Cos'è la citocinesi e come viene prodotta?
La citocinesi è il processo di divisione del citoplasma di una cellula che risulta in due cellule figlie durante il processo di divisione cellulare.
Si verifica sia in mitosi che in meiosi ed è comune nelle cellule animali. Nel caso di alcune piante e funghi, la citochinesi non ha luogo, perché questi organismi non dividono mai il loro citoplasma. Il ciclo della riproduzione cellulare culmina nella divisione del citoplasma attraverso il processo di citochinesi.
In una tipica cellula animale, la citochinesi si verifica durante il processo di mitosi, tuttavia, potrebbero esserci alcuni tipi di cellule come gli osteoclasti che possono essere sottoposti al processo di mitosi senza che avvengano citochinesi (Biology-Online.org, 2017 ).
Il processo di citochinesi inizia durante l'anafase e si conclude durante la telofase, che avviene completamente nel momento in cui inizia l'interfaccia successiva.
Il primo cambiamento visibile della citochinesi nelle cellule animali diventa evidente quando un solco che si divide appare sulla superficie della cellula. Questo solco diventa rapidamente più pronunciato e si espande intorno alla cella fino a quando la parte è completamente nel mezzo.
Nelle cellule animali e in molte cellule eucariotiche, la struttura che accompagna il processo di citochinesi è nota come "anello contrattile", un insieme dinamico composto da filamenti di actina, filamenti di miosina II e molte proteine strutturali e regolatorie. È installato sotto la membrana plasmatica della cellula e si contrae per dividerlo in due parti.
Il più grande problema che deve affrontare una cellula che attraversa il processo di citochinesi è la certezza che questo processo avvenga nel momento e nel luogo giusto. Poiché, la citochinesi non deve verificarsi precocemente durante la fase di mitosi o può interrompere la corretta divisione dei cromosomi.
Spine mitotiche e divisione cellulare
I fusi mitotici nelle cellule degli animali non sono i soli responsabili della separazione dei cromosomi risultanti, ma specificano anche la posizione dell'anello contrattile e quindi il piano di divisione cellulare.
L'anello contrattile ha una forma invariabile nel piano della piastra metafase. Quando è all'angolo corretto, si estende lungo l'asse del fuso mitotico, assicurando che la divisione avvenga tra i due gruppi di cromosomi separati.
La parte del fuso mitotico che specifica il piano della divisione può variare a seconda del tipo di cella. La relazione tra i micro tubuli del mandrino e la posizione dell'anello contrattile è stata ampiamente studiata dagli scienziati.
Questi hanno manipolato uova fecondate di animali vertebrati marini allo scopo di osservare la velocità con cui i solchi appaiono nelle cellule senza che il processo di crescita venga interrotto (Guertin, Trautmann e McCollum, 2002).
Quando il citoplasma è chiaro, il mandrino può essere visto più facilmente, così come il momento in tempo reale in cui si trova in una nuova posizione nello stato iniziale anafase.
Divisione asimmetrica
Nella maggior parte delle cellule, la citochinesi si verifica simmetricamente. Nella maggior parte degli animali, ad esempio, l'anello contrattile è formato attorno alla linea dell'equatore della cellula madre, in modo che le due cellule figlie risultanti abbiano le stesse dimensioni e proprietà simili.
Questa simmetria è possibile grazie alla posizione del fuso mitotico, che tende a focalizzarsi sul citoplasma con l'aiuto dei micro tubuli astrali e delle proteine che li trascinano da un lato all'altro.
All'interno del processo di citochinesi ci sono molte variabili che devono funzionare in modo sincrono in modo che abbia successo. Tuttavia, quando una di queste variabili cambia, le cellule possono essere divise in modo asimmetrico, producendo due cellule figlie di dimensioni diverse e con un contenuto citoplasmatico diverso (Education, 2014).
Di solito, le due cellule figlie sono destinate a svilupparsi in modo diverso. Affinché ciò sia possibile, la cellula madre deve separare alcuni componenti determinanti della destinazione su un lato della cella e quindi individuare il piano di divisione in modo che la cellula figlia indicata erediti questi componenti al momento della divisione.
Per posizionare la divisione in modo asimmetrico, il fuso mitotico deve essere spostato in modo controllato all'interno della cella che sta per dividere.
Apparentemente, questo movimento del fuso è guidato da cambiamenti nelle zone regionali della corteccia cellulare e da proteine localizzate che aiutano a spostare uno dei poli del fuso con l'aiuto dei microtubuli astrali.
Anello contrattile
Quando i micro tubuli astrali diventano più lunghi e meno dinamici nella loro risposta fisica, l'anello contrattile inizia a formarsi sotto la membrana plasmatica.
