Ciclo cellulare: periodi e controllo del ciclo di vita cellulare

Leggi questo articolo per conoscere i periodi e il controllo del ciclo di vita delle cellule!

Il ciclo cellulare (Howard e Pelc, 1953) è una serie di cambiamenti che avvengono in una cellula appena formata che coinvolge la sua crescita e divisione per formare due cellule figlie.

Consiste di due stati, una lunga fase I o interfase a crescita non divisoria e una fase M a divisione breve o fase mitotica. L'interfase è una serie di cambiamenti che avvengono in una cellula appena formata e nel suo nucleo prima che diventi nuovamente capace di divisione. Pertanto, è anche chiamato inter-mitosi. L'interfase non può essere elencata come stadio di mitosi.

È un momento critico in termini di preparazione per la divisione della cellula in quanto durante questa fase si verifica la duplicazione dei cromosomi nelle cellule mitotiche e il raddoppio delle dimensioni delle cellule. Interphase occupa il tempo tra la fine della telofase e l'inizio della successiva profase. La durata dell'interfase varia da organismo a organismo e occupa il 75-90% del tempo totale di generazione.

Periodi del ciclo cellulare:

Il ciclo cellulare è diviso in quattro periodi: G 1, S, G 2 e mitosi. Sulla base delle attività sintetiche, l'interfase è divisa in tre sotto-fasi; Gj, S e G 2 (G sta per crescita e S per sintesi).

1. Fase G 1 :

G di interfase varia nel tempo che occupa dal 25 al 50% del tempo interfase. G 1 è il "gap" temporale tra la fine della mitosi e l'inizio della sintesi del DNA (fase S). È il periodo più variabile; a seconda delle condizioni fisiologiche delle cellule, può durare giorni, mesi o anni. Le cellule che interrompono la proliferazione vengono arrestate in un punto specifico di G 1 e rimangono ritirate dal ciclo cellulare nello stato G 1 .

Il punto più importante nella regolazione della proliferazione cellulare si verifica durante G, quando viene presa la decisione cruciale se la cellula subisce un nuovo ciclo di divisione o entra nello stato di G 0, ma non è noto come questo venga raggiunto. G : il sotto-stadio è caratterizzato da una serie di attività in preparazione per la fase S e comprende la sintesi e l'organizzazione dei substrati e degli enzimi necessari per la sintesi del DNA. Pertanto G, è caratterizzato dalla sintesi di RNA e proteine.

2. Fase S:

È il periodo della sintesi del DNA. I cromosomi replicano la ricerca per questo (le molecole del DNA dell'erede funzionano come un modello e formano copie di carbonio.Il contenuto di DNA raddoppia e duplica un insieme di geni che si formano, ma restano attaccati a coppie.

Poiché le fibre di cromatina sono cromosomi allungati, ciascun cromosoma arriva ad avere due cromatidi fratelli che rimangono attaccati al centromero. Le cellule di fase S contengono fattori che inducono la sintesi del DNA. Gli istoni sono sintetizzati durante la fase S, il periodo durante il quale vengono associati al DNA appena replicato.

Il sotto-stadio ha una durata relativamente costante tra cellule simili di una specie, occupando dal 35% al ​​40% del tempo dell'interfase.

3. G 2-fase :

Questa fase segue la sintesi del DNA e precede la mitosi (M). È spesso caratterizzato da un aumento del volume nucleare e in media; la durata di G 2 è simile a quella della mitosi, 1-4 ore. Più significativamente, G 2 è il momento in cui si verificano determinati eventi metabolici e organizzativi che sono i prerequisiti della mitosi.

Durante questa fase vengono sintetizzate le proteine ​​necessarie per la formazione delle fibre del fuso. All'inizio di G 2, i ribosomi sono sintetizzati e questi sono riservati per il successivo ciclo cellulare. Anche Messenger RNA (mRNA) è realizzato in G 2 .

Prima della sintesi del DNA (in G, ), ciascun cromosoma di solito appare come un singolo filamento e quindi il valore del DNA è 2C, ma seguendo S, in G 2 il cromosoma appare come due cromatidi a trefoli e il contenuto di DNA ha un valore di 4C.

Durante lo stadio S, il contenuto di DNA ha un valore di 4C. Quando si verifica la mitosi, il valore del DNA viene ripristinato al valore 2C o se si verifica la meiosi, ogni prodotto avrà una costante di DNA del valore di 1C. La sintesi dell'RNA avviene nell'interfase, a differenza della sintesi del DNA, che si verifica solo durante la fase S. La sintesi di RNA è depresso in due periodi, durante la fase S e la fase M.

