CICLO E DIVISIONE CELLULARE

GENETICA MENDELIANA

LINFOCITI B E T

PON di Scienze a.s. 2013/14 Esperto prof. C. Formica

Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it,

wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov

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La divisione cellulare è necessaria durante lo sviluppo e

per la rigenerazione dei tessuti.

G = Gap (intervallo)

S = Sintesi

M = Mitosi

Nella fase S il numero dei cromosomi passa da 2n a 4n e

resta 4n anche in G2.

Ciclo cellulare

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M

G1

G2

S

G0

G1: intervallo tra la

Mitosi e la replicazione

(fase S) del DNA .

Vengono duplicati gli

organuli cellulari

G0: la cellula è in riposo e

non si divide, ma può

ritornare in G1 e dividersi

di nuovo se stimolata (es.

cicatrizzazione, trapianto)

S: replicazione (sintesi)

del DNA e dei centrioli

G2: intervallo tra

sintesi DNA e mitosi;

vengono sintetizzate

le proteine cellulari.

La cellula si prepara

per la mitosi

M mitosi: profasemetafase

anafasetelofase citocinesi (citodieresi)

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Le cellule eucarioti si possono raggruppare in base alla loro capacità di dividersi

in:

1-perenni (es. neuroni): non si dividono mai dopo il differenziamento, cioè escono

dal ciclo e non vi rientrano più

2-stabili: la cellula smette di dividersi, entra in G0 rimanendo quiescente (a riposo)

e vi rimane fino a quando non interviene uno stimolo esterno che può farla

rientrare nel ciclo .

Esempi

1- cellule del fegato

2- fibroblasti della pelle: il ciclo riprende in caso di ferita o di taglio chirurgico

(cicatrizzazione).

Anche nella coda della lucertola accade qualcosa di simile quando viene tagliata e

successivamente ricresce.

3- dinamiche: non escono mai dal ciclo ma si dividono continuamente: es.

staminali, cellule dell’epidermide, leucociti (globuli bianchi), altre cellule del

sangue ecc.

Le cellule eucarioti e il ciclo cellulare

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Controlli del ciclo

Uno dei controlli del ciclo è esercitato dalle cicline in alcuni punti

specifici

Un altro è l’inibizione da contatto: nelle cellule in coltura la crescita

si interrompe appena le cellule vengono a contatto tra loro, quando

cioè formano uno strato. Nella crescita tumorale NON avviene tale

inibizione, e le cellule continuano a crescere in gran numero, facendo

accrescere la massa tumorale solida.

I geni oncosoppressori, presenti di norma su tutte le cellule, se

normalmente funzionanti:

-arrestano il ciclo cellulare quando la cellula non deve più dividersi

-sono in equilibrio con i proto-oncogeni (che per mutazione danno

origine agli oncogeni)

-inducono la riparazione del DNA;

-avviano processi di apoptosi nelle cellule danneggiate, per evitare

che vadano incontro a trasformazione tumorale

Presentazione a cura del prof. Ciro Formica 6

Eucromatina e eterocromatina

Nella cellula diploide (2n) i due cromosomi di ogni coppia sono di

provenienza materna e paterna.

Nella fase S il corredo cromosomico diventa 4n (ogni cromosoma è

formato da 2 cromatidi identici.)

Mentre il DNA si duplica solo nella fase S, la trascrizione delle

molecole di RNA avviene in modo continuo.

Nella fase S la cromatina del DNA si duplica in 2 fasi:

-eucromatina: poco condensata, viene replicata all’inizio della fase S

ed è continuamente trascritta in RNA

-eterocromatina: molto condensata, viene replicata più tardi nella

fase S ed è trascritta più lentamente.

La mitosi e le sue fasi

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Profase: inizio della mitosi. Migrazione dei centrioli verso i poli

opposti della cellula. La cromatina inizia a condensarsi e i

cromosomi si spiralizzano: cromatinacromosomi

Metafase: si completa il dissolvimento dell’involucro nucleare,

che era iniziato in profase

i cromatidi fratelli si separano, si forma il fuso mitotico.

I microtubuli del fuso si attaccano al centromero.

I cromosomi si allineano sulla piastra e sono perfettamente

visibili. È in questa fase che si può eseguire il CARIOTIPO

Anafase: i cromatidi fratelli si separano e migrano ai poli

opposti della cellula.

