11

Ciclo cellulare, mitosi e meiosiCiclo cellulare, mitosi e meiosi

22

Divisione cellulareDivisione cellulare

Quando le cellule raggiungono determinate Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare l’accrescimento o dimensioni devono arrestare l’accrescimento o dividersidividersi

La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella cellula madre) e la citocinesi (divisione del cellula madre) e la citocinesi (divisione del citoplasma tra le due cellule figlie)citoplasma tra le due cellule figlie)

33

Divisione cellulareDivisione cellulare

Organismi eucarioti Organismi eucarioti unicellulari si unicellulari si riproducono in riproducono in modo asessuato per modo asessuato per MITOSIMITOSI

Nei pluricellulari la Nei pluricellulari la mitosi serve mitosi serve all’accrescimento e all’accrescimento e alla rigenerazione alla rigenerazione dei tessutidei tessuti

44

MITOSI fasiMITOSI fasi

Dopo la replicazione del DNA all’interno del nucleo:Dopo la replicazione del DNA all’interno del nucleo:

Condensazione e segregazione del DNA in due nuclei figliCondensazione e segregazione del DNA in due nuclei figli

Divisione del citoplasma (citodieresi)Divisione del citoplasma (citodieresi)

55

Ciclo cellulare fasiCiclo cellulare fasi

Interfase (G1 + S + G2)Interfase (G1 + S + G2)

MitosiMitosi

La mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulareLa mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulare

77

Ciclo cellulare checkpointsCiclo cellulare checkpoints

G1 checkpoint: dimensioni cellulari, presenza di nutrienti

G2 checkpoint:dimensioni cellulari, presenza di nutrienti, duplicazione DNA completa? danni al DNA? (riparazione del danno o… apoptosi)

M checkpoint:Cromosomi allineati sulla piastra del fuso? sono attaccati alle fibre del fuso?

Sintesi del DNA

88

Prima che la cellula entri in mitosi il materiale genetico Prima che la cellula entri in mitosi il materiale genetico viene viene duplicato duplicato (fase S) , ciascun cromosoma risulta (fase S) , ciascun cromosoma risulta quindi costituito da 2 cromatidiquindi costituito da 2 cromatidi

double strand

99

Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, l’altro paternal’altro paterna

Corredo cromosomicoCorredo cromosomico

……

Cr 1Cr 1

Cr 2Cr 2

Cr 3Cr 3

Cr 4Cr 4

Cr 5Cr 5Cr 6Cr 6

Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n)Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi2 omologhi

1010

profaseprofase Condensazione dei cromosomi

4 cromosomi monocromatidici

4 cromosomi dicromatidici

Cr 1

Cr 2

materno

paterno

Fase S

materno

paterno

1111

profaseprofase

metafasemetafase

Scomparsa membrana nucleare

I cromosomi si allineano lungo il pianoequatoriale della cellula

Le fibre del fuso (microtubuli) si attaccano al centromero di ogni cromosoma attraverso i cinetocori

1212

L’apparato del FUSO MITOTICO L’apparato del FUSO MITOTICO +CINETOCORE assicurano la +CINETOCORE assicurano la corretta ripartizione dei cromosomi corretta ripartizione dei cromosomi nelle due cellule figlienelle due cellule figlie

I due cromatidi fratelli adesriscono ai microtubuliI due cromatidi fratelli adesriscono ai microtubuliprovenienti dai due poli opposti del fusoprovenienti dai due poli opposti del fuso

1313

profaseprofase

metafasemetafase

anafaseanafase

Separazione dei cromatidi fratelli

1414

Segregazione dei cromosomiSegregazione dei cromosomi

cromosomacromosoma microtubulimicrotubuli

cromosomicromosomi

microtubulimicrotubuli

1515

profaseprofase

metafasemetafase

anafaseanafase

telofasetelofase

Decondensazione dei cromosomi

Ricompare la membrana nucleare

1616

profaseprofase

metafasemetafase

anafaseanafase

telofasetelofase

citodieresicitodieresi

1717

InterfaseInterfase ProfaseProfase MetafaseMetafase

AnafaseAnafase TelofaseTelofase

1818

2020

Nell’organismo pluricellulare adulto vi sono Nell’organismo pluricellulare adulto vi sono CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non compiono piu’ il ciclo (neuroni)compiono piu’ il ciclo (neuroni)CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non compiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderlocompiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderloCELLULE STAMINALI che continuamente compiono il cicloCELLULE STAMINALI che continuamente compiono il ciclo

c. perennic. perenni

c. stabili

Schema ciclo cellulare

2121

Cellule staminaliCellule staminali

Cellule Cellule non specializzatenon specializzate che possono subire diversi cicli di che possono subire diversi cicli direplicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghireplicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghimantenendosi indifferenziate…mantenendosi indifferenziate…