Controllo del ciclo cellulare:

1. Punti di controllo e loro regolamento:

L'inizio di un ciclo di divisione cellulare richiede la presenza di fattori di crescita extracellulari, o mitogeni in assenza dei quali le cellule si ritirano dal ciclo cellulare in G 1 ed entrano nella fase di riposo G 0 . Il punto in G 1 in cui viene valutata l'informazione relativa all'ambiente della cella e la cellula decide se immettere un altro ciclo di divisione viene chiamato punto di restrizione (o punto R). Le cellule hanno fame di mitogeni prima di raggiungere il punto R reinserire G 0 e fallire 10 subiscono divisione cellulare.

Le cellule che sono affamate di mitogeni dopo aver attraversato il punto R continuano attraverso il ciclo cellulare per completare la divisione cellulare prima di entrare in G 0 . Nella maggior parte dei tipi di cellule, il punto R si verifica poche ore dopo la mitosi. Il punto R è di cruciale importanza per comprendere l'impegno delle cellule a sottoporsi a un ciclo di divisione cellulare. L'intervallo in G, tra la mitosi e il punto R è il periodo in cui il segnale multiplo coincide e interagisce per determinare il destino della cellula.

Quelle parti del ciclo cellulare, come il punto R, in cui il processo può essere fermato sono noti come punti di controllo. I checkpoint operano durante le fasi di gap. Questi assicurano che la cellula sia competente a subire un altro giro di replicazione del DNA (al punto R in G, fase) e che la replicazione del DNA sia stata completata con successo prima della divisione cellulare (punto di controllo della fase G 2 ).

2. Cicline e chinasi dipendenti dalla ciclina:

Un importante meccanismo per il controllo della progressione del ciclo cellulare è attraverso la regolazione della fosforilazione delle proteine. Questo è controllato da specifiche protein chinasi costituite da una subunità regolatrice e una subunità catalitica. Le subunità regolatorie sono chiamate cicline e le subunità catalitiche sono chiamate chinasi dipendenti dalla ciclina (CDK).

I CDK non hanno attività catalitica a meno che non siano associati a una ciclina e ciascuno di essi può associarsi a più di un tipo di ciclina. Il CDK e la ciclina presenti in uno specifico complesso CDK-ciclina determinano congiuntamente quali proteine ​​bersaglio sono fosforilate dalla protein chinasi.

Esistono tre diverse classi di complessi cyclin-CDK, che sono associati alle fasi G 1, S o M del ciclo cellulare.

(i) I complessi CDK G 1 preparano la cellula per la fase S attivando i fattori di trascrizione che causano l'espressione degli enzimi richiesti per la sintesi del DNA e dei geni che codificano i complessi di fase CDK.

(ii) I complessi di fase CDK stimolano l'inizio della sintesi organica del DNA. Il macchinario garantisce che ciascun cromosoma venga replicato una sola volta.

(iii) I complessi mitotici CDK inducono la condensazione cromosomica e la separazione cromosomica ordinata nelle due cellule figlie.

L'attività dei complessi CDK è regolata in tre modi:

(i) Controllo della trascrizione delle subunità complesse CDK.

(ii) da inibitori che riducono l'attività dei complessi CDK. Ad esempio, i complessi mitotici COK sono sintetizzati in fase S e G., ma la loro attività viene repressa fino al completamento della sintesi del DNA.

(iii) Con la proteolisi organizzata dei complessi CDK in uno stadio definito nel ciclo cellulare in cui non sono più necessari.

3. Regolamento di E2F e Rb:

La progressione del ciclo cellulare attraverso G. e nella fase S è in parte regolata dall'attivazione (e in alcuni casi inibizione) della trascrizione genica, mentre la progressione attraverso le fasi successive del ciclo cellulare sembra essere regolata principalmente da meccanismi post-trascrizionali. Il passaggio attraverso il punto chiave G 1 R dipende in modo critico dall'attivazione di un fattore di trascrizione, E2F.

E2F stimola la trascrizione e l'espressione di geni che codificano per proteine ​​necessarie per la replicazione del DNA e la sintesi di deossi-rri-nucleotidi, nonché per cicline e CDK richieste nelle fasi successive del ciclo cellulare. L'attività di E2F è inibita dal legame della proteina Rb (la proteina soppressore tumorale del retinoblastoma e le proteine ​​correlate).

Quando Rb è ipofosforilata (sotto fosforilata) l'attività E2F è inibita. La fosforilazione di Rb da parte dei complessi ciclina-CDK durante la fase G 1 media e tarda libera l'E2F in modo che possa attivare la trascrizione.

4. Attivazione e inibizione del ciclo cellulare:

Le piccole proteine ​​inibitrici possono ritardare la progressione del ciclo cellulare mediante la repressione dell'attività dei complessi ciclina-CDK. Esistono due classi di questi inibitori, proteine ​​CIP e proteine ​​INK4.