Mitosi (Mitosis)

La mitosi () costituisce una fase fondamentale del ciclo cellulare nelle cellule eucariotiche, dove i cromosomi replicati vengono segregati in due nuovi nuclei. La divisione cellulare tramite mitosi è una divisione equazionale, che produce cellule figlie geneticamente identiche in cui il conteggio dei cromosomi è preservato. La mitosi è preceduta dalla fase S dell'interfase, caratterizzata dalla replicazione del DNA, ed è seguita dalla telofase e dalla citocinesi. Questi processi successivi suddividono il citoplasma, gli organelli e la membrana cellulare della cellula madre in due cellule nascenti, ciascuna delle quali riceve proporzioni approssimativamente equivalenti di questi costituenti cellulari. Questo meccanismo garantisce che ogni cellula figlia acquisisca un identico complemento cromosomico, sostenendo così la stabilità genetica attraverso le successive generazioni cellulari. Collettivamente, i vari stadi della mitosi delineano la fase mitotica (fase M) del ciclo cellulare, che culmina nella divisione di una cellula madre in due cellule figlie geneticamente identiche.

La mitosi () è una parte del ciclo cellulare nelle cellule eucariotiche in cui i cromosomi replicati vengono separati in due nuovi nuclei. La divisione cellulare per mitosi è una divisione equazionale che dà origine a cellule geneticamente identiche in cui viene mantenuto il numero totale di cromosomi. La mitosi è preceduta dalla fase S dell'interfase (durante la quale avviene la replicazione del DNA) ed è seguita dalla telofase e dalla citocinesi, che dividono il citoplasma, gli organelli e la membrana cellulare di una cellula in due nuove cellule contenenti quote più o meno uguali di questi componenti cellulari. Questo processo garantisce che ciascuna cellula figlia riceva un set identico di cromosomi, mantenendo la stabilità genetica attraverso le generazioni cellulari. I diversi stadi della mitosi definiscono complessivamente la fase mitotica (fase M) di un ciclo cellulare: la divisione della cellula madre in due cellule figlie geneticamente identiche tra loro.

Il processo mitotico è delineato in fasi distinte, ciascuna corrispondente al culmine di attività cellulari specifiche e all'inizio di quelle successive. Queste fasi sequenziali includono preprofase (osservata esclusivamente nelle cellule vegetali), profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. Durante la mitosi, i cromosomi, dopo aver subito la duplicazione durante l'interfase, si condensano e successivamente si legano alle fibre del fuso. Queste fibre facilitano quindi la segregazione di una copia di ciascun cromosoma ai poli opposti della cellula. Ciò culmina nella formazione di due nuclei figli geneticamente identici. Successivamente, il resto della cellula subisce tipicamente la citocinesi, che porta alla generazione di due cellule figlie distinte. Le varie fasi della mitosi sono suscettibili di osservazione in tempo reale attraverso tecniche avanzate di imaging di cellule vive.

Le aberrazioni durante la mitosi possono portare alla formazione di tre o più cellule figlie, deviando dalle due tipiche. Questi fenomeni sono chiamati rispettivamente mitosi tripolare e mitosi multipolare. Tali errori mitotici possono contribuire allo sviluppo di embrioni non vitali incapaci di impianto. Inoltre, altre irregolarità mitotiche possono innescare catastrofi mitotiche, apoptosi (morte cellulare programmata) o indurre mutazioni genetiche. Forme specifiche di cancro possono avere origine da queste mutazioni indotte.

Il processo di mitosi mostra variazioni tra diversi organismi. Ad esempio, le cellule animali tipicamente sperimentano la mitosi aperta, caratterizzata dalla dissoluzione dell'involucro nucleare prima della segregazione cromosomica. Al contrario, le cellule fungine comunemente subiscono la mitosi chiusa, in cui i cromosomi si dividono all'interno di una membrana nucleare intatta. La maggior parte delle cellule animali subisce una trasformazione morfologica, chiamata arrotondamento cellulare mitotico, adottando una forma quasi sferica all'inizio della mitosi. La proliferazione della maggior parte delle cellule umane avviene attraverso la divisione cellulare mitotica. Eccezioni degne di nota sono i gameti – sperma e ovuli – che vengono generati tramite la meiosi. Gli organismi procarioti, inclusi batteri e archaea, privi di un vero nucleo, si replicano attraverso un meccanismo distinto noto come fissione binaria.

