NUCLEONUCLEO• Il nucleo è l’organulo più voluminoso della

cellula.• Solitamente appare sferico ed in posizione

quasi centrale.• Solitamente c’è un solo nucleo per cellula.

• Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare.

• Il nucleo è costituito da cromatina, nucleoplasma e nucleolo.

Il nucleo è una porzione del citoplasma delimitato da un sistema doppio di membrane che prende il nome di involucro nucleare

Il nucleo è una porzione del citoplasma delimitato da un sistema doppio di membrane che prende il nome di involucro nucleare

L’ involucro nucleare è costellato di strutture chiamate Pori Nucleari, di dimensioni relative grandi che mettono in comunicazione il comparto nucleare con quello citoplasmatico

L’ involucro nucleare è costellato di strutture chiamate Pori Nucleari, di dimensioni relative grandi che mettono in comunicazione il comparto nucleare con quello citoplasmatico I Pori Nucleari, servono al passaggio

di grandi molecole come gli RNA messaggero dal nucleo al citoplasma

I Pori Nucleari, servono al passaggio di grandi molecole come gli RNA messaggero dal nucleo al citoplasma

Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare o carioteca che racchiude il nucleoplasma

L’involucro nucleare è costituito da due

membrane: MEMBRANA INTERNA e

MEMBRANA ESTERNA, separate da uno SPAZIO PERINUCLEARE. Ogni

membrana ha la caratteristica struttura

bilayer della membrana cellulare.

La membrana nucleare interna è poggiata su una rete di fibre di sostegno,

filamenti proteici, chiamata LAMINA NUCLEARE.

LAMINA NUCLEARE

E’ una sottile e densa rete di proteine fibrillari, altamente insolubili, adesa al versante nucleoplasmatico

della membrana interna dell’involucro nucleare.Fornisce “sostegno” alle membrane, funge da sito di attacco per i telomeri e svolge un ruolo importante

durante la mitosi e meiosi, poiché la fosforilazione delle proteine che la costituiscono determinerebbe la

frammentazione dell’involucro nucleare.La lamina è composta da tre tipi di polipeptidi:

Lamìne nucleari A, B, C. Le A e C sono omologhe aifilamenti intermedi.

Mentre la membrana nucleare interna è in stretto contatto con la lamina nucleare, la membrana

nucleare esterna si continua con il reticolo endoplasmatico rugoso. La sua faccia

citoplasmatica è ricoperta da una delicata rete di filamenti di vimentina.

Una delle caratteristiche più

peculiari della membrana nucleare è

costituita dalla presenza di aperture

specializzate, chiamate

PORI NUCLEARI

A livello dei quali avviene il trasporto nucleare

Ogni poro è costituito da un canale cilindrico che si estende attraverso le

due membrane, permettendo la comunicazione tra citosol e

nucleoplasma. Le due membrane sono fuse tra di loro a livello di ogni singolo poro formando un canale tappezzato da una complicata

struttura proteica , il COMPLESSO DEL PORO

Il complesso del poro nucleare ha un diametro di 80-100 nm.

Il complesso del poro (NPC) contiene più di 100 diversi tipi di subunità proteiche (nucleoporine).

Le subunità assumono una organizzazione ottagonale, formando due anelli che protrudono da entrambi i lati dell’involucro nucleare.

Altre proteine formano otto raggi che collegano le subunità ad una struttura centrale detta trasportatore, responsabile probabilmente del movimento delle macromolecole attraverso la membrana nucleare.

Ci sono poi proteine che ancorano il NPC alle membrane ed altre che formano una specie di gabbia nel lato del nucleosoma

Ne risulta una struttura a tre anelli Gli anelli sono coassiali e sono collegati alle braccia

radiali. Il poro centrale è all’interno

Trasporto nel complesso del poro

• Molecole <50 kDa diffondono liberamente.

