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ciclo cellulare - Coggle Diagram
ciclo cellulare
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fasi del ciclo cellulare
1. FASE S
(1)
complessi prereplicativi
- corro il controllo del ciclo celluare vengono assemblati i complessi pre replicativi nelle orogini
- comunicano ad essere assemblati già in fase tardiva della mitosi precedente
- solo nei punti in cui ci sono questi complessi possono essere assemblati i complessi di replicazione le cui pp possono iniziare lo srotolamento della doppia elica
- quando si aprono le forcelle i complessi pre replicazione si sganciano e replicazione del DNA procede
- questo meccanismo permette di evitare che sequenze geniche vengano amplificate (ossia copiate + volte)
(2)
G1:
- complesso pre replicativi delle elicasi con complesso ORC per il riconoscimento dell origine. questo è collegato al DNA in tutte le fasi del ciclo celllualre
- in G1 la pp CDC6 si lega al complesso di riconoscimento dell origine portando ad un cambiamento di conformazione che determina il reclutamento della elicasi
- questo comporta il rilascio di CDC6 e CDt1 portando alla formazione del complesso pre replicativi e quindi all entrata. in fase S
S
- S CDK si era gia formata in G1 e in questo puntoi ibnattiva il comlesso di riconscimeno di origine, cdc6 e cdt1 fosforilandoli
- inoltre s cdl favorisce l aggancio di pp iniziatrici sul complesso con l'ausilio di DDk si ha poi l'attivazione della DNA elicasi
- elicasi si sganciano da ORC reclutando la DNA polimerasi che duplica il DNA
G2
- complesso pre replicativo non si riforma fino a fase G1 successiva perché ORC non può agganciare elicasi perché inibito dalla fosforilazione
- complesso Cdt1 è un elemento della regolazione che impedisce che si domino altri complessi pre replicativi nelle fasi successive del ciclo quindi è mantenuto inattivo finché APC distrugge la pp geminina che lega la pp inattivandolo
(3)
separazione dei cromatidi e delle cosina
- in fase SA le pp associate al DNA all interno del cromosoma devono essere duplicate
- uno degli elementi per la loro duplicazione è ciclica S CDK: aumenta la produzione di 4 pp isteriche del nucleosoma
- in generale la celllula eredita le pp dela regolazione e sembra che ci siano pp che si inseriscono dove si apre la forcella di replicazione e controllano che si assemblino sul DNA nuovo
separazione
- per separazione corretta dei cromosomi è importante che i cromatidi fratelli vengano tenuti accoppiati grazie a due fattori
- concatenamento del DNA: i filamenti gigli prodotti sono avvolti uno suol altro e posso svolgerli solo con un taglio con topoisomerasi 2
- coesine: pp formate da ≠ catene polipetidiche e almeno 2 delle catene sono Smc, ossia due catene avvolte con un dominio esterno con attività ATP amica ed un dominio cerniera all estremità opposta
- SMC si assemblano a formare un anello sigillato da una parte da due pp che legano il dominio con attività atpasica e così anello si assembla attorno ai cromatidi fratelli mantenendoli adesso
2. FASE M
(1)
fase ed eventi
- profase: cromatidi associati nel nucleo con cinetocore, fuori dal nucleo i cenarosomi ed il fuso mitotico sono in formazione
- prometafase: demolizione dell'involucro cellulare e aggancio dei cromosomi da parte dei microtubuli del fuso mitotico grazie al cinetocore
- metafase: cromatidi si allinano in coppie all equatore del fuso
- anafase: separazione dei cromatici fratelli con microtubuli del cinetocore che si accorciano e poli del fuso che si allontanano
- telofase: microtubuli interpolati si ritraggono ed inizia a riformarsi la membrana nucleare e cromatici iniziano a decondensarsi. inizia quindi a formarsi anello contrattile di actina e miosina
- citochinesi: separazione delle due cellule figlie
- il processo di mitosi inizia da un aumento della ciclina M quindi M raggiunge il picco alla fine di G2 e mantiene questo livello nelle fase precisi della fase M (fino a transizione metafase - anafase)
- aumento della ciclica M è responsabile di ≠ eventi della mitosi quindi è iniziatore della cascata di eventi
- complesso M cdl collabora con chinasi
- chinasi POLO PLK: importante per assembramento del fuso sua corretta polarità
- chinasi aurora: tipo A per stabilità del fuso e tipo B per aggancio dei microtubuli con cromatici
(2)
meccanismi molecolari: M-CDK e ingresso in mitosi
