COS'È LA CITOCHINESI E COME VIENE PRODOTTA? - BIOLOGIA - 2025

La citochinesi è il processo di partizionamento del citoplasma di una cellula che si traduce in due cellule figlie durante la divisione cellulare. Si manifesta sia nella mitosi che nella meiosi ed è comune nelle cellule animali.

Nel caso di alcune piante e funghi, la citochinesi non si verifica, poiché questi organismi non dividono mai il loro citoplasma. Il ciclo di riproduzione cellulare culmina con la partizione del citoplasma attraverso il processo di citocinesi.

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 attraversare il processo di mitosi senza che abbia luogo la citochinesi.

Il processo di citochinesi inizia durante l'anafase e termina durante la telofase, svolgendosi completamente nel momento in cui inizia l'interfaccia successiva.

La fase telofase e citochinesi della mitosi. Fonte: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) tramite Wikimedia Commons,

Il primo cambiamento visibile nella citochinesi nelle cellule animali diventa evidente quando un solco di divisione appare sulla superficie cellulare. Questo solco diventa rapidamente più pronunciato e si espande intorno alla cella fino a quando non si separa completamente al centro.

Nelle cellule animali e in molte cellule eucariotiche, la struttura che accompagna il processo di citochinesi è nota come "anello contrattile", un insieme dinamico costituito da filamenti di actina, filamenti di miosina II e molte proteine ​​strutturali e regolatrici. Si deposita sotto la membrana plasmatica della cellula e si contrae per dividerla in due parti.

Ciliati sottoposti a citochinesi. Fonte: The Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) tramite Wikimedia Commons

Il problema più grande affrontato da una cellula sottoposta a citochinesi è garantire che questo processo avvenga nel momento e nel luogo giusti. Da allora, la citochinesi non deve verificarsi precocemente durante la fase di mitosi o può interrompere la corretta partizione dei cromosomi.

Fusi mitotici e divisione cellulare

Confronto del processo di citochinesi nelle cellule vegetali e animali. Fonte: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) tramite Wikimedia Commons,

I fusi mitotici nelle cellule degli animali non sono solo 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 ha l'angolo corretto, corre lungo l'asse del fuso mitotico, assicurando che la divisione avvenga tra i due gruppi separati di cromosomi.

La parte del fuso mitotico che specifica il piano di divisione può variare a seconda del tipo di cellula. La relazione tra i microtubuli del fuso e la posizione dell'anello contrattile è stata ampiamente studiata dagli scienziati.

Hanno manipolato le uova fecondate di animali vertebrati marini per osservare la velocità con cui i solchi compaiono nelle cellule senza interrompere il processo di crescita.

Quando il citoplasma è chiaro, il fuso può essere visto più facilmente, così come il momento in tempo reale in cui si trova in una nuova posizione nello stato di prima anafase.

Divisione asimmetrica

Nella maggior parte delle cellule, la citochinesi avviene in modo simmetrico. Nella maggior parte degli animali, ad esempio, l'anello contrattile si forma attorno alla linea dell'equatore della cellula staminale, 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 microtubuli astrali e delle proteine ​​che li trascinano da una parte all'altra.

All'interno del processo di citochinesi ci sono molte variabili che devono funzionare in modo sincrono affinché abbia successo. Tuttavia, quando una di queste variabili cambia, le cellule possono dividersi in modo asimmetrico, producendo due cellule figlie di dimensioni diverse e con contenuto citoplasmatico dissimile.

Di solito, le due cellule figlie sono destinate a svilupparsi in modo diverso. Perché ciò sia possibile, la cellula staminale deve secernere alcuni componenti determinanti il ​​destino su un lato della cellula 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 cellula che sta per dividersi.

Apparentemente, questo movimento del fuso è guidato da cambiamenti nelle aree 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 microtubuli 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 avviene prima nel processo di mitosi, anche prima che il citoplasma inizi 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 grandi fasci citoplasmatici chiamati fibre di stress.

Quando una cellula inizia il processo di mitosi, queste disposizioni si rompono e gran parte dell'actina viene riorganizzata e i filamenti di miosina II vengono rilasciati.

Quando i cromatidi si separano durante l'anafase, la miosina II inizia ad accumularsi rapidamente per creare l'anello contrattile. In alcune cellule è persino 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 dall'actina e dalla miosina II. Le matrici sovrapposte di actina bipolare e filamenti di miosina II generano la forza necessaria per dividere il citoplasma in due parti, in un processo simile a quello svolto dalle cellule muscolari lisce.

Tuttavia, il modo in cui l'anello contrattile si contrae è ancora un mistero. Apparentemente, non funziona per conto di un meccanismo del cordone con i filamenti di actina e miosina II che si muovono uno sopra l'altro, come farebbero i muscoli scheletrici.

Poiché, quando l'anello si contrae, mantiene la stessa rigidità durante tutto il processo. Ciò significa che il numero di filamenti diminuisce man mano che l'anello si chiude.

Distribuzione degli organelli nelle cellule figlie

Il processo di mitosi deve 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 all'interno della membrana cellulare.

Organelli cellulari come mitocondri e cloroplasti non possono essere generati spontaneamente dai loro singoli componenti, possono solo derivare 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 non sia presente all'interno della membrana cellulare.

Alcuni organelli come i mitocondri ei cloroplasti sono presenti in numerose forme all'interno della cellula staminale, al fine di garantire che le due cellule figlie li ereditino con successo.

Il reticolo endoplasmatico durante il periodo dell'interfaccia cellulare è continuamente insieme alla membrana cellulare ed è organizzato dal microtubulo citoscheletrico.

Dopo essere entrati nella fase di mitosi, la riorganizzazione dei microtubuli rilascia il reticolo endoplasmatico, che è frammentato poiché anche l'involucro del nucleo viene rotto. Probabilmente anche l'apparato di Golgi è frammentato, anche se in alcune cellule sembra che fosse distribuito attraverso il reticolo e successivamente emerso in telofase.

Mitosi senza citochinesi

Sebbene la divisione cellulare sia solitamente seguita dalla divisione del citoplasma, ci sono alcune eccezioni. Alcune cellule attraversano vari processi di divisione cellulare senza che il citoplasma venga rotto.

Ad esempio, l'embrione del moscerino della frutta attraversa 13 fasi della divisione nucleare prima che avvenga la divisione citoplasmatica, risultando in una grande cellula con un massimo di 6.000 nuclei.

Questa disposizione è principalmente finalizzata ad accelerare il processo di sviluppo iniziale, poiché le cellule non devono impiegare tutto il tempo per attraversare tutte le fasi della divisione cellulare coinvolta dalla citochinesi.

Dopo questa rapida divisione nucleare, le cellule vengono create attorno a ciascun nucleo in un unico processo di citochinesi, noto come celurizzazione. Gli anelli contrattili si formano sulla superficie delle cellule e la membrana plasmatica si estende verso l'interno e si stringe per racchiudere ciascun nucleo.

Il processo di mitosi non citochinico 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 farebbero quelle di alcuni funghi o della mosca della frutta.

Riferimenti

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