Mitosi

Cosa è la mitosi?

La mitosi è la divisione cellulare tipica delle cellule somatiche (ovvero di tutte le cellule del corpo tranne quelle riproduttive) al termine della quale, dalla cellula iniziale, si ottengono due cellule figlie con patrimonio genetico (DNA) identico alla cellula madre che si è divisa.

 Il ciclo cellulare si divide in:

• Interfase, che comprende la fase G1 (gap, intervallo), la fase S (sintesi) e la fase G2 (secondo intervallo). L’interfase è la fase tra una mitosi e l’altra.
• Mitosi, cioè la divisione cellulare, a sua volta suddivisa in Profase, Prometafase, Metafase, Anafase, Telofase e citodieresi o citochinesi

Alla fine della mitosi, la divisione del citoplasma (citochinesi) completa la divisione ottenendo due cellule figlie identiche alla cellula madre.

Durante la mitosi i cromosomi, che sono già stati duplicati, si condensano e si attaccano alle fibre del fuso mitotico che distribuirà una copia di ognuno verso i poli opposti della cellula. Il risultato è la formazione di due cellule figlie geneticamente identiche. Il resto della cellula si divide per citochinesi per produrre due cellule separate. La produzione di tre o più cellule figlie è un errore mitotico chiamato mitosi tripolare o multipolare. Altri errori durante la mitosi possono indurre l’apoptosi (la morte cellulare programmata) o causare mutazioni. Certi tipi di cancro possono insorgere da queste mutazioni.

La mitosi avviene nelle cellule eucariotiche. Le cellule procariotiche, che non hanno nucleo, si dividono usando un processo differente chiamato fissione binaria. La mitosi varia a seconda degli organismi. Per esempio le cellule animali fanno una mitosi aperta in cui la membrana nucleare si rompe prima che i cromosomi si separino, mentre i funghi fanno una mitosi chiusa in cui i cromosomi si dividono all'interno di un nucleo intatto.

Come sono collegate mitosi e meiosi?

La maggior parte delle cellule umane è prodotta da mitosi. Importanti eccezioni sono costituite dai gameti – gli spermatozoi e le uova, che vengono prodotti per meiosi.

Come avviene il processo in generale?

Il primo risultato della mitosi e della citochinesi è il trasferimento del genoma parentale in due cellule figlie. Il genoma è composto da un certo numero di cromosomi, complessi di DNA strettamente impacchettato che contengono l’informazione genica vitale per il buon funzionamento cellulare. Poiché ciascuna cellula figlia dovrebbe essere identica alla parentale, la cellula originale deve eseguire la copia di ciascun cromosoma prima della mitosi. Questo accade durante la fase S dell’interfase. La duplicazione dei cromosomi risulta in due cromatidi fratelli identici, legati insieme dalle proteine della coesina al centromero.

Quando la mitosi comincia, i cromosomi si condensano e diventano visibili. In alcuni eucarioti, per esempio gli animali, la membrana nucleare che segrega il DNA dal citoplasma, si disintegra in piccole vescicole. Anche il nucleolo, che produce i ribosomi, sparisce. I microtubuli si proiettano ai poli opposti della cellula e si attaccano ai centromeri, allineando i cromosomi centralmente nella cellula. I microtubuli quindi si contraggono per tirare i cromatidi fratelli di ogni cromosoma. I cromatidi fratelli a questo punto sono chiamati cromosomi figli. Mano a mano che la cellula si allunga, i cromosomi figli vengono tirati verso le parti opposte e si condensano nell’anafase tardiva. Si forma una nuova membrana nucleare intorno ai cromatidi figli, che si decondensano per formare i nuclei interfasici.

Durante la progressione della mitosi, tipicamente dopo l’anafase, la cellula comincia la citochinesi. Nelle cellule animali, una parte della membrana cellulare si invagina tra i due nuclei nascenti per produrre due nuove cellule. Nelle cellule vegetali si forma invece una piastra tra i due nuclei. La citochinesi non sempre avviene, nelle cellule cenocitiche avviene la mitosi senza divisione.

Quali sono le fasi del ciclo cellulare e della mitosi?

Interfase
Durante l'interfase la cellula svolge le sue specifiche funzioni e si accresce; gli organuli della cellula aumentano e ne permettono la duplicazione. L'interfase si suddivide in tre sottofasi: due fasi di controllo, durante le quali la cellula verifica che il DNA non abbia subito mutazioni gravi (GAP1 e 2), ed una fase di sintesi. Nella fase G1 avviene la sintesi di molecole specifiche della cellula (metabolismo specifico) ed è la fase della vita stessa della cellula; nella fase S la cellula duplica il suo DNA tramite un processo definito duplicazione del DNA, in cui i cromosomi ottengono, per ciascuno, due cromatidi fratelli identici, che nella fase di massima condensazione sono associati tra loro al livello del centromero. Infine vi è la fase G2, durante la quale avviene la polimerizzazione ed organizzazione per gli organuli e si svolgono gli ultimi controlli dell'integrità del DNA. Se non vi sono mutazioni o alterazioni gravi si procede con la mitosi vera e propria.