- complesso M-CDK è il master player che da inizio alla mitosi: tutto inizia col raggiungimento di una conc di ciclica M critica, la cui sintesi inizia a fine S
- oltre al controllo legato alla sintesi di M esistono meccanismi di controllo
- MCDK inattivo fosforilato da chiansi CAK e da WEE1 (primo attivatore e secondo inibitore) -> M-CDK con due fosforilazione ancora inattivo e si accumula senza rischio di attivare precocemente f M -> calo delle ciclone S da inizio a fase M con alterazione di equilibrio e la fosfatasi CDC25 viene fosforilata e attivata -> questa defosforila il P inibitore di M-CDK rendendolo attivo
- processo mantenuto da un doppio meccanismo di feedback +
- MCDK attivo fosforila CDC25
- MCDK attivo inibisce WEE1
- alla transizione meta ana fase si attiva *APC/C che determina la degradazione delle securinem, pp che schermano le coesine andando a separare i crtomatidi
- condensine: i due compatiti soo altamente compattati grazie a queste pp . hanno forma pentamera, due isocrone il cui dominio ATPasico lega 3 pp: CAPg, CAPh, CAPd2
- le condensino bloccano le anse dei cromosomi e si assemblano poi in struttura sovradimensionale ad anello, adatta per il raggiungimento del picco di M-CDK1 che fosforila le condensino
(3)
fuso mitotico e microtubuli
- fuso formato da microtubuli polarizzati, le cui estremità verso il citsol sono positive e quelle verso il cetrosoma negative
- sui microtubuli si muovono i motori pp che portano agli spostamenti dei cromosomi e separazione dei cromatidi
- ≠ tipi di microtubuli:
- interpolati: provengono da due cetnromeri e si collegano tramite pp motrci
- del cinetocore: si associano al cinetocore
- astrali: si agganciano alla membrana plasmatica adorando fuso in posizinoe adatta per la mitosi
(a)
due meccanismi che determinano la produzione appropriata del fuso
cetrosoma:
- contiene 2 centrioli perpendicolari
- con estremità - dei microtubuli addossate nella matrice pericentriolare
- conteine i complessi ad anello di gamma tubulina responsabile della enucleazione dei microtubuli
- contiene altre pp utili per regolazione del ciclo cellulare
- centrosommi duplicano precocemente nel ciclo e da questi vengono organizzati i microtubuli che poi si proiettano radialmente verso l'esterno con estremità +
cromatidi:
- aiutano assembramento del fuso nella zona dell equatore della cellula
(b)
motori proteici
- contribuiscono ad assemblare il fuso
5 tipi:
- dideina: aggancia i microtubuli alla membrana plasmatica e si muove verso estremità meno
- chinesina 14: di muove verso estremità meno facendo scorrere i filamenti uno su altro
- chinesina 5: si muove verso estremità più tra i due filamenti
- chinesina 4 e 10: si muovono verso estremità più e agganciano un microtubuli e un cromatico portando il cromatico verso l equatore del fuso
- motori pp originano dal centrosoma e determinano l assembramento del fuso tirando le fibre
- sono pp attivate da parte di chiami POLO aurora e MCDK
- capacità di auto organizzazione in quanto anche in assenza di centromeri si organizza il fuso, importante per fasi tardive della mitosi
(c)
duplicazione dei centrosomi
- per la divisione cellulare sono necessari due centosomi
- il centrosoma inizia a duplicarsi già in fase tardiva G1, aumentando la massa della matrice pericentriolare
- in S il complesso G1-s/CDk innesca la duplicazione della struttura ossia i due cetrioli si allontanano e si separano e alla base di ciascuno nascono nuovi cetrioli detti centrioli figli, quindi ho 4 cetrioli che si seprarano a coppie in fase M
- non è chiaro come i cenarosomi possano essere duplicati solo una volta
(d)
demolizione involucro nucleare
- per il dissolvimento dell involucro è inportante l'azione di MCDK che fosforila i complessi proteici a livello dei pori nucleari
- questo composta un disassemblaggio dei complessi e del poro
- inoltre fosforilazione di alcune pp della lamina nucleare la disgregano portando al decadimento della memrbana nucleare
(4)
cinetocori e aggancio dei cromatici al fuso
- microtubuli sono strutture con instabilità dinamica difatti si accorciano catastrofe e si allungano salvataggio
- in prometafase l'emivita dei microtubuli cala in maniera drammatica grazie a due pp:
- MAP microtubule associated pp che li stabilizzano
- fattori di catastrofe: favoriscono la depolarizzazione
