17.3: Il sistema di controllo del ciclo cellulare

The Cell Cycle Control System
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Molecular Biology
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The Cell Cycle Control System

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02:11 min
April 07, 2021

Overview

The cell cycle is an organized set of events that leads the cell to divide into two daughter cells, each containing chromosomes identical to the parent cell. It is the cell cycle that leads to the formation of an entire organism from a single-cell zygote. Besides, cell division also functions in the renewal or repair of tissues in adult multicellular eukaryotes. For example, in the bone marrow, the stem cells divide to form new blood cells. Although essential for several functions, cell division in the absence of a control mechanism leads to cancer and many genetic diseases.

To ensure DNA replication occurs correctly and each daughter cell inherits the right number of chromosomes, the cell has surveillance mechanisms that make up the cell cycle control system. There are at least two known cell cycle control methods. One of these processes includes a cascade of protein phosphorylations that transitions a cell from one phase to the next. Also, there is a series of checkpoints that monitor the completion of essential events and, if necessary, delay progression to the next phase. At every checkpoint, the regulator proteins prevent the cell initiation from entering the next phase until the previous phase's errors are rectified.

The first form of regulation includes a highly regulated family of kinases. Kinase activation requires interaction with a second subunit expressed at fixed points of the cell cycle. This secondary component is termed as- a phase-specific "cyclin"  that combines with its partner "cyclin-dependent kinase" (CDK), forming an active complex, each of which exhibits distinct substrate specificity. Regulatory phosphorylation and dephosphorylation fine-tune the function of cyclin-CDK complexes, ensuring a well-defined progression.

The second form of cell cycle regulation – checkpoint control, is more of a surveillance mechanism. Cell cycle checkpoints identify defects in crucial events such as DNA replication and chromosome segregation. For instance, DNA damage triggers a signaling cascade that activates several cell cycle inhibitors. These inhibitors bind critical cell cycle proteins to arrest the cycle until the risk of mutation has been eliminated.

Transcript

Il ciclo cellulare prevede la duplicazione del contenuto intracellulare, seguita dalla divisione in due cellule figlie.

La replicazione del contenuto cellulare, in particolare del DNA, è estremamente critica e qualsiasi errore durante il processo può portare a condizioni come il cancro.

Quindi, in che modo le cellule prevengono eventuali errori durante la divisione?

Il sistema di controllo del ciclo cellulare è dotato di proteine regolatrici che interrompono il ciclo in vari punti di controllo.

Ad ogni checkpoint, le proteine regolatrici impediscono l’inizio di ogni passaggio fino a quando le fasi precedenti non sono state completate e gli eventuali errori sono stati corretti.

Generalmente, il sistema di controllo ha tre punti di controllo cruciali che si trovano nelle fasi G1, G2 e M.

Al checkpoint G1, la proteina regolatrice controlla se la cellula ha raggiunto la dimensione critica e il DNA è privo di errori. Controlla anche se sono presenti abbastanza nutrienti e fattori di crescita per iniziare la sintesi del DNA.

A questo punto, se la cella non riceve il segnale necessario, passa a uno stato di riposo chiamato fase G0 fino a quando tutte le condizioni non sono soddisfatte.

Le cellule che passano il checkpoint G1 transitano attraverso la sintesi, o fase S, quando il DNA viene replicato.

Successivamente, la cellula incontra un secondo checkpoint nella fase G2, dove le proteine regolatrici controllano eventuali errori nel DNA e se la cellula ha una dimensione appropriata per entrare nella mitosi o nella fase M.

Durante la mitosi, il sistema di controllo verifica se i cromosomi sono attaccati al fuso e sono accuratamente allineati in modo che il ciclo proceda per la divisione cellulare. Se in qualsiasi momento la proteina regolatrice rileva un danno irreparabile, si verifica la morte cellulare. Un tipo di proteine regolatrici critiche sono le protein chinasi ciclina-dipendenti, o CDK. Le CDK formano complessi con le cicline e la loro attività influenza le proteine direttamente coinvolte nella crescita cellulare e nella sintesi del DNA.

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