Scoperta

Durante i secoli XVIII e XIX furono documentati numerosi resoconti sulla divisione cellulare, che mostravano diversi livelli di precisione. Nel 1835, il botanico tedesco Hugo von Mohl fornì una descrizione della divisione cellulare nelle alghe verdi Cladophora glomerata, affermando che la proliferazione cellulare avveniva attraverso la divisione cellulare. Successivamente, nel 1838, Matthias Jakob Schleiden ipotizzò che "la formazione di nuove cellule al loro interno costituiva un principio generale per la moltiplicazione cellulare nelle piante". Questa prospettiva fu successivamente sostituita dal modello di Mohl, in gran parte grazie ai contributi di Robert Remak e altri ricercatori.

Nelle cellule animali, la divisione cellulare mitotica fu inizialmente osservata nelle cellule della cornea di rana, coniglio e gatto nel 1873, con la sua prima descrizione dettagliata fornita dall'istologo polacco Wacław Mayzel nel 1875.

Bütschli, Schneider e Fol sono anche accreditati con potenziali affermazioni sulla scoperta del processo ora riconosciuto come "mitosi". Nel 1873, lo zoologo tedesco Otto Bütschli pubblicò i risultati derivati ​​dalle sue osservazioni sui nematodi. Diversi anni dopo, identificò e caratterizzò la mitosi sulla base di queste osservazioni precedenti.

La nomenclatura "mitosi", introdotta da Walther Flemming nel 1882, ha origine dal termine greco μίτος (mitos), che significa "filo di ordito". Esistono designazioni alternative per questo processo, tra cui "cariocinesi" (divisione nucleare), un termine coniato da Schleicher nel 1878, e "divisione equazionale", proposta da August Weismann nel 1887. Tuttavia, alcuni autori impiegano "mitosi" in un contesto più ampio, che comprende sia la cariocinesi che la citocinesi. Attualmente, la "divisione equazionale" viene applicata più frequentemente per descrivere la meiosi II, la fase della meiosi che presenta la più stretta somiglianza con la mitosi.

Fasi

Panoramica

La mitosi e la citocinesi facilitano principalmente la trasmissione del genoma di una cellula madre a due cellule figlie. Il genoma comprende più cromosomi, che sono complessi di DNA strettamente avvolto contenente informazioni genetiche essenziali per la funzione cellulare. Per garantire l'identità genetica tra le cellule figlie e la cellula madre, quest'ultima deve replicare ciascun cromosoma prima della mitosi. Questo processo di replicazione avviene durante la fase S dell'interfase. La duplicazione dei cromosomi produce due cromatidi fratelli identici, che sono collegati da proteine ​​di coesione nel centromero.

All'inizio della mitosi, i cromosomi si condensano e diventano osservabili al microscopio. In alcuni eucarioti, come le cellule animali, l'involucro nucleare, responsabile della separazione del DNA dal citoplasma, si disintegra in numerose piccole vescicole. Allo stesso tempo, il nucleolo, sede della sintesi dei ribosomi, scompare. I microtubuli provengono da poli cellulari opposti, si attaccano ai centromeri e facilitano l'allineamento centrale dei cromosomi all'interno della cellula. Successivamente questi microtubuli si contraggono separando i cromatidi fratelli di ciascun cromosoma. In questa fase, i cromatidi fratelli separati vengono designati come cromosomi figli. Man mano che l'allungamento cellulare progredisce, questi cromosomi figli vengono attratti verso le estremità cellulari opposte e raggiungono la massima condensazione durante la tarda anafase. Un nuovo involucro nucleare si ricostituisce quindi attorno a ciascuna serie di cromosomi figli, che successivamente si decondensano per formare nuclei interfase.

La citocinesi, la divisione del citoplasma, inizia tipicamente dopo l'inizio dell'anafase durante la progressione mitotica. Nelle cellule animali, la membrana cellulare si invagina tra i due nuclei nascenti, portando alla formazione di due cellule figlie distinte. Al contrario, nelle cellule vegetali, tra i due nuclei si sviluppa una placca cellulare. È importante notare che la citocinesi non è universalmente osservata; le cellule cenocitiche, caratterizzate da una condizione multinucleata, vanno incontro alla mitosi senza successiva divisione citoplasmatica.