- MCDK determina la degradazione molto più rapida dei microtubuli portandoli da una struttura a rete ad una in cui sono corti ed organizzati nel fuso mitotico
- cromosomi aiutano ad organizzare l'assemblaggio del fuso attraverso intervento della RAN - GTPasi, legata ai cromosomi ed è attivata da un GEF legato a sua volta alla cromatina
- la gtpasi attiva rilascia pp nel citosol che sono in grado di stimolare la nucleazione e stabilizzar i microtubuli intorno al cromosoma, aiutata da aurora B
- quindi la GTPasi attiva la nucleazione dei microtubuli nella zona del cinetocore, formando poi dei legami crociati antiparalleli grazie a chinesina 5
- chinesina 4 e 10 poi intervengono e spostano i cromosomi no alla zona equatoriale del fuso mitotico
- se non ci sono cenarosomi il fuso è organizzato dai cromosomi e può essere ben centrato perché non è ancorato alla memrbana
(a)
microtubuli agganciano i cromosomi con i l cinetocore sul. centromero mediato da pp Ponte del complesso NCD80 che legai lati del microtubuli per permetter allungamento e accorciamento
meccanismo
- profase tardiva: c'è ancora la memrbana quindi i microtubuli si allungano attorno coi poli alle estremità
- prometafase precoce: microtubuli si attaccano ai cinetocori che raramente avviene all interno del centromero, più spesso in modo laterale coi bracci del centrosoma che spingono all esterno
- prometafase media: cromosoma scivola e va ad essere aggiangiato alla parte terminale del microtubulo
- metafase: allineamento del cromosoma attraverso processi di allungamento e accorciamento del fuso + biorientamento per cui ogni cromatici è collegato ad una sola parte del microtubuli, grazie alla posizione del cinetocore e al meccanismo di aggancio causale-disaggancio
(b)
meccanismo causale
- ci possono essere agganci dei microtubuli alla parte sbagliata dei cinetocore, ma intervengono meccanismi di riparazione
- infatti cinetocore percepisce la tensione: cinetocore dei due cromatici fratelli si collegano ala parte corretta del fuso il quale tira, quindi cinetocore percepisce equilibrio di tensione e permette il reclutamento di altri fasci di microtubuli, oltre a rimanere stabile
- agganci ≠ sono tensionalmetne instabili e vengono quindi rotti e le fibre si sganciano
- questo avviene grazie alla presenza di aurora B che è nel cinetocore e interno e raggiunge quello esterno con la sua parte chinasica
- aurora B fosforila NDC80 sulla superficie del cientocore così che non aggancia altri microtutbuli
- se c'è alta tensione dovuta al biorentamento corretto allora aurora B non fosforila e si ha un reclutamento dei mircotubuli
(5)
forze che agiscono sul fuso mitotico
sui cromosomi agiscono ≠ forze con ruoli ≠ in funzione dello stato di progressione della cellula durante la mitosi
1) microtubuli sono strutture altamente dinamiche:
quindi per tirare il cinetocore non viene usata ATp ma vienedissasemblato il microtubuli all estremità. ATP non necessaria perché energia già immagazzinata dei microtubuli quando idrolizzato da GTP, il disassemblamento libera queste energia che è sufficiente per tirare il polo
2) fenomeno di flusso dei microtubuli:
micotubulo è normamlmenete disassemblato nella parte negativa nel centrosoma e alla metafase non si ha accoramento del microtubuli mentre nel centrosoma avviene la rimozione di tubulina che viene aggiunta in vece all estremità + portando alla trazione ma non separazione dei microtubuli
3) c'è una terza forza che contribuisce a spostare i cromosomi verso la piastra metafisica ossia la forza data dalle chietine 4 e 10 dirette verso estremità +, le quali legano le braccia del cromosoma e spingono verso l esterno, questa forza dimostrata con esperimento del taglio laser ed è una forza che si contrappone alla trazione dei microtubuli ossia il vento polare
(6)
APC e separazione dei cromatici
- durante anafase si devono sganciare i cromatici fratelli, e questo meccanismo è attivato dalla fsoforilazionedi APC/C da parte di M CDK, che ne aumenta l affinità per la proteina partner *cdc20+
- APC attivo attiva ubiquitina e degrada l a*securina+, pp normalemente legata alla separasi mandenendola inattiva
- *separasi+: liberata divernta attiva e va a tagliare le coesine sui cromatici i quali si sganciano e migrano ai poli
- separasi mantenuta inattiva anche da MCDK pero l'attivazione di APC ubiquitina anche quel chinasi e quindi toglie l'inibitore sella separasi
