Nel 1858 il patologo tedesco Rudolf Virchow formulò il principio secondo cui ogni nuova cellula ha origine da una cellula preesistente, estendendo alla dimensione microscopica il concetto di continuità biologica che vale per animali e piante. Questa impostazione sottolinea la persistenza ininterrotta della vita: la proliferazione cellulare assicura la trasmissione dell’informazione genetica e la conservazione, nel tempo, delle funzioni e delle strutture degli organismi. Dai procarioti unicellulari ai mammiferi pluricellulari, tutti i viventi sono il risultato di cicli successivi di accrescimento e divisione che si susseguono da oltre tre miliardi di anni.

La riproduzione di una cellula consiste in una sequenza regolata di eventi durante i quali il contenuto cellulare viene replicato e successivamente ripartito in due porzioni equivalenti. Questa sequenza, definita ciclo cellulare, costituisce l’architrave della riproduzione in biologia. La sua logica di base è conservata, ma i dettagli variano in funzione del tipo di organismo, dello stadio di sviluppo e del contesto fisiologico. Nei microrganismi unicellulari (batteri, lieviti) ogni divisione coincide con la nascita di un nuovo individuo; negli organismi pluricellulari, al contrario, lo sviluppo a partire dallo zigote richiede un numero elevato di divisioni coordinate e, in seguito, un bilanciamento continuo tra proliferazione, differenziamento, quiescenza e morte cellulare programmata. Non tutte le cellule, infatti, dividono con la stessa frequenza: alcune entrano in uno stato di quiescenza reversibile (G0), altre si specializzano e sospendono stabilmente la proliferazione, mentre popolazioni con compiti di rinnovo tissutale (per esempio, cellule staminali dei tessuti) mantengono capacità mitotica per tutta la vita.

Malgrado questa eterogeneità, una proprietà comune emerge in tutti i sistemi: la necessità di duplicare accuratamente il genoma e di distribuirlo in modo fedele alle cellule figlie. Per comprendere come ciò avvenga è utile guidarsi attraverso tre questioni cardine:

• in che modo le cellule replicano i propri componenti, con particolare riguardo ai cromosomi che veicolano l’informazione genetica;
• quali processi consentono di ripartire il materiale cellulare in due comparti equivalenti durante la divisione;
• come viene ottenuto il coordinamento temporale e funzionale tra gli apparati responsabili della duplicazione e quelli deputati alla segregazione.

Gli eventi essenziali del ciclo cellulare eucariotico sono organizzati in fasi distinte ma integrate. Durante l’interfase si realizzano l’accrescimento e la preparazione alla divisione: in G1 la cellula valuta segnali interni ed esterni e accumula massa e componenti; nella fase S avviene la duplicazione del DNA e dei centri organizzatori del fuso; in G2 si completano i controlli e si predispongono i meccanismi necessari alla divisione. Segue la fase M, che comprende mitosi e citochinesi: i cromosomi duplicati vengono condensati, allineati sul fuso e separati in maniera coordinata, quindi il citoplasma si divide producendo due cellule figlie.

L’ordine degli eventi è garantito da un sistema di controllo altamente conservato, basato su chinasi ciclina‑dipendenti (CDK) e sulle loro regolatrici, le cicline, integrate da proteine checkpoint che sorvegliano la corretta progressione. Questo apparato, noto come sistema di controllo del ciclo cellulare, impone che un passaggio non inizi prima che il precedente sia stato completato, prevenendo replicazioni multiple del genoma o segregazioni aberranti. Ad esempio, l’attivazione sequenziale dei complessi ciclina‑CDK scandisce l’ingresso in fase S e l’avvio della mitosi, mentre i checkpoint del danno al DNA, dell’assemblaggio del fuso e dell’ancoraggio dei kinetocori sospendono transitoriamente il ciclo in presenza di errori, consentendone la correzione.

La divisione delle cellule animali è inoltre modulata da segnali extracellulari. Mitogeni, fattori di crescita e segnali di sopravvivenza interagiscono con vie di trasduzione che regolano l’ingresso in ciclo, la sintesi di macromolecole e l’evitamento dell’apoptosi. In molti tipi cellulari, la decisione di procedere oltre un punto di controllo critico in G1 (spesso indicato come restrizione o Start) dipende dall’integrazione di tali input con lo stato metabolico e con la qualità del DNA. Attraverso questo dialogo tra segnali esterni e circuito interno di controllo, un organismo multicellulare regola il numero di cellule, le loro dimensioni e la loro distribuzione nei tessuti, determinando la taglia complessiva, la forma e l’omeostasi dell’intero corpo.