Telofase: inizia a ricostituirsi l’involucro nucleare, i cromosomi

cominciano a despiralizzarsi: cromosomicromatina

Citodieresi: le cellule figlie si separano

Durata delle fasi del ciclo

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Il ciclo cellulare dura nel complesso 18-24 ore, ripartite secondo lo schema

La durata della sola MITOSI è compresa tra 60 e 70 minuti, cioè circa 1 ORA

Nelle cellule del fegato il ciclo dura anche 1 anno

INTERFASE (fase del ciclo compresa tra due mitosi successive

2-3 h 6-8 h 6-12 h

profase metafase anafase telofase citocinesi G1 S G2

Nelle cellule embrionali le fasi G1 e G2 sono brevissime, quasi assenti, quindi prevalgono fase S e mitosi Al termine della mitosi, cioè dopo che si sono formate le 2 cellule figlie per citocinesi (citodieresi), il ciclo riprende da G1

INTERFASE (G1 +S +G2) MITOSI: totale 1 ora circa

Interfase e mitosi

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Interfase (G1+S+G2) Profase (prometafase) Metafase

Anafase Telofase Citocinesi

Fuso mitotico

Si forma durante le metafase e permette l’allineamento dei

cromosomi all’equatore. Ad esso partecipano:

Centrioli: organuli cellulari che si dispongono ai poli opposti della

cellula in divisione; vi si attaccano i microtubuli

Centromero: porzione del DNA che tiene uniti i cromatidi fratelli e

consente il loro attacco alle fibre del fuso mitotico.

Microtubuli: formano il fuso mitotico legandosi al centromero da un

lato e ai centrioli dall’altro.

Tubulina: proteina dei microtubuli che ha la proprietà di ingrandirsi

quando si forma il fuso e ridursi di dimensioni quando il fuso si

dissolve .

Cariotipo

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Si esegue con la cellula in metafase (formazione del fuso) per

mostrare i cromosomi ed evidenziare eventuali anomalie (es.

trisomia del 21 = sindrome di Down) Il centromero divide il

cromosoma in 2 bracci:

braccio corto p

braccio lungo q

Anomalie cromosomiche

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Tipo Descrizione

Delezione Manca una porzione del cromosoma

Duplicazione Presenza di un frammento di cromosoma in

eccesso (talora di un cromosoma intero)

Traslocazione Un frammento di cromosoma si è spostato su

un altro cromosoma e viceversa (scambio)

Monosomia Di una coppia di cromosomi omologhi ne

manca uno

Trisomia Oltre alla normale coppia esiste un terzo

cromosoma (uno dei due si è duplicato)

Poliploidia Il corredo cromosomico non è diploide ma

triploide, tetraploide …

La meiosi e le sue fasi

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Profase I: inizio della meiosi

Metafase I

Anafase I

Telofase I

Diacinesi

Profase II

Metafase II

Anafase II

Telofase II

Citodieresi: le cellule figlie si separano

Profase I della meiosi

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Leptotene: i cromosomi assumono l'aspetto di filamenti lunghi e

sottili.

Zigotene: i cromosomi omologhi si appaiano due a due (sinapsi).

Pachitene: i cromosomi si ingrossano e sono visibili i cromatidi

fratelli. In questa fase avviene il crossing-over (scambio di materiale

genetico)

Diplotene: si evidenziano i cromatidi.

Finita la sinapsi i cromatidi restano incrociati in punti detti chiasmi

nei quali è avvenuto il crossing-over (i 4 cromatidi formano la

tetrade)

Diacinesi: inizia alla fine della Profase I; le tetradi formano la

placca equatoriale. Si completa la prima divisione meiotica, che

porta alla separazione dei cromosomi omologhi, con conseguente

produzione di due cellule figlie con corredo aploide n.

Differenze tra MITOSI e MEIOSI

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MITOSI MEIOSI

Cellule somatiche diploidi (2n) Gameti (cellule germinali) aploidi (n)

Fegato, pelle, neuroni, intestino, muscolari …

Ovociti (femminili) Spermatozoi (maschili)

Sempre diploidi: divisione equazionale

Da diploidi ad aploidi: divisione riduzionale

Profase-metafase-anafase-telofase

Meiosi I: ProfaseI-metafaseI-anafaseI-telofaseI-interfase

Meiosi II: ProfaseII-metafaseII-anafaseII-telofaseII

Crossing-over = scambio di materiale genetico

Da 1 cellula madre 2 cellule figlie uguali

Da 1 cellula madre 4 cellule figlie APLOIDI nel maschio 1 cellula uovo APLOIDE + 3 globuli

polari nella femmina

Apoptosi e morte cellulare

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APOPTOSI = morte cellulare programmata delle cellule

somatiche. Avviene dopo circa 30-40 cicli, cellulari.