- infine la degradazione di ciclica mcdl e di cilena S porta allo spegnimento del segnale CDK permettendo il completamento del ciclo
(7)
punti di controllo dell assemblaggio del fuso
- punto di conrollo fa. si che finche tuti i. cromosomi non sono allineati non inizia la separazione ossia non viene attività la separasi
- dimostrato perché se data la corchicina che inibisce la polimerizzazione dei microtubuli allora cellula si blocca nella fase fra meta e ana fase
- questo passaggio è controllato ancora dalla forza di tensione: quando i cromosomi sono legati ai microtubuli in maniera instabile cioè non allineati prorpieametne interviene un processo dicambiamento conformazionale del cinetocore
- cinetocore quindi espone due siti per pp MAD2, che inibisce il complesso APC/C ed il ciclo si arresta
segregazionedei cromosomi
- anfase A cromatidi segregano ed inizaino ad essere tirai ai poli
- anafase B: quando i cromosomi arrivano ad una certa fistanza si allntanano fra loro e anche dal fuso grazie ad azione di due pp: dideina e chinesina 5 le quali tirano il fuso
- riformaizone della memrbana nucleare dovuta alla degradazione del complesso MCDK per cui i suoi target sono tutti fosforilati e tornano a formarsi i comlpessi dei pori nucleari e la lamina nucleare
citochinesi
(1)
a fine telofase inizia a formarsi il solco di divisione. Ma non in tutte le cellule dopo telofase ho la citochinesi, infatti in epatiti nel muscolo si ha mitosi e non suddivisione del citosolanello contrattile
- solco di divisione è l'affossamento della memrbana plasmatica ed al di sotto di esso si forma l'anello contrattile
- anello contrattile: actina + miosina 2
- nella zona dove si deve formare l'anello contrattile vengono attivate le pp formine: plasmano actina in catene di actina lineare ad anello su cui polimerizzano molecole di miosina
- anello si stringe ed intanto viene continuamente rimodellato, contemporaneamente alla costruzione della memrbana in vescicole
- verso la fine della divisione le due cellule rimangono attaccate per un piccolo tratto di citoplasma in cui sono trappolate i microtubuli interpolati rimanenti dal fuso cetrale
- questa zona è detta corpo intermedio e viene poi diviso tra le due membrana delle 2 cellule creando un accumulo di frammenti di microtubuli che funge fa riferimento per cellule su come posizionare il fuso mitotico per la prossima mitosi
assemblaggio anello contrattile
- mediato da GTPasi RhoA, la quale viene attivata con dei fattori profanati al fuso mitotico e da Rho-GEF
- Rho attiva ha due funzioni: attivare la formina che produce fasci allineati e lineari + fosforilare le chinasi tra cui ROCK
- le chinasi attive bloccano la +miosina fosfatasi* lascando la miosina fosforilata in grado di assemblarsi + fosforila ala catena leggera della miosina portando alla sua attivazione
(2)
orientamento planare della divisione
ci sono ≠ teorie su come l'anello forma nella zona appropriata:
- modello di stimolazione astrale: le fibre astrali e i poli mitotici istruiscono Rho ad attivarsi a metà fra i due poli (dimostrato con esperimento per cui il solco di divisione si forma solo a meta dei due poli)
- modello di stimolazione del fuso centrale: nella zona dei microtubuli interpolati c'è altissima concentrazione della pp CYK4 adibita alla attivazione di Rho
- modello di rilassamento astrale: le fibre astrali tirano meno la memrbana nella zona centrale dove quindi la memrbana tende a formare il solco
(3)
distribuzione degli organelli
- normalmente le cellule si dividono in maniera simmetrica
- RE e Golgi possono essere prodotti usando solo come stanno degli organelli preesistenti
- RE inizio della mitosi viene sganciano dalla membrana e si posiziona a meta della cellula e quando la celllula si divide anche esso viene tagliato e si ripartisce nelle due cellule
- Golgi stesso meccanismo
(4)
divisioni cellulari asimmetriche
- ripartizione ineguale di sostanze all interno della cellula ossia determinanti portano ad un determinato destino cellulare
- le sostanze che si distribuiscono nel citosol si dividono in maniera asimmetrica fra cellula figlia e cellula madre
- l orientamento del fuso mitotico è essenziale inasti può essere ruotato in base alle necessità portando con se delle informazioni posizionali
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