Mitosi
La mitosi si divide in cinque fasi più una, chiamate:

1. profase
2. prometafase
3. metafase
4. anafase
5. telofase
6. citodieresi

Profase
In questa fase vi è la condensazione della cromatina, che avviene grazie alla presenza di proteine istoniche che fungono da centri primari di organizzazione del riavvolgimento del DNA (primo ordine di spiralizzazione) e della topoisomerasi II, che, oltre alla sua funzione catalitica, agisce come centro di organizzazione del secondo ordine di spiralizzazione. Segue un terzo ordine di cui non si conoscono le proteine implicate; forse è conseguenza della tensione accumulata dalle precedenti spiralizzazioni. Questo grosso superfilamento viene impaccato formando delle anse che si riuniscono formando il cromosoma visibile. Ogni cromosoma visibile (che negli esseri umani ha la tipica forma a X ad eccezione del piccolo cromosoma sessuale y) è composto in realtà da due cromatidi fratelli identici, i quali possono essere considerati a loro volta un cromosoma.

Intanto il centrosoma si duplica ed entrambi cominciano a dirigersi ai poli opposti della cellula. Da essi si originano i microtubuli (filamenti formati da dimeri di sub-unità proteiche tubulina alfa e beta) che andranno a formare il fuso mitotico, la struttura che dirigerà tutti i successivi movimenti dei cromosomi. La durata media di questo meccanismo di riproduzione cellulare varia in media, negli organismi superiori, dalle 15 alle 30 ore.

Prometafase
a) I microtubuli cromosomici si collegano al cinetocore del cromosoma

b) I cromosomi si muovono verso l'equatore del fuso

Metafase
Questa fase inizia attraverso una sub-fase (chiamata prometafase) in cui avviene "l'improvvisa" dissoluzione della membrana nucleare, che si frammenta in tante vescicolette. Questo processo viene innescato dalla fosforilazione, attraverso delle chinasi, delle proteine delle lamine (filamenti intermedi) che costituiscono la lamina nucleare; in conseguenza della fosforilazione i filamenti si dissociano negli elementi costitutivi.

I due centrosomi, giunti ai poli opposti della cellula, agiscono come centri di organizzazione microtubulare, catalizzando l'allungamento ed assicurando il corretto orientamento dei microtubuli che andranno a legarsi ai cromosomi in una regione chiamata cinetocore. Ogni centrosoma si lega ad uno dei due cromatidi fratelli per ogni cromosoma. In questa fase si possono verificare degli errori e due microtubuli si possono agganciare allo stesso cromatidio dando poi origine ad una cellula figlia con un diverso numero di cromosomi che in genere è mutilata e non vitale.

Le coppie di cromatidi vengono portate nella parte mediana della cellula dove si allineano formando la piastra equatoriale, in cui un piano immaginario, passante per i centromeri, divide le coppie di DNA. È questo il momento più favorevole per lo studio dei cromosomi, che sono ora al massimo della loro spiralizzazione (condensazione) ed affiancati ordinatamente lungo la piastra equatoriale posta al centro della cellula.

Anafase
Durante l'anafase, i cromatidi fratelli si separano tra loro e migrano verso i due centrosomi ai poli opposti della cellula. Si riconoscono due momenti, chiamati anafase A e anafase B. Nella prima si assiste alla separazione dei due cromatidi fratelli ad opera di un enzima, chiamato separasi, con relativa migrazione degli stessi grazie a proteine motorie (tipo dineine citoplasmatiche) presenti al livello del cinetocore. Nell'anafase B si assiste al reciproco scorrimento dei microtubuli polari del fuso mitotico con conseguente allontanamento dei due centromeri verso direzioni opposte. Pertanto si ottiene il ripristino, per ogni polo, del numero originario di cromosomi.

Telofase
In quest'ultima fase della mitosi, i cromosomi si despiralizzano (decondensano). Intorno ai due nuovi complessi cromosomici ricompaiono le membrane nucleari e gli organuli si ricompongono. La telofase si conclude con una sottofase: la citodieresi, in cui si separa il citoplasma in modo equivalente in entrambe le nuove cellule. La cellula si divide al centro formando due cellule figlie, esattamente identiche alla cellula madre ma più piccole. Questo avviene grazie ad un anello di actina creatosi al centro della cellula madre che, contraendosi, stringe la cellula al centro. A tal punto le proteine specializzate operano la fusione e la separazione della membrana in punti specifici e le due cellule si separano.

In alcune cellule si verifica una mitosi mutilata: la telofase non avviene e si accumulano all'interno di uno stesso nucleo di una stessa cellula da due ad alcune decine di corredi cromosomici. Questo tipo di cellule si chiama plasmodio. L'esempio principale sono i protozoi del genere plasmodium come il P. malariae. Anche cellule umane vanno incontro a questo processo o patologicamente, come le cellule tumorali, o fisiologicamente come nel megacariocita.

Citodieresi
In genere, la mitosi è seguita dalla citodieresi, un processo che divide il citoplasma ripartendolo in due nuove cellule, ciascuna contenente non solo un nucleo completo di tutti i cromosomi, ma anche metà circa del citosol e degli organuli della cellula madre ottenuti grazie alla fase G2 dell'interfase.