Come si formano le cellule?

Immagine 3D di una cellula di topo nelle fasi finali di divisione cellulare (telofase). (Immagine realizzata da Lothar Schermelleh)

A volte ti capita di mordere accidentalmente il labbro o di sbucciarti il ginocchio, ma nel giro di pochi giorni la ferita si rimargina. É magia? Oppure c'è un'altra spiegazione?

Ogni giorno, ogni ora, ogni secondo, nel tuo corpo avviene uno degli eventi più importanti della tua vita – le cellule vanno in divisione. Quando le cellule si dividono formano nuove cellule. Una singola cellula si divide per formare due cellule e queste due cellule a loro volta si dividono per formare quattro cellule, e così via. Chiamiamo questo processo “divisione cellulare” e “riproduzione cellulare”, perché nuove cellule si formano quando vecchie cellule si dividono. La capacità delle cellule di dividersi è unica degli organismi viventi.

Perché le cellule si dividono?

Le cellule si dividono per molteplici ragioni. Per esempio, quando ti sbucci il ginocchio, le cellule si dividono per sostituire le cellule vecchie, morte o danneggiate. Le cellule, inoltre, si dividono per consentire agli organismi viventi di crescere. Quando gli organismi crescono, non è perché le cellule stanno diventando più grandi. Gli organismi crescono perché le cellule si dividono per produrre sempre più cellule. Nel corpo umano, le cellule si dividono quasi due mila miliardi di volte al giorno.

Quante cellule ci sono nel tuo corpo?

Tu ed io siamo nati partendo da una singola cellula, quella che chiameremo una cellula uovo. Diventando adulto avrai migliaia di miliardi di cellule. Tale numero dipende dalle dimensioni di una persona, ma i biologi hanno fissato questa cifra attorno a 37 mila miliardi di cellule. Esatto, stiamo parlando di bilioni, con la "B".

Come fanno a sapere le cellule quando devono dividersi?

Nella divisione cellulare, la cellula che si sta dividendo è chiamata cellula “parentale”. La cellula parentale si divide in due cellule “figlie”. Questo  processo si ripete poi in quello che è chiamato “ciclo cellulare”.

Divisione cellulare di cellule cancerose del polmone ( NIH)

Le cellule regolano la loro divisione comunicando tra di loro attraverso speciali proteine chiamate cicline. Questi segnali agiscono come degli interruttori che dicono alla cellula quando iniziare la divisione e in seguito quando fermarsi. Per la cellula è importante dividersi, in questo modo puoi crescere e le tue ferite si possono rimarginare. É anche importante per la cellula fermare la divisione cellulare al momento giusto. Se una cellula non arresta la sua divisione al momento giusto, va incontro ad una malattia chiamata cancro.  

Alcune cellule, come le cellule della pelle, si dividono continuamente. Abbiamo bisogno che vi siano sempre nuove cellule della pelle per sostituire le cellule che perdiamo. Lo sapevi che ogni minuto perdiamo dalle 30000 alle 40000 cellule della pelle ormai morte? Questo vuol dire che ogni giorno perdiamo circa 50 milioni di cellule. Sono un sacco di cellule da sostituire, per questo motivo la divisione cellulare nella pelle è così importante. Altre cellule, come quelle nervose e quelle del cervello, si dividono assai meno spesso.

A seconda del tipo di cellula, esistono due modi in cui le cellule si dividono – Mitosi e Meiosi.

La divisione cellulare mitotica

La mitosi è la maniera in cui le cellule somatiche – o cellule non riproduttive – si dividono. Le cellule somatiche compongono la maggior parte dei tessuti e degli organi del nostro corpo, compresi pelle, muscoli, polmoni, intestino e cellule ciliate. Le cellule riproduttive (come le cellule uovo) non sono cellule somatiche.

Nella mitosi, la cosa importante da ricordare è che le cellule figlie hanno ciascuna gli stessi cromosomi e lo stesso DNA della cellula parentale. Le cellule figlie originatesi dalla mitosi sono chiamate cellule diploidi. Le cellule diploidi hanno due set completi di cromosomi. Dal momento che le cellule figlie hanno la copia esatta del DNA della cellula parentale, attraverso la mitosi non viene creata, nelle cellule normali, nessuna diversità genetica.