Interfase

L'interfase costituisce una durata significativamente più lunga all'interno del ciclo cellulare rispetto alla fase M, relativamente breve. Durante l'interfase, la cellula viene preparata per la successiva divisione cellulare. Questa fase è suddivisa in tre fasi distinte: G₁ (primo gap), S (sintesi) e G₂ (secondo gap). Durante tutte e tre le fasi interfase, la crescita cellulare avviene attraverso la sintesi di proteine ​​e organelli citoplasmatici. La replicazione cromosomica, tuttavia, è limitata esclusivamente alla fase S. Di conseguenza, una cellula mostra crescita (G§45§), continua a crescere duplicando i suoi cromosomi (S), subisce un'ulteriore crescita e si prepara per la mitosi (G§6_{7§), e infine si divide (M) prima di ricominciare il ciclo. Tutte le fasi del ciclo cellulare sono meticolosamente regolate da cicline, chinasi ciclina-dipendenti e altre proteine ​​associate al ciclo cellulare. Queste fasi procedono in una sequenza rigorosa, con punti di controllo del ciclo cellulare che forniscono segnali critici per la progressione o l'arresto tra le fasi. Le cellule possiedono anche la capacità di uscire temporaneamente o permanentemente dal ciclo cellulare ed entrare nella fase G§89§, cessando così la divisione. Tale uscita può essere innescata dal sovraffollamento cellulare (inibizione dipendente dalla densità) o dalla differenziazione in tipi cellulari specializzati che svolgono funzioni organismiche specifiche, esemplificate dalle cellule e dai neuroni del muscolo cardiaco umano. In particolare, alcune cellule G§1011§ mantengono la capacità di rientrare nel ciclo cellulare.}

Durante l'interfase, le rotture del doppio filamento del DNA possono essere corrette attraverso due meccanismi principali. Il primo meccanismo, l'unione delle estremità non omologhe (NHEJ), facilita la legatura delle estremità rotte del DNA attraverso le fasi G1, S e G2 dell'interfase. Il secondo meccanismo, la riparazione ricombinante omologa (HRR), offre una maggiore fedeltà rispetto a NHEJ nella riparazione delle rotture del doppio filamento. L'HRR opera durante le fasi S e G2 dell'interfase, in particolare quando la replicazione del DNA è parzialmente completata o completamente completata, data la necessità di due molecole di DNA omologhe adiacenti.

L'interfase svolge un ruolo cruciale nella preparazione della cellula per la divisione mitotica. Determina l'inizio della divisione cellulare mitotica. Questa fase arresta meticolosamente la progressione cellulare se viene rilevato un danno al DNA o se una fase critica non è stata completata. L'interfase è fondamentale per garantire il completamento con successo della mitosi. Il suo corretto funzionamento riduce al minimo la generazione di cellule danneggiate e la proliferazione di cellule cancerose. Errori da parte di proteine chiave dell'interfase possono essere critici e portare potenzialmente alla formazione di cellule cancerose.

Mitosi

Preprophase (cellule vegetali)

Esclusivamente nelle cellule vegetali, la profase è preceduta da uno stadio preprophase distinto. Nelle cellule vegetali caratterizzate da grandi vacuoli, il nucleo deve trasferirsi al centro della cellula prima dell'inizio della mitosi. Questa migrazione è facilitata dallo sviluppo di un fragmosoma, un foglio citoplasmatico che divide trasversalmente la cellula lungo il piano prospettico di divisione cellulare. Oltre allo sviluppo del fragmosoma, la preprofase è definita anche dall'assemblaggio di una banda preprofase, un anello circonferenziale di microtubuli e filamenti di actina situato sotto la membrana plasmatica, che circonda la regione equatoriale del nascente fuso mitotico. Questa banda delinea con precisione il futuro sito della divisione cellulare. Le cellule vegetali superiori, comprese le piante da fiore, non possiedono centrioli; i microtubuli, invece, formano inizialmente un fuso sulla superficie nucleare e vengono successivamente organizzati in un fuso funzionale dagli stessi cromosomi, in seguito alla disintegrazione dell'involucro nucleare. La banda preprofase si dissipa durante la rottura dell'involucro nucleare e la formazione del fuso, che avviene nella prometafase.

