene degradata dal proteasoma, rende disponibile la separasi, una proteasi cisteinica normalmente inibita dalla securina, che degrada la coesina.
I cromatidi fratelli diventano così liberi di spostarsi verso i poli opposti per dare inizio all'anafase.
L'azione del complesso promotore dell'anafase è inibito, durante tutta la metafase, dall'azione del punto di controllo del fuso, che impedisce all'APC di entrare in azione finché i cromosomi non siano perfettamente allineati e i cinetocori dei cromatidi fratelli non siano tutti vincolati a fibre del fuso dirette ai poli opposti della cellula.
Solo quando il check-point del fuso si esaurisce, il complesso promotore può entrare in azione.
La transizione da metafase e anafase passa necessariamente anche dalla degradazione delle cicline S e M, con conseguente inattivazione dei complessi M-CDK e S-CDK (chinasi ciclina-dipendenti).
Oltre al ruolo nella regolazione della transizione in anafase, APC agisce anche alla fine del processo mitotico promuovendone la fine e l'uscita della cellula dalla divisione cellulare.
Il complesso di promozione dell'anafase (APC) è un grande complesso proteico contenente 11-13 sub-unità. L'attività di APC richiede l'associazione con le sub-unità attivatrici (Cdc20 o Cdh1) che contribuiscono al legame del substrato.
Metafase della Meiosi I
Durante la Meiosi I la metafase segue dei passaggi simili a quanto avviene in mitosi, ma si differenzia principalmente per la necessità di ottenere una separazione dei cromosomi omologhi, in luogo della separazione dei cromatidi fratelli.
I microtubuli del fuso che provengono dai lati opposti della cellula legano quindi centromeri dei cromosomi omologhi, disponendoli lungo la piastra metafasica in modo che si formino due file di cromosomi.
I cromosomi omologhi sono disposti su file differenti in modo che ogni fila contenga una sola copia di ogni cromosoma e quindi un corredo cromosomico aploide.
Anche durante la meiosi I la cellula effettua un controllo dell'allineamento del fuso prima di entrare in anafase.
Metafase della Meiosi II
Durante la meiosi II gli eventi che si susseguono sono essenzialmente identici a quanto accade durante la mitosi.
La differenza più rilevante è data dal numero dei cromosomi coinvolti: poiché la prima divisione meiotica ha generato delle cellule aploidi, infatti, il numero di cromosomi coinvolti sarà la metà di quanto accada durante la mitosi.
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