• Le altre sono trasportate da recettori di importazione nucleare

L’ATTRAVERSAMENTO DEL COMPLESSO DEL PORO DA PARETEDI MOLECOLE CON MASSA SUPERIORE A 50kDa E’ MEDIATO DALLA

SEQUENZA DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE (NLS):brevi sequenze di aminoacidi carichi positivamente come lisina ed

arginina

TALI SEQUENZE RICONOSCONO I RECETTORI DI IMPORTAZIONE NUCLEARE

CHE RICONOSCONO LE PROTEINE DEL COMPLESSO DEL PORO E TRASLOCANO L’INTERO COMPLESSO DAL CITOPLASMA AL NUCLEO:

I RECETTORI DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE FUNGONO DA NAVETTE DI TRASPORTO

IL PROCESSO E’ MEDIATO DA PARTICOLARI PROTEINE G : LE PROTEINE Ran

CHE ACCOMPAGNANO IL COMPLESSO RECETTORE-CARGO DENTRO E FUORI DAL NUCLEO,

OSCILLANDO FRA UNO STATO ATTIVO NUCLEARE (LEGATO AL GTP)

ED UNO STATO INATTIVO, CITOPLASMATICO (LEGATO AL GDP)

Ran GTPase dirigono il trasporto ALCUNE MOLECOLE ENTRATE NEL NUCLEO NON VI RIMANGONO (PROTEINE CHE REGOLANO LA TRASCRIZIONE) MA PER ESSERE

INATTIVATE DEVONO ESSERE ESPORTATE SEQUENZE DI ESPORTZIONE NUCLEARE NES

SONO RICONOSCIUTE DA RECETTORI DI ESPORTAZIONE

Il legame con Ran-GTP induce il rilascio del cargo

MATRICE NUCLEARE

Una fitta rete granulare insolubile costituisce una sorta di nucleoscheletro

che partecipa a mantenere la forma del nucleo

offre una impalcatura per la organizzazione della cromatina

e un ancoraggio per molecole coinvolte nella duplicazione e trascrizione

Il nucleoloStruttura specializzata checontiene un gruppo di geni per gli RNA ribosomiali, i corrispondenti trascritti e molte proteine.Presentano una regione fibrillareed una granulare.Nella fibrillare sono presentii centri fibrillari: regioni di DNA contenenti i geni per rRNa(rDNA o organizzatore nucleolare), cui si associano la RNA polimerai I ed i fattori di trascrizione.La granulare è costituita dalle particelle ribosomiali ai vari stadi di assemblaggio

CROMATINACROMATINAE’ un complesso di DNA, proteine

ed RNA.

Le proteine che si legano al DNA:

• ISTONI

• PROTEINE NON ISTONICHE

Una cellula umana contiene una quantità di DNA pari a 6,4 miliardi di basi , suddivise in 46 cromosomi

Ciascun cromosoma non replicato contiene una singola molecolacontinua di DNA : più grande è il cromosoma, più lungo è

Il DNA che esso contiene

Una coppi di basi occupa circa 0,34 nm di lunghezza, quindi,sei miliardi di coppie di basi hanno una lunghezza di due metri

Come è possibile contenere 2 metri in un nucleo di 10um (1x10-5 m)mantenendo allo stesso tempo il DNA ad uno stato che sia

accessibile agli enzimi ed alle proteine regolatorie?

Mobilità elettroforetica delle varieclassi di Istoni.

-Le proteine non-istoniche sono proteine

eterogenee con caratteristiche meno costanti delle proteine

istoniche

- Le proteine istoniche sono ricche in Lisina ed Arginina, sono proteine basiche dotate di una carica netta positiva.

- Sono proteine altamente conservate.

CIASCUNA SINGOLA PARTICELLA CENTRALE DEL NUCLEOSOMA CONSISTE

DI UN COMPLESSO DI OTTO PROTEINE ISTONICHE – DUE MOLECOLE DEGLI ISTONI H2A, H2B, H3 E H4 – E DI DNA A

DOPPIO FILAMENTO CHE E’ LUNGO 146 COPPIE DI NUCLEOTIDI.

L’ OTTAMERO DI ISTONI FORMA UN NUCLEO PROTEICO INTORNO AL QUALE E’

AVVOLTO IL DNA A DOPPIO FILAMENTO

Gli ISTONI ono responsabili del primo livello di base dell’organizzazione dei cromosomi (NUCLEOSOMA)

CIASCUNA PARTICELLA CENTRALE DEL

NUCLEOSOMA E’ SEPARATA DALLA

SUCCESSIVA DA UNA REGIONE DI DNA

LINKER. LA FORMAZIONE DEI

NUCLEOSOMI CONVERTE UNA

MOLECOLA DI DNA IN UN FILO DI CROMATINA LUNGO CIRCA UN TERZO

DELLA LUNGHEZZA INIZIALE E CIO’

COSTITUISCE IL PRIMO LIVELLO DI

COMPATTAMENTO DEL DNA

MODELLO DI CROMATINA A “COLLANA DI

PERLE”

Allora ……. perché GLI ISTONI SONO PROTEINE ALTAMENTE CONSERVATE, PICCOLE E

BASICHE?

