Ciclo cellulare

CICLO CELLULARE

Le modificazioni più vistose a cui va incontro durante la propria vita una c. sono di tipo morfologico e di costituzione chimica. Schematizzando, in tutte le c., vi è un periodo in cui esse si presentano con delle caratteristiche ben precise di proprietà morfologiche e fisiologiche adatte a svolgere determinati lavori (c. muscolari, c. nervose, c. del sangue, ecc.) e dei momenti in cui queste c. si dividono (con ritmi che sono proprietà caratteristiche e tipiche delle diverse popolazioni cellulari). Essenzialmente quindi la vita di una c. è costituita da un periodo di interfase (a durata variabile in dipendenza del tipo cellulare) e da un periodo di divisione 'M' (sia per mitosi sia per meiosi). Il periodo interfasico è però a sua volta suddiviso in tre periodi: un periodo detto 'G ' (dall'inglese gap, intervallo); un periodo 'S' (da synthesis) ed infine un periodo 'G '. Durante il periodo 'G ' non vi sono particolari ed evidenti cambiamenti cellulari oltre all'accrescimento dei materiali citoplasmatici, tra i quali i vari organelli. Secondo l'ipotesi corrente sembra molto probabile che durante questo periodo venga anche sintetizzata una sostanza 'innesco' per l'avvio della sintesi del DNA. L'autoduplicazione del DNA avviene infatti nel periodo 'S'. Al termine del periodo 'S' vi è un periodo 'G ' che precede immediatamente il periodo 'M'. Non si conoscono ancora di preciso quali siano le caratteristiche chimico-fisiche che caratterizzano questo periodo, che pur deve essere di estrema importanza visto che costituisce il preludio della fase di divisione (comparsa delle fibre del fuso). Il ciclo cellulare è marcato, sotto il profilo citochimico del DNA, da un contenuto diploide nella fase 'G ', tetraploide al termine della fase 'S' e nella fase 'G ' ed all'inizio della fase 'M'. Le caratteristiche di durata nel tempo delle varie fasi del ciclo cellulare dei diversi tipi cellulari di un organismo sono tra i parametri di funzionalità di maggior interesse oggigiorno per i biologi. Infatti ogni tipo cellulare ha un ben determinato tempo di durata delle varie fasi (p. es. la fase 'G ' è molto variabile da tipo cellulare a tipo cellulare, la fase 'G ' ha una durata di circa tre ore per quasi tutte le c., la fase 'S' di circa otto ore e la fase 'M' di circa un'ora anche se per ogni tipo cellulare è possibile calcolare esattamente questi tempi) ed il ritrovare valori diversi può essere utile al biologo per stabilire l'instaurarsi di processi patologici.

Questo complesso di eventi deve essere strettamente regolato perché ogni errore nel ciclo può portare o alla morte cellulare o a una crescita incontrollata: la c. ha organizzato una forma di controllo attraverso eventi specifici denominati check points che impediscono il procedere durante il ciclo se le operazioni precedenti non sono state condotte bene a termine. Le proteine che lo regolano sono chiamate cicline e sono costituite in generale da due subunità che contengono la specificità con il substrato e una attività chinasica. Queste proteine vengono espresse specificamente in ciascuna fase del ciclo e dopo aver svolto la loro funzione vengono degradate rapidamente. Per entrare nella fase S le cicline attivano fattori specifici di trascrizione per enzimi necessari alla sintesi del DNA mentre un altro gruppo specifico organizza la formazione del fuso che sarà utilizzato per la segregazione dei cromosomi. L'ingresso in G avviene dopo aver completato la replicazione del DNA e le cicline specifiche attivano un fattore responsabile dell'ingresso in mitosi chiamato CDC . I cromosomi vanno incontro durante il ciclo a due fenomeni opposti come la condensazione e la decondensazione e si pensa che la cromatina venga fosforilata in una prima fase e poi defosforilata; tuttavia ancora non sono state identificate tutte le componenti responsabili di questo importante fenomeno. Anche il fuso mitotico deve essere smontato dopo la mitosi e altre cicline specifiche sono responsabili della sua degradazione. Come abbiamo detto, è importante che questi processi cellulari vengano controllati con cura, e i vari check points operano per assicurare che una fase sia terminata prima di entrare nella successiva. Sono state identificate molte proteine responsabili di questi controlli e mutazioni che, sopprimendo la loro attività, bloccano la c. in una determinata fase del ciclo. Se il DNA non è replicato correttamente la c. non entra in mitosi e il ciclo si ferma fino a che il DNA non è riparato; questo sistema impedisce che lesioni al DNA vengano propagate nelle c. figlie e inoltre che regioni di DNA che contengono rotture non vengano segregate in maniera diversa al momento della separazione dei cromosomi lungo il fuso mitotico. Nelle c. di mammifero, i danni al DNA inducono la produzione e l'attivazione della proteina 'p53', chiamata anche soppressore di tumori, la quale attraverso una cascata di eventi è responsabile del blocco della fase S, impedendo la progressione di c. che svilupperebbero molto facilmente fenomeni cancerosi, come si vede in c. che hanno mutazioni che inattivano il gene p53. L'architettura della c. e la sua regolazione, come anche il suo ciclo, sono tra gli argomenti di frontiera della ricerca biologica degli ultimi anni e le metodologie che sono state sviluppate permettono di sperare che in un futuro prossimo molti fenomeni saranno chiariti.