Profase

Dopo l'interfase G₂, la profase segna la preparazione cellulare alla divisione attraverso la significativa condensazione dei cromosomi e l'inizio dell'assemblaggio del fuso mitotico. Durante l'interfase precedente, il nucleo contiene materiale genetico sotto forma di cromatina poco organizzata. Tuttavia, all'inizio della profase, queste fibre di cromatina subiscono un ampio avvolgimento e condensazione, formando cromosomi distinti che sono generalmente distinguibili al microscopio ottico ad alto ingrandimento. In questo frangente, i cromosomi mostrano una morfologia lunga, snella e filamentosa. Ciascun cromosoma comprende due cromatidi fratelli, che sono interconnessi in una regione ristretta nota come centromero.

La trascrizione del gene viene interrotta durante la profase e rimane sospesa fino alla tarda anafase o all'inizio della fase G₁. Allo stesso tempo, il nucleolo va incontro a dissoluzione durante le prime fasi della profase.

Adiacenti al nucleo nelle cellule animali ci sono i centrosomi, strutture composte da una coppia di centrioli avvolti da una matrice amorfa di proteine. Il centrosoma funziona come il centro organizzatore primario dei microtubuli cellulari. Una cellula riceve tipicamente un centrosoma durante la divisione cellulare, che poi si duplica prima dell'inizio di un nuovo ciclo mitotico, dando origine a due centrosomi. Questi due centrosomi facilitano la polimerizzazione della tubulina, contribuendo alla formazione dell'apparato del fuso dei microtubuli. Successivamente, le proteine ​​motrici spingono i centrosomi lungo questi microtubuli verso i poli opposti della cellula. Sebbene i centrosomi svolgano un ruolo nell'organizzazione dell'assemblaggio dei microtubuli, non sono indispensabili per la formazione dell'apparato del fuso, come evidenziato dalla loro assenza nelle cellule vegetali e dal loro requisito non assoluto per la mitosi nelle cellule animali.

Prometafase

L'inizio della prometafase nelle cellule animali è segnato dalla fosforilazione delle lamine nucleari, che porta alla frammentazione dell'involucro nucleare in numerose piccole vescicole di membrana. Allo stesso tempo, i microtubuli iniziano a penetrare nella regione nucleare. Questo processo è chiamato mitosi aperta ed è caratteristico di alcuni organismi multicellulari. Al contrario, i funghi e alcuni protisti, inclusi le alghe e i trichomonadi, esibiscono un meccanismo diverso noto come mitosi chiusa, in cui il fuso mitotico si assembla all'interno dei confini di un nucleo intatto o i microtubuli attraversano l'involucro nucleare ininterrotto.

Durante la prometafase avanzata, i microtubuli del cinetocore cercano attivamente e stabiliscono connessioni con i cinetocori cromosomici. Un cinetocore è definito come una struttura ricca di proteine ​​capace di legare i microtubuli, che si sviluppa sul centromero cromosomico durante l'ultima parte della profase. Contemporaneamente, diversi microtubuli polari si localizzano e si impegnano con le loro controparti del centrosoma opposto, contribuendo così alla formazione del fuso mitotico. Sebbene l'architettura precisa e la funzionalità completa del cinetocore non siano del tutto chiarite, è noto che incorpora un motore molecolare. Dopo l'attaccamento dei microtubuli al cinetocore, questo motore diventa attivo, utilizzando l'idrolisi dell'ATP per "camminare" lungo il microtubulo verso il centrosoma di origine. Questa attività motoria, insieme ai processi dinamici di polimerizzazione e depolimerizzazione dei microtubuli, genera la forza di trazione necessaria per la successiva separazione dei cromatidi fratelli del cromosoma.