LA CROMATINA DI UNA CELLULA VIVENTE RARAMENTE ADOTTA LA FORMA ESTESA DI

“COLLANA DI PERLE”

I NUCLEOSOMI SONO COMPATTATI L’UNO SULL’ALTRO GENERANDO SCHIERE

REGOLARI IN CUI IL DNA E’ ANCORA PIU’ CONDENSATO.

COSI’ LA MAGGIOR PARTE DELLA CROMATINA SI PRESENTA SOTTO FORMA DI

UNA FIBRA CON UN DIAMETRO DI CIRCA 30nm, CONSIDEREVOLMENTE PIU’ LARGA DELLA

CROMATINA SOTTO FORMA DI “PERLINE SU UN FILO”.

PRESENZA DELL’ISTONE H1, PIU’ GRANDE DEGLI ALTRI ISTONI E MENO CONSERVATO;

PRESENZA DELLE CODE DEGLI ISTONI DEL NUCLEO

CHE SI ESTENDONO DAL NUCLEOSOMA

COME FIBRA DI 30nm UN TIPICO CROMOSOMA UMANO SAREBBE ANCORA LUNGO 0.1CM.

CI DEVE ESSERE UN LIVELLO ANCORA SUPERIORE DI RIPIEGAMENTO CHE

ORGANIZZA LA FIBRA DI 30 nm IN UNA SERIE DI ANSE E AVVOLGIMENTI

•A seconda delle sue attività trascrizionali la cromatina può essere addensata e quindi inattiva (eterocromatinaeterocromatina) o distesa e quindi

attiva (eucromatinaeucromatina).

Ciclo di condensazione-decondensazione della Cromatina

•ETEROCROMATINA: COSTITUISCE DI SOLITO IL 10% DEL TOTALE NEI CROMOSOMI DEI MAMMIFERI ED E’ INATTIVA TRASCRIZIONALMENTE

ES: SI HA NEL CROMOSOMA X INTERFASICO DELLE FEMMINE DI MAMMIFERI: LE LORO CELLULE POSSIEDONO DUE CROMOSOMI X, MENTRE QUELLE DEI MASCHI HANNO UN X E UN Y.

NEI MAMMIFERI UNO DEI CROMOSOMI X FEMMINILI VIENE INATTIVATO PERMANENTEMENTE, FORSE PERCHE’ UNA DOPPIA DOSE DI CERTI PRODOTTI GENICI POTREBBE ESSERE LETALE. ALLORA UNO O L’ALTRO DEI DUE, A CASO, SI ADDENSA FORTEMENTE E DIVENTA ETEROCROMATICO IN UNA FASE PRECOCE DELLO SVILUPPO EMBRIONALE. DA QUEL MOMENTO, IN TUTTA LA NUMEROSA PROGENIE CELLULARE CHE SEGUE, LO STATO DI CONDENSAZIONE E INATTIVITA’ DI QUEL CROMOSOMA X VIENE EREDITATO.

NONOSTANTE L’ALTO GRADO DI COMPATTAMENTO DELLA CROMATINA LA SUA STRUTTURA DEVE

ESSERE ALTAMENTE DINAMICA PER PERMETTERE ALLA CELLULA DI ACCEDERE AL DNA

A QUESTO SCOPO SONO IMPORTANTI DUE STRATEGIE GENERALI PER CAMBIARE

REVERSIBILMENTE STRUTTURE LOCALI DI CROMATINA:

• COMPLESSI DI RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA SPINTI DA ATP

• MODIFICAZIONE COVALENTE (ACETILAZIONE, METILAZIONE, FOSFORILAZIONE) CATALIZZATA

DEGLI ISTONI (H1) A LIVELLO DELLE CODE ISTONICHE IN UNA DETERMINATA REGIONE

IL RESIDUO DI LISINA IN POSIZIONE 9 DELL’ISTONE H3NELL’ETEROCROMATINA E’ SOLITAMENTE METILATO

MENTRE QUELLO DEI DOMINI EUCROMATINICI NON LO E’.

