Tabacco-Immagine Credit Public Domain-
È noto che le tossine nel fumo di tabacco possono modificare il nostro DNA, ma dove esattamente nel genoma lo fanno è rimasto un mistero. Un nuovo approccio sviluppato dai ricercatori dell’ETH di Zurigo ora porta la luce nell’oscurità. In futuro, ciò potrebbe rendere più facile che mai determinare la sicurezza di molte sostanze chimiche.
I composti chimici nel fumo di tabacco alterano il DNA delle cellule polmonari in modi che possono portare al cancro a lungo termine. I ricercatori dell’ETH di Zurigo sono stati in grado per la prima volta di localizzare con precisione tali cambiamenti. I loro risultati sono chiari: il modello dei cambiamenti del DNA che hanno determinato negli esperimenti di coltura cellulare è coerente con le mutazioni note nel cancro del polmone.
Anche se questi risultati non sono i primi a mostrare il legame tra il fumo di sigaretta e il cancro ai polmoni – questa relazione causale è stata stabilita da tempo – è solo ora che gli scienziati guidati da Shana Sturla, Professore di Tossicologia all’ETH di Zurigo, sono stati in grado di utilizzare il loro nuovo metodo per mappare esattamente quali elementi costitutivi del DNA vengono alterati nel processo.
Con questo approccio, un giorno dovrebbe anche essere possibile determinare gli effetti di altre tossine sulle cellule – e farlo dovrebbe essere relativamente facile usando la coltura cellulare e le analisi biologiche molecolari. Fino ad ora, tali studi tossicologici dovevano essere effettuati utilizzando animali da laboratorio.
Nel loro studio, ora pubblicato sulla rivista ACS Central Science i ricercatori si sono concentrati su uno specifico composto chimico: il benzopirene che viene prodotto quando il tabacco viene bruciato.
Quando il composto entra nel corpo umano, viene convertito in metaboliti molto specifici noti da tempo per la loro tossicità. Gli scienziati hanno preso questi metaboliti del benzopirene e li hanno aggiunti alle cellule polmonari, che hanno coltivato in laboratorio per i loro studi.
Cambiamenti come precursori di mutazioni
È noto da tempo che i metaboliti del benzopirene reagiscono con il blocco costitutivo del DNA guanina (la G tra i blocchi costitutivi spesso abbreviati come A, C, T e G) e lo modificano in un processo noto come alchilazione.
Sebbene esistano meccanismi di riparazione nelle cellule che possono invertire questo cambiamento, non sono efficaci in tutti i casi. Se una cellula si divide senza prima invertire l’alchilazione, in questo sito si verifica una mutazione del DNA e alcune di queste mutazioni possono causare il cancro. È anche noto che l’effetto cancerogeno del fumo di sigaretta è in gran parte dovuto ai metaboliti del benzopirene.
I ricercatori dell’ETH di Zurigo volevano ora determinare quali guanine nel DNA i metaboliti del benzopirene tendono ad alterare, e in particolare quali di questi cambiamenti persistono anche a lungo termine. Per fare questo, hanno usato anticorpi che legano in modo specifico le guanine alterate.
Diversi metodi hanno aiutato i ricercatori a mappare successivamente questi siti. In uno di questi metodi, gli scienziati copiano i filamenti di DNA in modo simile a una reazione PCR.
Ogni volta che il meccanismo di copiatura raggiunge una guanina alterata, viene bloccato e il processo di copiatura si interrompe. Il successivo sequenziamento del DNA consente ai ricercatori di determinare dove si è verificata questa terminazione e quindi di dedurre la posizione dell’alterazione del DNA.
Esaminando una vasta gamma di sostanze chimiche
L’alchilazione della guanina è solo uno degli innumerevoli modi in cui le tossine possono alterare il DNA. I ricercatori hanno ora in programma di adattare il loro approccio in modo da poter in futuro mappare anche altri cambiamenti del DNA. Ciò avrebbe una serie di applicazioni: sarebbe quindi possibile analizzare un’ampia gamma di composti chimici utilizzando semplici esperimenti di coltura cellulare per prevedere il rischio che causino il cancro.
Vedi anche:Gli effetti del tabacco sul sistema immunitario
Inoltre, sarebbe possibile studiare quali tipi cellulari e quali predisposizioni genetiche individuali sono particolarmente suscettibili alle alterazioni del DNA e quindi alla degenerazione cancerogena.
“Una volta che avremo capito quali sostanze chimiche causano quali cambiamenti del DNA, saremo anche in grado di tornare indietro e, per i cambiamenti genomici noti, determinare quali tossine hanno più probabilità di aver contribuito”, dice Sturla.
Inoltre, tali test possono essere utilizzati nella ricerca fondamentale per scoprire in primo luogo come si formano le caratteristiche firme mutazionali nelle cellule tumorali. In definitiva, Sturla sta pensando di utilizzare l’approccio per studiare non solo le tossine chimiche, ma anche i cambiamenti del DNA causati da fattori ambientali, dall’alimentazione o dal normale invecchiamento cellulare.
Fonte: ETH Zurigo
