Di Dianne Hermance | Aggiornato il 24 marzo 2022
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Nelle cellule eucariotiche, la mitosi produce cellule figlie identiche mentre la meiosi genera gameti geneticamente distinti. Entrambi i processi si basano su una precisa segregazione cromosomica, un compito svolto dall'apparato del fuso e dai suoi attacchi ai cromosomi.
I cinetocori e i microtubuli non cinetocori differiscono strutturalmente e funzionalmente, ma cooperano per garantire un'accurata distribuzione del DNA durante la divisione cellulare.
La mitosi fornisce nuove cellule per la crescita, la riparazione e la riproduzione asessuata. Una singola cellula madre si divide in due figlie geneticamente identiche suddividendo il suo nucleo e i suoi cromosomi.
Gli esseri umani contengono 23 coppie di cromosomi, ciascuno immagazzinato come due cromatidi fratelli uniti nel centromero. Mantenere il numero dei cromosomi durante la divisione è fondamentale per la stabilità genomica.
La divisione cellulare è governata dall'interfase (G1, S, G2) e dalla mitosi, che inizia con la profase. Durante la profase, la cromatina si condensa in cromatidi fratelli, il nucleolo si dissolve e l'apparato del fuso si forma dai microtubuli.
Segue la prometafase, durante la quale i frammenti dell'involucro nucleare e i microtubuli del fuso si attaccano ai cinetocori nei centromeri. Nella metafase, i cromosomi si allineano sulla placca metafase e i microtubuli del fuso si estendono verso i poli opposti.
Durante l’anafase, i cromatidi fratelli si separano e vengono attratti verso i poli opposti dai microtubuli associati al cinetocore. I microtubuli non cinetocorici contribuiscono al movimento dei cromosomi e all'allungamento del fuso.
La telofase ripristina gli involucri nucleari attorno a ciascun set di cromosomi e la citocinesi completa il processo suddividendo il citoplasma.
Un cinetocore è un grande complesso multiproteico che si assembla sul centromero di ciascun cromosoma. Descritto per la prima volta da Walther Flemming nel 1880, il cinetocore funziona come sito di attacco per i microtubuli del fuso e come punto di controllo per il corretto allineamento dei cromosomi.
Nonostante le variazioni del DNA specie-specifiche, l'architettura del cinetocore è altamente conservata, sottolineando il suo ruolo fondamentale nella mitosi.
I cinetocori sono piattaforme strutturate e ricche di proteine che collegano il DNA cromosomico e i microtubuli, mentre i microtubuli non cinetocore sono polimeri dinamici che facilitano la formazione del fuso e il movimento dei cromosomi. Il primo ancora i cromosomi; quest'ultimo fornisce la forza meccanica necessaria per la segregazione.
I cinetocori agiscono come gruppi motori microscopici, convertendo la dinamica dei microtubuli in movimento cromosomico diretto. Fungono inoltre da punti di controllo della qualità; gli errori nell'attaccamento attivano la fosforilazione mediata dalla chinasi AuroraB, arrestando la progressione verso l'anafase finché non vengono corretti.
La variante istonica CENP‑A nuclea la cromatina centromerica, reclutando CENP‑C e altre proteine del cinetocore interno. Il cinetocore esterno, contenente il complesso Ndc80, impegna direttamente i microtubuli.
Durante la mitosi, il cinetocore subisce un rapido assemblaggio e disassemblaggio, regolato da eventi di fosforilazione. Il complesso Ndc80 fissa i microtubuli, consentendo al cinetocore di "danzare" con le estremità dinamiche dei microtubuli.
Le proteine motrici come la chinesina e la dineina migliorano il movimento dei cromosomi, mentre la depolimerizzazione dei microtubuli nei cinetocori genera forze di trazione che segregano i cromatidi.
I cinetocori monitorano la fedeltà dell’attaccamento. La chinasi AuroraB rileva legami impropri microtubuli-cinetocore e fosforila le proteine associate, portando a tentativi di distacco e riattacco. Complessi come PCS1/Mde4 prevengono ulteriormente i collegamenti errati vicino ai centromeri.
Quando gli errori persistono, il punto di controllo dell'assemblaggio del fuso ritarda l'inizio dell'anafase, consentendo il tempo per la correzione e salvaguardando l'integrità genomica.
La ricerca in corso continua a illuminare la coreografia molecolare dell'assemblaggio e della funzione del cinetocore. I progressi nella microscopia crioelettronica e nell'imaging di cellule vive promettono una comprensione più approfondita dei meccanismi di segregazione dei cromosomi sia nella mitosi che nella meiosi.
Svelando questi processi, gli scienziati mirano a scoprire bersagli terapeutici per le malattie radicate nell'errata segregazione cromosomica, come il cancro e le sindromi aneuploidiche.
