Nuovi dettagli sulla duplicazione del DNA

Esistono dei processi in biologia molecolare che sono fondamentali per la vita e proteine necessarie per avviarli. Ed esistono delle tecniche raffinate messe a punto per studiare nei minimi dettagli queste proteine e capire meglio questi processi fondamentali. Parliamo della duplicazione del DNA e di ORC (Origin Recognition Complex), un complesso proteico in grado di “attivare” questo meccanismo. Oggi la proteina ORC è stata cristallizzata, cioè la sua struttura 3D è stata “bloccata” in una data posizione e configurazione nello spazio, e analizzata attraverso i raggi X ad alta energia grazie ai sofisticati strumenti dell’Argonne National Laboratory, negli Stati Uniti. I risultati, pubblicati su Nature, restituiscono una fotografia dettagliata dell’attività di ORC e della sua complessa relazione con il DNA, evidenziando nuovi dettagli di quanto avviene nel momento in cui la doppia elica inizia la sua duplicazione.

Fotocopiare il DNA: un complesso sistema proteico
La duplicazione del DNA di una cellula è il primo passo necessario per la divisione cellulare, quel processo che porta alla formazione di due cellule “figlie” a partire da un’unica cellula “genitore”. Per ricordare l’importanza di questo meccanismo biologico basta pensare che in questo momento, nel nostro corpo, si stanno dividendo milioni di cellule. È questo che permette agli esseri viventi di svilupparsi, riprodursi e sostituire cellule morte con cellule sempre nuove. Il primo passaggio che caratterizza questo evento è il legame della proteina ORC al DNA nel punto esatto dal quale inizierà la replicazione. ORC funge da impalcatura sulla quale si costruisce il “castello” di proteine necessarie per replicare il DNA, prime fra tutte l’elicasi MCM, un enzima in grado di “srotolare” e aprire la doppia elica di DNA. Solo a questo punto il DNA è pronto per essere duplicato e il macchinario addetto a questo compito, il replisoma, può assemblarsi ed iniziare il proprio lavoro.

Pre-replicative_complex

Formazione del complesso di pre-duplicazione. ORC (in azzurro) lega il DNA e favorisce il legame dell’elicasi MCM  (in verde) che, a sua volta, catalizza l’apertura della doppia elica di DNA. Immagine: wikipedia

Nuovi dettagli su ORC
Nonostante la fondamentale funzione di ORC, poco si sa sulla sua struttura. Per questo un gruppo di biochimici ha realizzato un modello 3D della proteina estratta dal moscerino della frutta, “incorporando” la proteina in minuscoli cristalli e analizzandoli con dei potenti raggi X. L’analisi ha permesso di ricostruire la forma precisa della proteina, atomo per atomo, e di capire meglio la natura del suo legame con il DNA.

ORC è formata da 6 subunità, cinque delle quali si assemblano per formare una sorta di tasca che avvolge il DNA. La sesta unità, chiamata Orc6, forma una sorta di coda che protrude verso l’esterno. Anomalie in questa protrusione sono responsabili del meccanismo difettoso di replicazione del DNA alla base di alcune patologie.

ORC

Un modello semplificato di ORC che mostra la regione di legame con il DNA (asterisco) e la coda proteica formata da Orc6 (triangolo). Immagine: John Hopkins Medicine

Il nuovo modello elaborato mostra esattamente il punto in cui Orc6 lega il resto della proteina e chiarisce perché un errore proprio in quel punto possa creare tanto scompiglio. Inoltre, le analisi hanno rivelato un altro meccanismo finora ignoto. Si riteneva, infatti, che la proteina ORC fosse sempre nel suo stato “ON”, quindi sempre attiva e che, semplicemente, non fosse presente nel nucleo cellulare quando non necessaria. Si è visto, in realtà, che la proteina in questione esiste anche in uno stato “OFF”, una situazione, cioè nella quale una delle subunità che la compongono va ad occupare lo spazio riservato al DNA, impedendone di fatto il legame. La regolazione della duplicazione del nostro materiale genetico, quindi, si arricchisce di un ulteriore grado di complessità. La domanda alla quale gli scienziati cercheranno di rispondere ora è: cosa permette a ORC di passare da OFF a ON?

Immagine box apertura: Argonne National Laboratory

Immagine banner: Wikipedia

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