LA RIMOZIONE DEI GRUPPI ACETILICI DAGLI ISTONI H3 ED H4E’ UNO DEI PASSAGGI INIZIALI DELLA CONVERSIONE DA

EUO AD ETEROCROMATINA

LA DEACETILAZIONE DEGLI ISTONI (CROMOSOMA X) SIACCOMPAGNA ALLA METILAZIONE DELLA LISINA 9 DI H3AD OPERA DI UNA ISTONE-METILTRANSFERASI (SUV9H1)

L’ACETILAZIONE PERMETTE ALLA CODA DELL’ISTONE H3 DI INTERAGIRE CON PARTICOLARI PROTEINE

CHE CONTENGONO UN CROMODOMINIO FRA LE QUALILA PROTEINA ETEROCROMATICA H1 (HP1)

HP1 E’ IMPLICATA NELLA FORMAZIONE E NEL MANTENIMENTO DELL’ETEROCROMATINA:

LA SUA INTERAZIONE CON ALTRE PROTEINE PORTA ALLA FORMAZIONE DI UNA RETE INTERCONNESSA DINUCLEOSOMI METILATI CON LA CONSEGUENTEFORMAZIONE DI UNA CROMATINA ALTAMENTE

COMPATTATA

PICCOLI RNA NON CODIFICANTI SVOLGONO UN RUOLOIMPORTANTE NELLA METILAZIONE E QUINDI NELLA

FORMAZINE DELLA ETEROCROMATINA

PROTEINE NON ISTONICHEGRUPPO DI PROTEINE ETEROGENEO, SPECIALIZZATO

IN FUNZIONI QUALI:

• DUPLICAZIONE DNA (DNA POLIMERASI, ELICASI, GIRASI, PRIMASI…)

• TRASCRIZIONE DI GENI (RNA POLIMERASI)

• MATURAZIONE DEL PRE-mRNA

• REGOLAZIONE DEL PROCESSO DI TRASCRIZIONE DI SPECIFICI GENI

CROMOSOMI

• Quando la cellula si predispone alla divisione i filamenti di cromatina si spiralizzano a formare strutture molto condensate dette cromosomi.

• Il numero di cromosomi delle cellule somatiche è fisso per una determinata specie

Ogni cromosoma contiene una lunga molecola di DNA (assieme a specifiche proteine) la quale contiene le informazioni che sono necessarie al funzionamento della cellula (e che verranno trasmesse alle cellule figlie)

Ogni cromosoma contiene una lunga molecola di DNA (assieme a specifiche proteine) la quale contiene le informazioni che sono necessarie al funzionamento della cellula (e che verranno trasmesse alle cellule figlie)

Cromosomi umani durante la mitosiCromosomi umani durante la mitosi

In ogni specie i cromosomi si presentano con un numero e una struttura caratteristici. Ad esempio il corredo cromosomico umano è di 46 cromosomi (23 coppie di cromosomi omologhi).

In ogni specie i cromosomi si presentano con un numero e una struttura caratteristici. Ad esempio il corredo cromosomico umano è di 46 cromosomi (23 coppie di cromosomi omologhi).

Lo scimpanzé ne ha 48, il topo 40, il cane 78, il gatto 38. Il pesce rosso ne ha 80 e la zanzara 6

Lo scimpanzé ne ha 48, il topo 40, il cane 78, il gatto 38. Il pesce rosso ne ha 80 e la zanzara 6

Tutte le cellule di un dato organismo hanno lo stesso numero di cromosomi (ad eccezione dei gameti che ne hanno esattamente la metà)

Tutte le cellule di un dato organismo hanno lo stesso numero di cromosomi (ad eccezione dei gameti che ne hanno esattamente la metà)

MITOTIC CHROMOSOMEMITOTIC CHROMOSOME

Cromosomi mitotici di una cellula epidermica umana femminile. Questa cellula è stata trattata con colchicina, che blocca la mitosi in metafase, e colorata con una tecnica di colorazione che evidenzia una serie caratteristica di bande su ciascun cromosoma. (a) Cromosomi in piastra metafasica; (b) cariotipo, costruito tagliando la foto dei singoli cromosomi e disponendoli in base alle dimensioni ed al bandeggio.