Metafase

Dopo l'attaccamento dei microtubuli ai cinetocori durante la prometafase, i due centrosomi avviano il processo di attrazione dei cromosomi verso i poli cellulari opposti. Questa tensione successivamente costringe i cromosomi ad allinearsi lungo la piastra metafase, un piano equatoriale concettuale posizionato centralmente tra i due centrosomi, effettivamente sulla linea mediana della cellula. Per garantire l'accurata segregazione dei cromosomi alla conclusione della mitosi, il punto di controllo della metafase verifica il corretto attaccamento dei cinetocori al fuso mitotico e il preciso allineamento dei cromosomi lungo la piastra metafase. La progressione riuscita attraverso questo punto di controllo consente alla cellula di avanzare nell'anafase.

Anafase

Durante l'anafase A, le proteine ​​di coesione che collegano i cromatidi fratelli vengono scisse, dando luogo alla formazione di due cromosomi figli identici. Il successivo accorciamento dei microtubuli del cinetocore attira questi cromosomi figli nascenti verso i poli cellulari opposti. Contemporaneamente, nell'anafase B, i microtubuli polari esercitano forze opposte, portando all'allungamento cellulare. Entro la fine dell'anafase, i cromosomi raggiungono la loro massima condensazione, uno stato che facilita sia la segregazione cromosomica che la successiva riformazione del nucleo. Mentre l'anafase A precede tipicamente l'anafase B nella maggior parte delle cellule animali, alcuni ovuli di vertebrati mostrano una sequenza inversa di questi eventi.

Telophase

La telofase, derivata dalla parola greca τελος che significa "fine", è caratterizzata dall'inversione degli eventi osservati durante la profase e la prometafase. Durante questa fase i microtubuli polari subiscono un ulteriore allungamento, contribuendo ad aumentare l’estensione cellulare. Se l'involucro nucleare si fosse disintegrato, un nuovo involucro nucleare si ricostituirebbe a partire da vescicole di membrana derivate dalla membrana nucleare originale della cellula madre. Questo nuovo involucro incapsula ogni serie di cromosomi figli segregati, esclusi i centrosomi, e il nucleolo diventa nuovamente visibile. Entrambi i gruppi di cromosomi, ora racchiusi dalle loro nuove membrane nucleari, iniziano la decondensazione. A questo punto la mitosi si conclude e ciascun nucleo figlio possiede un identico corredo cromosomico. Il verificarsi della citocinesi, o divisione cellulare, in questa fase dipende dall'organismo specifico.

Citocinesi

La citocinesi è distinta dalle fasi mitotiche, poiché rappresenta un processo separato ma essenziale per il completamento della divisione cellulare. Nelle cellule animali, nella precedente posizione della placca metafase, si forma un solco di scissione, caratterizzato da un anello contrattile, che alla fine si restringe per separare i nuclei nascenti. Sia nelle cellule animali che in quelle vegetali, la divisione cellulare è inoltre facilitata dalle vescicole derivate dal Golgi che circolano lungo i microtubuli fino al piano equatoriale della cellula. Nelle piante, questa struttura si fonde per formare una piastra cellulare all'interno del fragmoplasto centrale, sviluppandosi successivamente in una parete cellulare che divide i due nuclei. Il fragmoplasto, una struttura a base di microtubuli, è caratteristico delle piante superiori, mentre alcune alghe verdi utilizzano una matrice di microtubuli del ficoplasto durante la citocinesi. Ciascuna cellula figlia risultante eredita un complemento genomico completo identico a quello della sua cellula madre. La conclusione della citocinesi significa la conclusione della fase M.

Esistono numerosi casi in cui la mitosi e la citocinesi procedono indipendentemente, portando alla formazione di cellule multinucleate. Questo fenomeno è particolarmente evidente nei funghi, nelle muffe melmose e nelle alghe cenocitiche, sebbene sia osservato anche in diversi altri organismi. Anche all'interno del regno animale, la citocinesi e la mitosi possono avvenire in modo asincrono, come esemplificato dalle fasi specifiche dello sviluppo embrionale del moscerino della frutta.

Funzione

La funzione primaria della mitosi è la meticolosa conservazione del complemento cromosomico, garantendo che ciascuna cellula figlia risultante acquisisca cromosomi identici nella composizione ed equivalenti in numero a quelli della cellula madre.