La divisione cellulare mitotica crea due cellule figlie diploidi geneticamente identiche. I passaggi principali della mitosi sono riportati qui di seguito. (Immagine realizzata da Mysid per Science Primer, un progetto del National Center for Biotechnology Information)

Le fasi cellulari della Mitosi

Prima che inizi la divisione, la cellula si trova in “interfase”. Sembra che le cellule debbano dividersi regolarmente (ricorda che ogni giorno nel tuo corpo ci sono 2 mila miliardi di cellule in divisione), ma ogni cellula passa la maggior parte del suo tempo in interfase. L'interfase è il periodo durante il quale una cellula si prepara alla divisione e ad iniziare il ciclo cellulare. Le cellule, durante questo periodo, raccolgono nutrienti ed energia. La cellula parentale inoltre produce una copia del DNA da condividere equamente tra le due cellule figlie.

Il processo di divisione mitotico occupa diversi step o fasi del ciclo cellulare – interfase, profase, prometafase, metafase, anafase, telofase, e citodieresi – per produrre correttamente le nuove cellule diploidi. 

Il ciclo cellulare mitotico include diverse fasi che conducono a due nuove cellule figlie diploidi. Ogni fase è qui evidenziata e mostrata attraverso un microscopio a fluorescenza. Clicca sull'immagine per comprendere meglio ogni fase (Immagine realizzata dall'OpenStax College, modificata da Mariana Ruiz Villareal, Roy van Heesheen, e dal Wadsworth Center.)

Quando una cellula si divide durante la mitosi, alcuni organuli sono divisi tra le due cellule figlie. Per esempio, i mitocondri sono capaci di accrescersi e dividersi durante l'interfase, permettendo alle cellule figlie di averne un numero adeguato. L'apparato del Golgi, tuttavia, si rompe prima della mitosi e si riassembla in ognuna delle cellule figlie. Molte delle informazioni su cosa accade agli organuli prima, durante e dopo la divisione cellulare sono tuttora oggetto di ricerche (Puoi continuare a leggere sugli organuli e sulle altre parti della cellula cliccando qui.)

La divisione cellulare meiotica

La meiosi è l'altro modo fondamentale in cui le cellule si dividono. La meiosi è la divisione cellulare che crea le cellule sessuali, come le cellule uovo femminili o gli spermatozoi maschili. Cosa è importante ricordare della meiosi? Nella meiosi, ogni nuova cellula contiene un set unico di informazioni genetiche. Dopo la meiosi, la cellula uovo e lo spermatozoo possono unirsi per creare un nuovo organismo.

La meiosi è il motivo per il quale esiste variabilità genetica in tutti gli organismi a riproduzione sessuata. Durante la meiosi una piccola porzione di ogni cromosoma si rompe e si riattacca su un altro cromosoma. Questo processo si definisce “crossing over” o “ricombinazione genica”. La ricombinazione genica è il motivo per il quale fratelli e sorelle nati da cellule uovo e spermatozoi degli stessi genitori possono sembrare così diversi tra loro.

Il ciclo della meiosi ha due fasi principali di divisione – La Meiosi I e la Meiosi II. Il risultato finale della Meiosi sono quattro cellule figlie aploidi, ognuna delle quali contiene una diversa informazione genetica, sia rispetto alle altre che alla cellula madre. Clicca per maggiori dettagli. (Image from Science Primer from the National Center for Biotechnology Information.)

Il ciclo cellulare meiotico

La meiosi ha due cicli di divisione cellulare, chiamati per convenzione Meiosi I e Meiosi II. Nella Meiosi I il numero di cromosomi viene dimezzato ed avvengono i crossing over. La Meiosi II dimezza la quantità di informazione genetica in ogni cromosoma di ogni cellula. Il risultato finale sono quattro cellule figlie definite cellule aploidi. Le cellule aploidi hanno un solo set di cromosomi - la metà del numero di cromosomi della cellula parentale.

Prima che avvenga la Meiosi I, la cellula va in interfase. Proprio come nella mitosi, la cellula parentale usa questo tempo per prepararsi alla divisione cellulare, accumulando nutrienti ed energia e producendo una copia del suo DNA. Durante le fasi successive della Meiosi, questo DNA verrà scambiato in giro durante la ricombinazione genica e quindi diviso tra le quattro cellule aploidi.

Perciò ricorda, la Mitosi è ciò che ci aiuta a crescere mentre la Meiosi è il motivo per il quale siamo tutti unici!

Reference: Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F, Vitale L, Pelleri MC, Tassani S, Piva F, Perez-Amodio S, Strippoli P, Canaider S. Ann. An estimation of the number of cells in the human body.  Retrieved March 14, 2014 from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23829164.