Il ciclo cellulare

Il Ciclo Cellulare

Una cellula non può iniziare il processo di divisione se non ha completato la duplicazione del DNA e non può dividersi se non ha raggiunto determinate dimensioni. Dati i contatti con l'ambiente esterno e le altre cellule, le cellule sono regolate dalla presenza di determinati fattori di crescita, grazie ai quali la cellula può dividersi. Nel caso in cui questi fattori siano assenti, la cellula può andare incontro a quiescenza o morte.

Le principali fasi di un ciclo cellulare sono:

G₁: fase metabolicamente attiva, durante la quale la cellula può assolvere alle sue funzioni; crescita cellulare - possiede DNA diploide.

S: duplicazione del DNA - possiede il corredo raddoppiato.

G₂: seconda fase metabolicamente attiva per la produzione di proteine necessarie, nucleotidi etc; segregazione dei cromosomi.

M: divisione cellulare.

G₀: fase di quiescenza a partire da G₁; è considerata come il 5° stadio del ciclo. Questa fase è provocata dall'assenza di fattori di crescita nei terreni di coltura, così come di nutrienti. I geni principali che si attivano in questo caso sono detti GAS (Growth Arrest Specific) che sono necessari allo stato di quiescenza. Qualora vi fossero sufficienti fattori di crescita e nutrienti, la cellula può rientrare in fase G₁; in questo caso si attivano i geni ESRG (Early Serum Response Genes), necessari per riprendere tutte le attività metaboliche (sintesi di proteine, ca. 8h).

La fase G₁ è la fase principale anche perché siano effettuati controlli sullo stato della cellula: dimensioni, errori nel DNA e riparazione (segnali interni): è definito START. In questa fase vengono controllati i segnali interni con i segnali esterni, principalmente fattori di crescita e nutrienti[1], contatto con altre cellule . Questo è un punto di restrizione, detto anche punto di non ritorno.

1 Regolazione del ciclo

Il controllo del ciclo è affidato ad un macchinario di proteine chinasi ciclina dipendenti: cdk. Esistono, infatti, nella cellula, svariati fattori solubili necessari per la regolazione del ciclo cellulare. In corrispondenza ad ogni fase sono sintetizzate proteine dette cicline che si legano alle cdk regolandone la funzione.

Durante START la cellula controlla i segnali che le permettono di procedere con il ciclo. In generale per le cellule animali, questi segnali convergono sulle cicline D (D₁, D₂ e D₃) ed è attraverso queste che il ciclo si "mette in moto".

I fattori di crescita determinano la sintesi di D₁ ,che si lega a cdk e la attiva. Questa attivazione si esplica con la fosforilazione e inattivazione della proteina pRB Questa proteina, infatti, in fase normale non è fosforilata e lega il complesso E2F, che regola la trascrizione di geni per passare alla fase S, inibendolo. In questa fase e lega cdk₂ e il complesso formato regola altri substrati.

Se si ha un danno al DNA causato da radiazioni, si ha un aumento del livello di p21, codificata dal gene ras, indotto trascrizionalmente dall'oncosoppressore p53 , codificata dal gene omologo. p21 si lega al complesso cdk₄/D impedendo il legame con pRB; si determina un arresto del ciclo per permettere il riparo del danno.

Altri due inibitori, p27 e p15^INK4b sono responsabili del blocco in G₁, indotto dal fattore antiproliferativo TGFβ inibendo i complessi cdk4/D e cdk2/E.

Per passare dalla fase G₂ in M si ha l'attivazione del MPF: Mitosis Promoting Factor, che non è altro che un complesso CicB/cdk₁ Mano a mano che sono sintetizzate nuove CicB, si formano nuovi MPF. Questo complesso è peculiare per la presenza di molti siti di fosforilazione. Deve essere attivato, infatti, da CAK (cdk activating kinase). È, inoltre, inibito dalla fosforilazione in altri sii mediante un'altra chinasi detta wee₁. La fosfatasi cdc25, infine, rimuove questi ultimi gruppi fosfato attivando MPF - questo è un processo importante per evitare un ingresso prematuro in mitosi.