(DNA-Immagine Credit Foto di Daniil Kuzelev / Unsplash).
Ogni organismo vivente ha il DNA e ogni organismo vivente si impegna nella replicazione del DNA, il processo mediante il quale il DNA fa una copia esatta di se stesso durante la divisione cellulare. Sebbene questo sia un processo collaudato, possono sorgere problemi.
La replica indotta da rottura (BIR) è un modo per risolvere questi problemi. Negli esseri umani, è impiegata principalmente per riparare rotture nel DNA che non possono essere riparate altrimenti. Eppure la stessa BIR, attraverso le sue riparazioni al DNA e il modo in cui conduce tali riparazioni, può introdurre o causare riarrangiamenti genomici e mutazioni che contribuiscono allo sviluppo del cancro.
“È una specie di spada a doppio taglio”, afferma Anna Malkova, Prof.ssa del Dipartimento di Biologia presso l’Università dell’Iowa, che ha studiato il processo BIR dal 1995. “La capacità di riparazione di base è una buona cosa e alcune rotture del DNA possono non essere riparato con altri metodi. Quindi, l’idea è molto buona. Ma i risultati possono essere negativi”.
Un nuovo studio condotto da Malkova, pubblicato il 20 gennaio sulla rivista Nature, cerca di mettere in luce la disposizione ad alto rischio-ricompensa di BIR descrivendo per la prima volta la sequenza di riparazione dall’inizio alla fine messa in atto da BIR. I biologi hanno sviluppato una nuova tecnica che ha permesso loro di studiare in un modello di lievito come funziona BIR durante il suo ciclo di riparazione. Fino ad ora, gli scienziati erano stati in grado di studiare le operazioni di BIR solo nelle fasi iniziale e finale. I ricercatori hanno quindi introdotto ostruzioni alla replicazione del DNA, in processi come la trascrizione ad esempio – il processo di copia del DNA per produrre proteine - che si ritiene sia aiutato da BIR.
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“Il nostro studio mostra che quando BIR viene in soccorso a queste collisioni, il suo arrivo ha un prezzo molto alto”, afferma Malkova, l’autore corrispondente dello studio. “Quando BIR incontra la trascrizione, può introdurre ancora più instabilità che può portare a mutazioni ancora più elevate. Di conseguenza, pensiamo che le instabilità che sono state trovate principalmente nelle collisioni tra trascrizione e replicazione che possono portare al cancro potrebbero essere causate di BIR che è giunta in soccorso”.
“Arriva, salva, ma è discutibile quanto BIR sia davvero utile“, spiegano gli autori.
Gli scienziati sanno come funziona BIR in alcune fasi. Ad esempio, sanno che l’apparato di riparazione del DNA forma una sorta di bolla attorno al DNA danneggiato, quindi si sposta in avanti, decomprimendo il DNA, copiando segmenti intatti e infine trasferendo quei segmenti copiati in un nuovo filamento di DNA.
Ma ciò che è rimasto sfuggente è stato seguire BIR durante l’intero ciclo di riparazione. Utilizzando una tecnica che coinvolge Droplet Digital PCR e un nuovo metodo di purificazione del DNA sviluppato dallo studente in biologia Liping Liu, i ricercatori sono stati in grado di osservare BIR dall’inizio alla fine.
“Immagina BIR come un treno. Liping ha installato un gruppo di stazioni e ha osservato come il treno procedeva in ciascuna stazione, monitorando l’aumento del DNA in ogni stazione, quanto aumento si sta verificando in ciascuna stazione e quindi, in totale, come si svolge l’intero processo”, spiega Malkova.
Il team ha quindi introdotto intenzionalmente ostruzioni in alcune stazioni – una tra queste, la trascrizione– per osservare come BIR ha risposto agli ostacoli. Una scoperta: quando la trascrizione viene introdotta vicino all’inizio del processo BIR, le riparazioni non iniziano, come se fossero state soppresse. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l’orientamento della trascrizione rispetto a BIR può influenzare il ciclo di riparazione e può essere un fattore importante che influenza l’instabilità che può promuovere il cancro negli esseri umani.
“Gli scienziati sanno già che c’è molta instabilità nei luoghi in cui l’alta trascrizione incontra la normale replicazione”, dice Malkova. “Quello che non sapevamo fino ad ora è da dove viene e perché si verifica”.
Il primo autore dello studio, “Il monitoraggio della replicazione indotta da rottura mostra che si blocca ai posti di blocco“, è Liu, che è una studentessa del sesto anno nel laboratorio di Malkova. I coautori dell’Iowa includono Beth Osia, Jerzy Twarowski, Juraj Kramara, Rosemary Lee, Hanzeng Li e Rajula Elango (ora al Beth Israel Deaconess Medical Center e alla Harvard Medical School). I coautori del Baylor College of Medicine includono Zhenxin Yan, Luyang Sun, Sandeep Kumar, Weiwei Dang e Grzegorz Ira.
Fonte:Università dell’Iowa