La mitosi si verifica nelle seguenti circostanze:

• Sviluppo e crescita: la popolazione cellulare all'interno di un organismo si espande attraverso la divisione mitotica. Questo processo è alla base dello sviluppo di un organismo multicellulare da un singolo zigote, nonché della successiva crescita del corpo multicellulare.
• Sostituzione cellulare: in tessuti specifici, come la pelle e il tratto digestivo, le cellule vengono continuamente eliminate e successivamente reintegrate. La mitosi genera nuove cellule geneticamente identiche a quelle che sostituiscono. Allo stesso modo, gli eritrociti hanno una durata di vita limitata, circa tre mesi, e vengono prodotti continuamente tramite mitosi.
• Rigenerazione: alcuni organismi possiedono la capacità di rigenerazione somatica. La genesi di nuove cellule in questi casi avviene attraverso la divisione mitotica. Ad esempio, le stelle marine rigenerano le appendici perdute tramite la mitosi.
• La riproduzione asessuata consente a determinati organismi di generare una progenie geneticamente identica. Ad esempio, l'idra utilizza il germogliamento come metodo di riproduzione asessuata. Le cellule superficiali dell'idra subiscono la mitosi, formando una massa cellulare nota come gemma. Le successive divisioni mitotiche all'interno delle cellule della gemma facilitano il suo sviluppo in un nuovo organismo indipendente. Questo identico processo di divisione cellulare caratterizza anche la riproduzione asessuata o la propagazione vegetativa nelle specie botaniche.

Variazioni

Forme mitotiche

Mentre il processo mitotico nelle cellule eucariotiche generalmente aderisce a uno schema coerente, tre distinzioni principali introducono variazioni. In primo luogo, la mitosi è classificata come "chiusa" o "aperta" a seconda che l'involucro nucleare rimanga intatto o subisca una rottura, rispettivamente. Uno stato intermedio, caratterizzato dalla parziale degradazione dell'involucro nucleare, è chiamato mitosi "semiaperta". In secondo luogo, la simmetria dell'apparato del fuso durante la metafase differenzia l'"ortomitosi", che mostra una configurazione approssimativamente assialmente simmetrica o centrata, dalla "pleuromitosi", dove l'apparato mitotico mostra una simmetria bilaterale dovuta ai fusi eccentrici. Il terzo criterio, specifico per la pleuromitosi chiusa, riguarda la localizzazione del fuso centrale: "extranucleare" se situato nel citoplasma, o "intranucleare" se confinato all'interno del nucleo.

La divisione nucleare è osservata esclusivamente negli organismi eucarioti, dato che i batteri e gli archeobatteri sono privi di nucleo e quindi impiegano meccanismi di divisione cellulare distinti. In vari supergruppi eucariotici sono presenti forme di mitosi sia aperte che chiuse, con la notevole eccezione degli Excavata unicellulari, che mostrano esclusivamente mitosi chiusa. L'enumerazione successiva descrive in dettaglio la prevalenza di queste forme mitotiche tra gli eucarioti:

• La pleuromitosi intranucleare chiusa è caratteristica dei Foraminiferi, di alcuni Prasinomonadida, di alcuni Kinetoplastida, degli Oxymonadida, degli Haplosporidia, di numerosi funghi (compresi chitridi, oomiceti, zigomiceti e ascomiceti) e di specifici Radiolaria (Spumellaria e Acantharia); questa forma è considerata la più primitiva.
• Pleuromitosi extranucleare chiusa è stata osservata in Trichomonadida e Dinoflagellata.
• L'ortomitosi chiusa è prevalente tra le diatomee, i ciliati, alcuni microsporidi, i lieviti unicellulari e alcuni funghi multicellulari.
• La pleuromitosi semiaperta è caratteristica della maggior parte degli Apicomplexa.
• Ortomitosi semiaperta si manifesta in varie forme all'interno di alcune amebe (Lobosa) e specifici flagellati verdi (ad esempio Raphidophyta o Volvox).
L'
• ortomitosi aperta è caratteristica dei mammiferi, di altri metazoi e delle piante terrestri; tuttavia, si osserva anche in alcuni protisti.