Nello sviluppo tumorale si verificano di solito:

Perdita dell’apoptosi

Inibizione da contatto

Altra forma di morte cellulare è la Necrosi, un evento

accidentale dovuto a vari fattori:

Ischemiascarso afflusso di sangue a un tessuto

Ipossiascarso apporto di ossigeno a un tessuto

Avvelenamento, trauma, ipo/ipertermia ecc.

Procarioti: riproduzione asessuata per scissione binaria

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Nei batteri (procarioti)

la divisione avviene in

20-30 minuti e non è

suddivisa in fasi come

negli eucarioti.

Oltre al DNA circolare

possono essere

presenti plasmidi

(segmenti isolati di

DNA) che di solito

sono portatori della

resistenza batterica

agli antibiotici.

Trasferimento del materiale genetico nei procarioti

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Nei batteri il materiale genetico passa da un individuo a un altro in 3 modi:

-coniugazione: i plasmidi si trasferiscono dal donatore al ricevente attraverso un “pilo” di

coniugazione. Al termine entrambi i batteri (donatore e ricevente) conterranno il plasmide

-trasduzione: un virus (batteriofago) fa da vettore da un batterio a un altro.

-trasformazione: il passaggio avviene attraverso una molecola di DNA (principio

trasformante). Solo in questo caso non c’è contatto diretto tra batterio donatore e ricevente

Virus: ciclo litico e ciclo lisogeno

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Ciclo litico: il virus (fago) infetta la cellula batterica e vi inietta il proprio DNA, che poi si

duplica più volte; ne nascono nuovi virus che distruggono il batterio (lisi) e poi vanno ad

infettare altre cellule.

Ciclo lisogeno: il batterio non viene distrutto poiché il DNA del virus si integra nel

cromosoma batterico e diventa profago.

Prima legge (dominanza dei caratteri) incrociando due linee

pure differenti per un carattere, nella F1 si producono individui

che manifestano il carattere dominante.

Seconda legge (segregazione) ogni individuo possiede coppie di

fattori per ogni gene, gli alleli (di provenienza materna e paterna)

che si separano alla meiosiformazione dei gameti

I due alleli possono essere uguali (omozigoti) o diversi (eterozigoti).

I rapporti fenotipici delle prime 2 leggi sono 3:1

I rapporti genotipici sono 1:2:1 (1/4 omozigote dominante, 2/4=1/2

eterozigote, ¼ omozigote recessivo).

In queste prime 2 leggi gli incroci avvengono tra monoibridi,

es. Aa x Bb.

Con la 3.legge gli incroci avvengono tra diibridi.

Esempi: AaBb x AaBb

Leggi di Mendel

Terza legge (assortimento indipendente)incrociando individui di linea pura che

differiscono per due caratteri, nella F2 tali caratteri si separano in modo

indipendente tra loro durante la formazione dei gameti, combinandosi secondo le

leggi del caso.

Es. incrocio tra eterozigoti per entrambi i geni : RrYy x RrYy

Incrocio tra diibridi

x RY Ry rY ry

RY RRYY RRYy RrYY RrYy

Ry RRYy RRyy RrYy Rryy

rY RrYY RrYy rrYY rrYy

ry RrYy Rryy rrYy rryy

2 coppie di alleli, ognuna posta su un paio di cromosomi omologhi:

Seme liscio e giallo RRYY

Seme rugoso e verde rryy

Incrocio P: RRYY x rryy

F1: RrYy 100%

F2 (RrYy x RrYy ): rapporti fenotipici 9:3:3:1;

Rapporti genotipici:

1/16 RRYY, 2/16 RrYY, 2/16 RRYy, 4/16 RrYy, 1/16 RRyy

2/16 Rryy, 1/16 rrYY, 2/16 rrYy, 1/16 rryy

Omozigote dominante per i 2 caratteri: 1/16

Eterozigote dominante per un solo carattere: 6/16

Omozigote recessivo per i 2 caratteri: 1/16

I geni situati sullo stesso cromosoma ma in loci differenti

possono essere separati l’uno dall’altro mediante il

crossing-over.