……possono essere indotte a differenziare dando origine a possono essere indotte a differenziare dando origine a cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule pancreatiche che producono insulina…)pancreatiche che producono insulina…)

2222

Cellule staminaliCellule staminali

2323

Cellule staminali embrionaliCellule staminali embrionali

da blastocisti 4-5 giornida blastocisti 4-5 giorni

danno origine a tutti i tipi cellulari dell’individuo danno origine a tutti i tipi cellulari dell’individuo

(totipotenti)(totipotenti)

anche nel liquido amniotico sono reperibili cellule anche nel liquido amniotico sono reperibili cellule

staminali pluripotentistaminali pluripotenti

2424

Cellule staminali dell’adultoCellule staminali dell’adulto

Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi

tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni

specifiche. specifiche.

In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule

staminali scarsamente differenziate, che si dividono staminali scarsamente differenziate, che si dividono

attivamente e che servono al rinnovamento del attivamente e che servono al rinnovamento del

tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es: tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es:

midollo osseo, muscolo)midollo osseo, muscolo)

2525

Cellule staminali del midollo osseoCellule staminali del midollo osseo

L’essere umano necessita approssimativamente 1011 nuove cellule ematopoietiche al giorno

2626

Cellule staminali del muscoloCellule staminali del muscolo

In seguito a un danno alle fibre muscolari vengono prodotti dei segnali locali che inducono le cellule satellite a proliferare, allo scopo di generare una progenie cellulare sufficientemente numerosa per riparare il danno tissutale

Fibra muscolare

Cellula satellite

2727

2929

Cellule staminali applicazioniCellule staminali applicazioni

BMT (trapianto di midollo osseo) terapia basata su cellule BMT (trapianto di midollo osseo) terapia basata su cellule

staminali dell’adulto in uso da molti anni (Il primo trapianto staminali dell’adulto in uso da molti anni (Il primo trapianto

allogenico di midollo osseo nell’uomo viene eseguito nel 1959 allogenico di midollo osseo nell’uomo viene eseguito nel 1959

da E. Donnal Thomas in un paziente affetto da leucemia acuta)da E. Donnal Thomas in un paziente affetto da leucemia acuta)

terapie sostituzione cellule in malattie degenerative (Parkinson, terapie sostituzione cellule in malattie degenerative (Parkinson,

diabete, distrofia muscolare, ricostruzione della pelle)diabete, distrofia muscolare, ricostruzione della pelle)

3030

IsolamentoIsolamento

Tessuti dell’adulto Cordone ombelicale Blastocisti preimpianto

Espansione Espansione in vitroin vitro

DifferenziamentoDifferenziamento

3131

In alcuni eucarioti In alcuni eucarioti con modalità diverse: con modalità diverse: (facoltativa) (facoltativa) (gemmazione, scissione, frammentazione, (gemmazione, scissione, frammentazione, partenogenesi)partenogenesi)

Riproduzione asessuataRiproduzione asessuataGli individui neoformati sono identici al genitore (cloni)Gli individui neoformati sono identici al genitore (cloni)NON crea variabilità nella specieNON crea variabilità nella specie

Nei procariotiNei procarioti SCISSIONE BINARIASCISSIONE BINARIA(obbligata)(obbligata)

protozoi, celenterati, protozoi, celenterati, platelminti platelminti

3232

Riproduzione asessuataRiproduzione asessuata

per GEMMAZIONE in Hydra per GEMMAZIONE in Hydra

(Cnidari)(Cnidari)

L’idra è anche in grado di L’idra è anche in grado di

riprodursi sessualmente come riprodursi sessualmente come

evidenziato dalla presenza di evidenziato dalla presenza di

un uovo.un uovo.