Errori mitotici e anomalie

Possono verificarsi errori mitotici, in particolare durante le prime fasi dello sviluppo embrionale umano. Sebbene i checkpoint regolino tipicamente la normale progressione e l'esito di ciascuna fase mitotica, occasionalmente si verificano aberrazioni. Tali errori mitotici possono portare alla formazione di cellule aneuploidi, che possiedono un numero anormale di cromosomi (troppo pochi o troppi di uno o più), una condizione spesso collegata al cancro. Inoltre, gli embrioni umani precoci, le cellule cancerose o le cellule compromesse da infezione o intossicazione possono subire una divisione patologica in tre o più cellule figlie (chiamate mitosi tripolare o multipolare), portando a sostanziali imprecisioni nei loro complementi cromosomici.

Durante la nondisgiunzione, i cromatidi fratelli non riescono a separarsi correttamente durante l'anafase. Di conseguenza, una cellula figlia acquisisce entrambi i cromatidi fratelli dal cromosoma interessato, mentre l'altra non ne riceve nessuno. Ciò porta la prima cellula a possedere tre copie del cromosoma, uno stato chiamato trisomia, e la seconda ad avere solo una singola copia, nota come monosomia. Occasionalmente, anche le cellule sottoposte a non-disgiunzione non riescono a completare la citocinesi, dando luogo a cellule binucleate che mantengono entrambi i nuclei all'interno di un unico confine cellulare.

ritardo anafase descrive un fenomeno in cui il movimento di un singolo cromatide viene ostacolato durante l'anafase. Questo impedimento può derivare da un attacco improprio del fuso mitotico al cromosoma. Il cromatide che resta indietro viene successivamente escluso da entrambi i nuclei nascenti e alla fine viene perso. Di conseguenza, una delle cellule figlie risultanti presenterà la monosomia per quel particolare cromosoma.

L'endoreduplicazione (o endoreplicazione) è un processo biologico in cui i cromosomi si replicano senza successiva divisione cellulare. Questo fenomeno porta alla formazione di cellule poliploidi o, attraverso ripetute duplicazioni cromosomiche, di cromosomi politenici. Osservata in numerose specie, l'endoreduplicazione è considerata una componente integrale dei normali processi di sviluppo. L'endomitosi rappresenta una forma specifica di endoreduplicazione, caratterizzata da cellule che replicano i loro cromosomi durante la fase S, avviando la mitosi, ma poi arrestando prematuramente il processo. Di conseguenza, i cromosomi replicati rimangono confinati all'interno del nucleo originale anziché segregarsi in due nuclei figli distinti. Successivamente, queste cellule rientrano nelle fasi G§23§ e S, dando inizio a ulteriori cicli di replicazione cromosomica. Questo processo iterativo può verificarsi più volte, aumentando progressivamente il conteggio dei cromosomi ad ogni ciclo di replicazione ed endomitosi. I megacariociti, responsabili della produzione di piastrine, vanno incontro a endomitosi come parte del loro percorso di differenziazione cellulare.

Sia nei ciliati che nei tessuti placentari animali, l'amitosi porta a una segregazione casuale degli alleli parentali.

Il processo di cariocinesi senza citocinesi determina la formazione di cellule multinucleate, specificamente note come cenociti.

Marcatori diagnostici

All'interno dell'analisi istopatologica, il tasso mitotico (noto anche come conteggio mitotico o indice mitotico) funge da parametro cruciale in diversi campioni di tessuto, facilitando sia la diagnosi che la caratterizzazione dell'aggressività del tumore. Ad esempio, il conteggio mitotico viene regolarmente quantificato nella classificazione del cancro al seno. Una valutazione accurata richiede il conteggio delle figure mitotiche all'interno delle regioni che mostrano la più alta attività mitotica. Tuttavia, l'identificazione visiva di tali aree può essere difficile nei tumori caratterizzati da tassi mitotici eccezionalmente elevati. Inoltre, l'identificazione di forme mitotiche atipiche riveste utilità sia come indicatore diagnostico che prognostico. Ad esempio, la mitosi di tipo lag, definita dalla cromatina condensata non attaccata all'interno della figura mitotica, è indicativa di cancro cervicale ad alto rischio associato a infezione da papillomavirus umano. Per migliorare la riproducibilità e la precisione del conteggio mitotico, sono state introdotte tecniche automatizzate di analisi delle immagini che impiegano algoritmi basati sul deep learning. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche prima che questi algoritmi possano essere integrati nelle pratiche diagnostiche di routine.

