Il ciclo cellulare e la sua regolazione

Nomina le due grandi fasi del ciclo cellulare e le tre fasi in cui si divide l'interfase, indicando che cosa avviene in generale in ciascuna.

Che cosa avviene durante la fase S del ciclo cellulare? Spiega perché è indispensabile che questa fase termini prima che la cellula entri in divisione.

Lo schema rappresenta il ciclo completo di una cellula che impiega $24\ \text{h}$ a dividersi. Calcola quante ore dura la sua fase S e spiega quale processo cellulare avviene durante di essa.

Si analizza mediante citometria a flusso la quantità di DNA per cellula in un tessuto somatico animale in proliferazione ($2n = 8$). L'analisi identifica tre sottopopolazioni cellulari ben delimitate: Sottopopolazione 1 con 4 pg di DNA, Sottopopolazione 2 con valori intermedi e continui tra 4 e 8 pg, e Sottopopolazione 3 con 8 pg di DNA.

1. a) Assegna, giustificando, ciascuna sottopopolazione alla fase corrispondente dell'interfase (G1, S o G2). Determina quanti cromosomi, quante cromatidi e quante molecole di DNA a doppia elica possiede una singola cellula appartenente alla Sottopopolazione 3.
2. b) Se alla coltura si aggiunge colchicina (farmaco che depolimerizza i microtubuli del fuso mitotico), prevedi in quale sottopopolazione si accumuleranno le cellule e deduci quanti cromosomi e quante cromatidi conterrà una cellula se elude la mitosi senza dividersi (endomitosi).

Che cos'è un punto di controllo del ciclo cellulare? Nominane uno e spiega che cosa verifica prima di permettere al ciclo di proseguire.

Un farmaco antitumorale blocca in modo irreversibile l'attività della DNA elicasi durante l'interfase. Viene aggiunto a una coltura di cellule somatiche umane in proliferazione attiva.

1. a) Giustifica in quale punto di controllo del ciclo cellulare resteranno bloccate le cellule che avevano già iniziato a replicare il proprio DNA al momento dell'aggiunta del composto, e spiega quali conseguenze avrebbe per la cellula superare tale punto senza aver completato la replicazione.
2. b) Uno studente afferma che, trascorse due ore dall'aggiunta del farmaco, il 100 % delle cellule della coltura sarà arrestato in fase S. Confuta la sua previsione deducendo che cosa accadrà inizialmente alle cellule che si trovavano in G2 e in mitosi al momento della somministrazione e in quale fase si accumuleranno infine se il farmaco rimane nel mezzo.

Spiega che cosa sono le cicline e le chinasi ciclina-dipendenti (CDK) e come agiscono insieme per regolare l'avanzamento del ciclo cellulare.

Alcune cellule, come i neuroni adulti, escono dal ciclo cellulare e rimangono in una fase chiamata G0. Spiega che cosa significa trovarsi in G0 e quale conseguenza ha questo fatto per la capacità di rigenerazione del tessuto nervoso.

In un laboratorio di oncologia si analizzano due colture di cellule umane sottoposte a una dose moderata di radiazione ultravioletta:

• Coltura A: la maggior parte delle cellule arresta il proprio ciclo alla transizione G1/S; dopo 24 ore ripara le lesioni o attiva l'apoptosi.

• Coltura B: le cellule continuano a replicare attivamente il proprio DNA in fase S nonostante presentino dimeri di timina non riparati, accumulando aberrazioni cromosomiche nelle mitosi successive.

1. a) Deduci, motivando, quale alterazione nella via del gene TP53 spiega il comportamento della Coltura B rispetto alla Coltura A.
2. b) Se a entrambe le colture si applica un farmaco inibitore dei complessi ciclina-CDK responsabili dell'ingresso in fase S, prevedi la risposta di ciascuna coltura e spiega perché questo trattamento frena la proliferazione, ma non inverte le mutazioni già fissate nella Coltura B.