3333

Riproduzione SessuataRiproduzione Sessuata

Riguarda la maggior parte degli eucarioti, Riguarda la maggior parte degli eucarioti,

richiede la partecipazione di due individui di richiede la partecipazione di due individui di

sesso diverso che contribuiscono entrambi al sesso diverso che contribuiscono entrambi al

patrimonio genetico dei discendentipatrimonio genetico dei discendenti

2n2n

nn

2n2nGli individui neoformati non sono maiGli individui neoformati non sono mai

identici ai genitori: ricombinazione e identici ai genitori: ricombinazione e

riassortimento indipendente dei caratteririassortimento indipendente dei caratteri

parentali creanoparentali creano

VARIABILITA’ GENETICAVARIABILITA’ GENETICA

3434

Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, l’altro paternal’altro paterna

Corredo cromosomicoCorredo cromosomico

……

Cr 1Cr 1

Cr 2Cr 2

Cr 3Cr 3

Cr 4Cr 4

Cr 5Cr 5Cr 6Cr 6

Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n)Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi2 omologhi

Gameti: 1 corredo cromosomico (n) Gameti: 1 corredo cromosomico (n) 1 omologo per coppia1 omologo per coppia

3535

MeiosiMeiosi

Una sola duplicazione del DNA seguita da 2 successive divisioni

cellulari

Le due divisioni cellulari vengono indicate come prima e seconda

divisione meiotica (meiosi I, meiosi II), ciascuna suddivisa in

profase, metafase, anafase, telofase

Da una cellula diploide si originano quattro cellule aploidi

3636

I° DIVISIONE MEIOTICA (riduzionale)I° DIVISIONE MEIOTICA (riduzionale)

crossing over Segregazione indipendente omologhi

n

2nmaterno paterno

condensazione cromosomi

3737

II° DIVISIONE MEIOTICA (equazionale)II° DIVISIONE MEIOTICA (equazionale)

Si parte da una cellula 2n con cromosomi dicromatidici per arrivare a 4 cellule n con cromosomi monocromatidici

3838

Gameti parentaliGameti parentali

Gameti ricombinantiGameti ricombinanti

Crossing over (ricombinazione)Crossing over (ricombinazione)scambio di tratti di DNA (processo di rottura e saldatura) tra i cromatidi non fratelli di scambio di tratti di DNA (processo di rottura e saldatura) tra i cromatidi non fratelli di due omologhidue omologhi

3939

Effetto del crossing overEffetto del crossing over

La sequenza dei geni rimane invariata, quello che cambia è la

“combinazione” degli alleli di loci diversi lungo il cromosoma

I cromosomi ricombinanti sono diversi dai parentali

4242

Assortimento indipendente dei cromosomi parentali e Assortimento indipendente dei cromosomi parentali e crossing over generano infinita variabilità nei gameticrossing over generano infinita variabilità nei gameti

Per 2 coppie di omologhi= 2Per 2 coppie di omologhi= 22 2 possibili combinazionipossibili combinazioniNell’uomo 23 coppie di omologhi= 2Nell’uomo 23 coppie di omologhi= 22323 possibili combinazioni possibili combinazioni (8 388 608)(8 388 608)

Assortimento indipendenteAssortimento indipendente

4545

Appaiamento dei cr. Appaiamento dei cr. omologhi solo in meiosiomologhi solo in meiosi

Ricombinazione solo in Ricombinazione solo in meiosimeiosi

Mitosi: divisione Mitosi: divisione equazionaleequazionale

Meiosi: divisione Meiosi: divisione riduzionaleriduzionale

Mitosi produce 2 cell Mitosi produce 2 cell identiche, meiosi 4 cellule identiche, meiosi 4 cellule diversediverse

MITOSI e MEIOSI a confronto:MITOSI e MEIOSI a confronto:

4646

Confronto tra mitosi e meiosiConfronto tra mitosi e meiosi

MitosiMitosi MeiosiMeiosi

Sia nelle cellule somatiche che Sia nelle cellule somatiche che nelle germinalinelle germinali

Solo nelle cellule germinaliSolo nelle cellule germinali

Una sola replicazione del DNA Una sola replicazione del DNA seguita da una singola divisione seguita da una singola divisione cellularecellulare

Una sola replicazione del DNA Una sola replicazione del DNA seguita da due divisioni seguita da due divisioni cellularicellulari

Cellule figlie (2n) identiche tra Cellule figlie (2n) identiche tra loro e alla cellula parentaleloro e alla cellula parentale

Quattro cellule figlie (n) tutte Quattro cellule figlie (n) tutte geneticamente diversegeneticamente diverse

Funzione di accrescimento, Funzione di accrescimento, ricambio cellulare e ricambio cellulare e riproduzione asessuatariproduzione asessuata

Funzione di riproduzione Funzione di riproduzione sessuatasessuata

4747

Gametogenesi ♂ Gametogenesi ♂

Normalmentedegenerano

(Cellule germinali)

4848

SpermatogenesiSpermatogenesi

processo che inizia processo che inizia

con la pubertà.con la pubertà.