Processi cellulari correlati

Arrotondamento cellulare

Durante la mitosi nei tessuti animali, la maggior parte delle cellule adotta una morfologia quasi sferica. All'interno dei tessuti epiteliali ed epidermici, un efficace meccanismo di arrotondamento è associato ad un accurato allineamento del fuso mitotico e al successivo posizionamento preciso delle cellule figlie. Inoltre, gli studi hanno rivelato che una significativa soppressione dell'arrotondamento cellulare può portare ad anomalie del fuso, in particolare alla divisione dei poli e ad una ridotta efficienza di cattura dei cromosomi. Di conseguenza, si ipotizza che l'arrotondamento cellulare mitotico svolga una funzione protettiva, garantendo così la fedeltà della mitosi.

Le forze che guidano l'arrotondamento cellulare sono generate dalla riorganizzazione di F-actina e miosina in una corteccia contrattile e omogenea di actomiosina, che svolge due funzioni primarie: 1) irrigidire la periferia cellulare e 2) promuovere la generazione di pressione idrostatica intracellulare, che può essere fino a 10 volte superiore rispetto all'interfase. Questa generazione di pressione intracellulare è particolarmente cruciale in condizioni di confinamento, come quelle incontrate all’interno dei tessuti, dove sono necessarie forze verso l’esterno affinché le cellule si attacchino alle cellule vicine e/o alla matrice extracellulare. La produzione di questa pressione si basa sulla nucleazione della F-actina mediata dalla formina e sulla contrazione della miosina II mediata dalla Rho chinasi (ROCK), entrambi i processi sono regolati a monte dalle vie di segnalazione RhoA ed ECT2 tramite l'attività Cdk1. Dato il suo ruolo fondamentale nella mitosi, la composizione molecolare e il comportamento dinamico della corteccia mitotica dell'actomiosina rimangono oggetto di indagini approfondite.

Ricombinazione mitotica

Le cellule mitotiche esposte all'irradiazione con raggi X durante la fase G1 del ciclo cellulare riparano principalmente il danno ricombinogenico al DNA attraverso la ricombinazione tra cromosomi omologhi. Al contrario, le cellule mitotiche irradiate durante la fase G2 riparano preferenzialmente tale danno attraverso la ricombinazione dei cromatidi fratelli. Le mutazioni che colpiscono i geni che codificano per gli enzimi coinvolti nella ricombinazione conferiscono un'accresciuta sensibilità cellulare alla letalità indotta da vari agenti dannosi per il DNA. Queste osservazioni indicano collettivamente che la ricombinazione mitotica rappresenta un meccanismo adattivo per riparare il danno al DNA, comprendendo lesioni potenzialmente letali.

Evoluzione

Sono stati identificati omologhi procariotici per tutte le molecole mitotiche eucariotiche essenziali, comprese actine e tubuline. Data la sua presenza onnipresente tra gli eucarioti, la mitosi probabilmente è emersa all'inizio del lignaggio evolutivo eucariotico. Sebbene la mitosi appaia meno complessa della meiosi, suggerendo una successiva evoluzione della meiosi, anche la riproduzione sessuale, che necessita della meiosi, è considerata un tratto eucariotico primordiale. Di conseguenza, sia la meiosi che la mitosi potrebbero essersi evolute contemporaneamente da meccanismi procariotici ancestrali.

Nella divisione cellulare batterica, in seguito alla replicazione del DNA, due cromosomi circolari si ancorano a una regione specifica della membrana cellulare. Al contrario, la mitosi eucariotica presenta tipicamente numerosi cromosomi lineari, con i loro cinetocori attaccati ai microtubuli dell'apparato del fuso. Tra le varie forme mitotiche, la pleuromitosi intranucleare chiusa è considerata il tipo più primitivo a causa della sua pronunciata somiglianza con la divisione batterica.

Galleria

Le cellule mitotiche sono suscettibili di visualizzazione al microscopio attraverso l'applicazione di anticorpi fluorescenti e vari coloranti.

Riferimenti

Riferimenti

• Accademia Khan, conferenza
• Risorse generali per le classi K-12 sulla mitosi
• WormWeb.org: visualizzazione interattiva del C. elegans Linea cellulare: visualizza l'intero albero della linea cellulare e tutte le divisioni cellulari del nematode C. elegans