Tuttavia, gran parte della preparazione per la citochinesi si verifica prima nel processo di mitosi, anche prima che il citoplasma cominci a dividersi.
Durante l'interfaccia, i filamenti di actina e miosina II si combinano e formano una rete corticale, e anche in alcune cellule generano fasci citoplasmatici di grandi dimensioni chiamati fibre da stress.
Nella misura in cui una cellula avvia il processo di mitosi, queste disposizioni vengono disarmate e gran parte dell'actina viene riorganizzata e i filamenti di miosina II vengono rilasciati.
Nella misura in cui i cromatidi si separano durante l'anafase, la miosina II inizia ad accumularsi rapidamente per creare l'anello contrattile. Anche in alcune cellule, è necessario utilizzare proteine della famiglia delle chinasi per regolare la composizione sia del fuso mitotico che dell'anello contrattile.
Quando l'anello contrattile è completamente armato, contiene molte proteine diverse per l'actina e la miosina II. Le matrici sovrapposte dei filamenti bipolare di actina e di miosina II generano la forza necessaria per dividere il citoplasma in due parti, in un processo simile a quello eseguito dalle cellule muscolari lisce (Rappaport, 1996).
Tuttavia, il modo in cui l'anello contrattile si contrae è ancora un mistero. Apparentemente, non funziona a causa di un meccanismo a corda con filamenti di actina e miosina II che si muovono uno sopra l'altro, così come i muscoli scheletrici.
Dal momento che, quando l'anello si contrae, mantiene la sua stessa rigidità durante tutto il processo. Ciò significa che il numero di filamenti diminuisce nel meda in cui l'anello si chiude (Alberts, et al., 2002).
Distribuzione di organelli in cellule figlie
Il processo di mitosi dovrebbe garantire che ciascuna delle cellule figlie riceva lo stesso numero di cromosomi. Tuttavia, quando una cellula eucariotica si divide, ogni cellula figlia deve anche ereditare una serie di componenti cellulari essenziali, inclusi gli organelli racchiusi nella membrana cellulare.
Organelli cellulari come i mitocondri e i cloroplasti non possono essere generati spontaneamente dai loro singoli componenti, ma possono nascere solo dalla crescita e dalla divisione di organelli preesistenti.
Allo stesso modo, le cellule non possono creare un nuovo reticolo endoplasmatico, a meno che una parte di esso sia presente all'interno della membrana cellulare.
Alcuni organelli come i mitocondri e i cloroplasti sono presenti in un gran numero all'interno della cellula madre, al fine di garantire che le due cellule figlie ereditino con successo.
Il reticolo endoplasmatico durante il periodo dell'interfaccia cellulare viene continuamente trovato insieme alla membrana cellulare ed è organizzato dal micro tubulo citoscheletrico (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, & Fuller, 2000).
Dopo essere entrati nella fase di mitosi, la riorganizzazione dei micro tubuli libera il reticolo endoplasmatico, che è frammentato nella misura in cui anche l'involucro del nucleo si rompe. Anche l'apparato di Golgi è probabilmente frammentato, anche se in alcune cellule sembra essere distribuito attraverso il reticolo per poi emergere nella telofase.
Mitosi senza citochinesi
Sebbene la divisione cellulare sia solitamente seguita dalla divisione del citoplasma, vi sono alcune eccezioni. Alcune cellule attraversano diversi processi di divisione cellulare senza che il citoplasma venga diviso.
Per esempio, l'embrione della mosca della frutta passa attraverso 13 stadi della divisione nucleare prima che avvenga la divisione citoplasmatica, risultando in una grande cellula con un massimo di 6000 nuclei.
Questa disposizione mira principalmente ad accelerare il processo di sviluppo iniziale, dal momento che le cellule non devono impiegare così tanto tempo per passare attraverso tutte le fasi della divisione cellulare coinvolte nella citocinesi.
Dopo questa rapida divisione nucleare, le cellule vengono create attorno a ciascun nucleo in un singolo processo di citocinesi, noto come celurizzazione. Gli anelli contrattili sono formati sulla superficie delle cellule e la membrana plasmatica si estende verso l'interno e si adatta per racchiudere ciascun nucleo
Il processo di mitosi senza citochinesi si verifica anche in alcuni tipi di cellule di mammifero, come osteoclasti, trofoblasti e alcuni epatociti e cellule del muscolo cardiaco. Queste cellule, ad esempio, crescono in modo multinucleare, come alcuni funghi o la mosca della frutta (Zimmerman, 2012).