L’intero percorso di L’intero percorso di

maturazione da maturazione da

spermatogoniospermatogonio

a spermatozooa spermatozoo

dura 65-75 ggdura 65-75 gg

4949

Processo continuo, che parte dalla pubertà e Processo continuo, che parte dalla pubertà e continua per il resto della vitacontinua per il resto della vita

Vengono prodotti miliardi di spermatozoi nel Vengono prodotti miliardi di spermatozoi nel corso della vitacorso della vita

Da ogni spermatocita primario si ottengono 4 Da ogni spermatocita primario si ottengono 4 spermatozoispermatozoi

Caratteristiche della spermatogenesiCaratteristiche della spermatogenesi

5050

Gametogenesi ♀ Gametogenesi ♀

Normalmentedegenerano

(Cellule germinali)(Cellule germinali)

5151

Nei primi mesi di vita fetale inizia meiosi Nei primi mesi di vita fetale inizia meiosi blocco alla profase Iblocco alla profase I

Dalla pubertà fino alla menopausa un ovocita Dalla pubertà fino alla menopausa un ovocita ogni 28 giorni riprende la meiosi e completa la ogni 28 giorni riprende la meiosi e completa la I° divisioneI° divisione

Solo se fecondatoSolo se fecondato, l’ovocita secondario , l’ovocita secondario completa il processo di meiosi e diventa completa il processo di meiosi e diventa cellula uovo aploidecellula uovo aploide

OvogenesiOvogenesi

5353

Caratteristiche dell’ovogenesiCaratteristiche dell’ovogenesi

- Gli ovociti invecchiano insieme alla donna…..con l’età- Gli ovociti invecchiano insieme alla donna…..con l’età

aumenta il rischio di errori nella meiosi aumenta il rischio di errori nella meiosi ♀♀

- Nel periodo di vita feconda una donna produce circa 400- Nel periodo di vita feconda una donna produce circa 400 ovociti secondari (12 x numero di anni fertili)ovociti secondari (12 x numero di anni fertili)

- Alla pubertà il numero è ridotto a circa 200.000- Alla pubertà il numero è ridotto a circa 200.000

- Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti - Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti primari (bloccati in profase I)primari (bloccati in profase I)

Processo DISCONTINUO in cui la produzione dei gameti Processo DISCONTINUO in cui la produzione dei gameti avviene ciclicamente e si interrompe con il sopraggiungereavviene ciclicamente e si interrompe con il sopraggiungeredella menopausadella menopausa

- Da ogni oocita primario si ottiene una sola cellula uovo matura- Da ogni oocita primario si ottiene una sola cellula uovo matura

5454n-1n-1n-1n-1n+1n+1n+1n+1

meiosi I

meiosi II 2n2n

n+1n+1 n-1n-1

NON DISGIUNZIONENON DISGIUNZIONE IN IIN Iaa DIV. MEIOTICA DIV. MEIOTICA

Dopo fecondazione: zigote trisomicoDopo fecondazione: zigote trisomico monosomicomonosomico

5555

Il rischio di avere un figlio affetto da s. di Down (trisomia 21) o

altre anomalie cromosomiche dovute ad errori meiotici aumenta

con l’aumentare dell’età materna

5656

Età materna al parto in Età materna al parto in annianni

RischioRischio

2525 1/13761/1376

3030 1/9601/960

3535 1/4241/424

4040 1/1261/126

4545 1/311/31

4646 1/241/24

4747 1/171/17

4848 1/161/16

4949 1/9,51/9,5

Rischio sindrome di DownRischio sindrome di Down

5757

Gametogenesi ♂ e ♀ Gametogenesi ♂ e ♀ a confrontoa confronto

Dalla pubertà

Dalla pubertà

Si moltiplicano per tutta la vita Si moltiplicano solo fino ai primi mesi di vita fetale

Profase I

Scoppio follicolo

Una sola cellula uovo matura