La divisione nucleare (mitosi) delle cellule di organismi eucarioti con replicazione del DNA può essere suddivisa in quattro fasi principali. Viene chiamata la seconda fase principale Metaphase nel corso del quale i cromosomi si contraggono a spirale e si posizionano sul piano equatoriale con approssimativamente la stessa distanza da entrambi i poli opposti. Le fibre del fuso sono collegate ai centromeri dei cromosomi da entrambi i poli.
Qual è la metafase?
La metafase è la seconda di un totale di quattro fasi principali in cui può essere suddivisa la divisione del nucleo delle cellule eucariotiche, chiamata mitosi. Durante la metafase, è caratteristica la disposizione dei cromosomi nel cosiddetto piano equatoriale o piastra metafase.
Ogni singolo cromosoma è costituito da quattro cromatidi, due dei quali sono "identici". I cromatidi sono inizialmente tenuti insieme dal loro comune centromero. Sui centromeri si formano piccole strutture proteiche, alle quali si attaccano le fibre dei poli del fuso per trascinare i cromatidi fratelli ai poli opposti. La separazione dei cromatidi fa già parte dell'anafase che segue la metafase.
Durante la metafase vengono effettuati tutti i preparativi necessari per staccare i cromatidi dai centromeri per poter essere attirati ai poli. Solo quando tutti i centromeri sono collegati con le corrispondenti fibre polari o microtubuli, i legami dei cromatidi sul loro centromero vengono rilasciati in modo che inizi il loro spostamento al rispettivo polo.
Funzione e compito
Nel corpo umano c'è una continua necessità di crescita basata sulla riproduzione cellulare, che segue principalmente il principio della divisione cellulare. Nelle cellule nucleate di organismi singoli e multicellulari (eucarioti), le divisioni comprendono la divisione del citoplasma e dei loro nuclei cellulari.
Le due cellule figlie prodotte durante la divisione sono identiche nei loro set cromosomici diploidi con la rispettiva "cellula madre", così che la crescita di alcuni tessuti del corpo è teoricamente illimitata sulla base della divisione cellulare non sessuale, purché il processo di divisione non sia interrotto o terminato da sostanze che inibiscono la crescita.
Il processo di divisione cellulare è anche collegato al processo di divisione nucleare, noto come mitosi. All'interno della mitosi, la seconda di un totale di quattro fasi principali è nota come metafase. È un collegamento importante nel processo di divisione principale. La metafase è importante per posizionare i cromatidi del doppio set di cromosomi nel piano equatoriale o metaplata in modo tale che possano essere trascinati dai filamenti dei microtubuli nella direzione dei due poli nella successiva anafase.
Una funzione particolarmente importante della metafase è quella di controllare (checkpoint) e monitorare le fibre del fuso (microtubuli) che emanano dai poli. È necessario assicurarsi che i microtubuli siano collegati al centromero "corretto". Ciò garantisce che i due set di cromosomi raggruppati ai poli durante la successiva anafase siano assolutamente identici. Ciò può essere ottenuto solo avendo un cromatide di un cromosoma in ciascuno dei due poli dopo che il nucleo è stato diviso.
Se, ad esempio, due cromatidi fratelli identici si trovassero in uno dei due poli e mancassero all'altro polo, ciò porterebbe a notevoli disturbi con l'impossibilità di un'ulteriore crescita cellulare o di una crescita incontrollata. Nel caso delle cellule del parenchima, ci sarebbe una perdita della funzionalità specifica delle cellule.
Malattie e disturbi
La mitosi incarna un processo molto complesso che comporta il rischio di errori nella replicazione dei filamenti di DNA e nella distribuzione dei cromatidi sui due poli, con conseguenze talvolta di vasta portata. Ad esempio, un attaccamento "errato" dei microtubuli ai cinetocori dei centromeri può verificarsi relativamente spesso. Ad esempio, alcuni cinetocori possono rimanere liberi, cioè non collegati a un microtubulo, oppure entrambi i cromatidi sono collegati ai microtubuli dello stesso polo in corrispondenza dei loro centromeri. Una delle funzioni più importanti della metafase consiste nel controllare il “corretto” e completo attaccamento dei microtubuli al cinetocore.
Il distacco dei cromosomi in anafase viene normalmente rilasciato solo quando il controllo delle fibre del fuso ha esito positivo e tutti i cinetocori segnalano la corretta connessione. Il checkpoint mitotico è implementato da un gruppo di proteine specializzate che sopprimono o incassano il passaggio all'anafase se l'adesione non corrisponde al valore target. Il processo è in qualche modo paragonabile a un pit stop in una gara di Formula 1, quando tutti e quattro gli installatori devono segnalare il completamento dopo aver cambiato le ruote prima che il pilota di Formula 1 possa ricominciare.
Un altro problema più grande sorge quando si commettono errori nella rottura dei filamenti di DNA. Ciò può portare a una perdita di funzionalità delle cellule e ad ulteriori mitosi a progressione continua, rapida o lenta che non reagiscono più agli inibitori della crescita del corpo. La crescita disinibita caratterizza i tumori benigni (benigni) o maligni (maligni).
Altri problemi possono derivare dalla metilazione del DNA. Quando i filamenti di DNA vengono separati, l'attività delle metiltransferasi del DNA può portare all'aggiunta di gruppi metilici (-CH3) al DNA. Il processo non corrisponde a una mutazione genetica nel senso convenzionale, ma corrisponde a un cambiamento epigenetico nel gene affetto. La "metilazione genica" di solito porta a cambiamenti fenotipicamente riconoscibili nell'individuo affetto ed è per lo più trasmessa alla generazione successiva di cellule, simile a un'eredità.
La misura in cui lo sviluppo di tumori benigni e maligni e la metilazione del DNA possono essere ricondotti a processi all'interno della metafase non è stata adeguatamente studiata.