Dal crossing-over dipende la ricombinazione genica, un

fenomeno che avviene durante la profase I della meiosi

Crossing over e ricombinazione

Drosophila melanogaster (moscerino della frutta) - ha occhi rossi, corpo giallo marrone con anelli neri

-i maschi sono più corti delle femmine ed hanno la parte terminale più scura

-presenta dimensioni ridotte

- è facilmente allevabile

- caratterizzata da un rapido susseguirsi di generazioni

- ha 4 cromosomi grandi ed evidenti , si tratta quindi di un

ORGANISMO MODELLO

Es. di alleli: Gg (corpo grigio dominante su corpo nero)

Linfociti T

Th (helper )

Sono caratterizzati dai recettori CD4, che riconoscono MHC-II e gli

ANTIGENI estranei e riconoscono i macrofagi infetti

Tc (citotossici)

Sono caratterizzati dai recettori CD8: riconoscono MHC-I e l’Ag

estraneo. Riconoscono le altre cellule infette, che alla fine vengono

lisate e distrutte dai macrofagi

T-killer

Particolari T-citotossici in grado di uccidere le cellule bersaglio

Linfociti B

Danno origine alle plasmacellule

Producono particolari proteine, gli ANTICORPI

I linfociti

Linfociti Th (helper) CD-4 e macrofagi

Linfociti B e plasmacellule

Linfociti Tc (citotossici) CD-8

Quesiti-3 1-Qual è la corretta successione delle fasi del ciclo cellulare?

2-In quale fase del ciclo viene duplicato il reticolo endoplasmatico liscio (REL)?

3-I centrioli vengono duplicati in fase G1, G2, S o M?

4-La sintesi delle proteine cellulari avviene in fase G1, G2, S o M?

5-Qual è la fase più breve del ciclo cellulare?

6-In quale fase della meiosi avviene il crossing-over?

7-Quali strutture si attaccano ai centrioli durante la divisione cellulare?

8-Da cosa sono formati i microtubuli?

9-In quale fase della mitosi si esegue il cariotipo?

10-Cosa si intende per tetraploide?

11-Cosa si intende per delezione cromosomica?

12-Quante cellule aploidi si formano al termine delle due divisioni meiotiche (maschio)?

13-Quale modalità di trasferimento genetico dei batteri avviene senza contatto tra le cellule?

14-Quale trasferimento genetico dei batteri implica la presenza di un virus (fago)?

15-Da quale elemento batterico è veicolata la resistenza ai farmaci?

16-Quante cellule aploidi si formano al termine di ogni ciclo meiotico nella donna?

17-A quale tipo di anomalie cromosomiche appartiene la sindrome di Turner?

18-A quale tipo di anomalie cromosomiche appartiene la sindrome di Klinefelter?

19-Qual è il rapporto fenotipico della F2 dei diibridi?

20-Quanti sono gli eterozigoti dominanti per un solo carattere nei diibridi?

21-Da quali cellule hanno origine gli anticorpi?

22-Quale popolazione di linfociti riconosce i macrofagi infetti?

23-Da genitori di gruppo sanguigno AB e 0 possono nascere figli di gruppo?

Risposte-3 1-G1-S-G2-M

2-Il REL viene duplicato durante la fase G1

3-I centrioli vengono duplicati in fase S

4-Le proteine cellulari vengono prodotte in fase G2

5-La fase più breve è la mitosi

6-Il crossing-over avviene alla profase I (pachitene/zigotene)

7-Ai centrioli si attaccano i microtubuli

8-I microtubuli sono formati dalla proteina tubulina (cambia di dimensioni in rapporto alla

formazione del fuso mitotico)

9-Il cariotipo si esegue in metafase mitotica, quando si evidenziano bene i cromosomi

10-Tetraploide: corredo cromosomico (4n) che è 4 volte quello aploide (n)

11-La delezione è l’assenza di un frammento di cromosoma

12-Si formano 4 cellule aploidi

13-Senza contatto: la trasformazione batterica

14-Il fago interviene nella trasduzione

15-La resistenza ai farmaci è veicolata dai plasmidi

16-Se ne forma solo 1 (che maturerà in ovocita). Le altre 3 diventeranno globuli polari

17-Turner: monosomia X0 (45 cromosomi, manca un cromosoma X)

18-Klinefelter: trisomia dei cromosomi sessuali (XXY)

19-Rapporto fenotipico nei diibridi 9:3:3:1

20-Eterozigoti dominanti nei diibridi: 3/8 (6/16)

21-Gli anticorpi sono prodotti dalle plasmacellule (derivanti dall’attivazione dei linfociti B)

22-I macrofagi infetti vengono riconosciuti e attivati dai linfociti T helper

23-Genitori di gruppo AB e 0 figli di gruppo A e B