I meccanismi di riparazione del DNA vincono il Nobel per la Chimica 2015

Uno svedese, un americano e un turco: sono i tre vincitori del premio Nobel per la Chimica del 2015 per «aver scoperto e mappato a livello molecolare come le cellule riparano il DNA danneggiato e preservano l’informazione genetica». I loro studi hanno avuto importanza fondamentale sulla nostra conoscenza dei meccanismi cellulari che sono coinvolti nella duplicazione del DNA. Ma hanno anche aperto la strada per comprendere come nasce il cancro e come poter intervenire con delle possibili cure.

Le cellule sono la base costituente di ogni essere vivente e dentro a ognuna di esse si trova il DNA che, con una metafora fin troppo nota, è una sorta di ricetta di come sono fatti e come funzionano i corpi degli esseri viventi. Ogni giorno, però, l’integrità dell’informazione genetica contenuta nel DNA è minacciata da cambiamenti spontanei che possono portare a malfunzionamenti della cellula e, in ultima analisi, a stati patologici. Un esempio possono essere gli effetti dei raggi ultravioletti che provengono dal sole: se l’esposizione è eccessiva e prolungata, essi possono alterare il DNA delle cellule che costituiscono la nostra pelle e dare origine al melanoma, il cancro della pelle.

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La divisione cellulare e dove possono intervenire errori di duplicazione. La didascalia inferiore: “Quando le cellule si dividono, tutti i cromosomi vengono copiati. Il meccanismo di duplicazione del DNA srotola la doppia elica del DNA e forma due nuovi filamenti, usando quelli vecchi come modelli. Anche in questo caso, l’adenina si lega alla timina, mentre la guanina con la citosina” (Immagine: Nobel Foundation)

Negli anni Settanta mentre lavorava in Inghilterra nell’istituto intitolato a uno dei due scopritori della forma a doppia elica del DNA, il Francis Crick Institute, lo svedese Tomas Lindahl ha dimostrato che il DNA si degrada a un ritmo che avrebbe dovuto rendere lo sviluppo della vita sul nostro pianeta impossibile. Da questa considerazione è nata la sua caccia per il fattore che, al contrario, impedisse il degrado dell’informazione genetica. Quello che ha scoperto si chiama riparazione per escissione di basi ed è un meccanismo noto anche con la sigla BER (dall’inglese base excision repairche ripara il DNA sostituendo la basi anomale che si possono legare in modo sbagliato durante i processi duplicativi. L’intervento del BER evita questo tipo di mutazioni, ma agisce su un singolo nucleotide alla volta.

Un pdf con lo schema (in inglese) del funzionamento della riparazione per escissione delle basi è disponibile sul sito della Nobel Foundation a questo link.

Più tardi Aziz Sancar, scienziato turco che lavorava all’Università del North Carolina (Stati Uniti), ha scoperto un meccanismo simile, ma che coinvolge un tratto più esteso del filamento di DNA e che va sotto il nome di riparazione per escissione di nucleotidi (NER). Questo meccanismo è coinvolto proprio nel contrastare gli effetti dei raggi ultravioletti sulle cellule della pelle. Nel corso degli studi successivi, si è potuto dimostrare che le persone che hanno un difetto di funzionamento di questo meccanismo si ammalano di cancro alla pelle quando vengono esposti al sole.

Un pdf con lo schema (in inglese) del funzionamento della riparazione per escissione dei nucleotidi è disponibile sul sito della Nobel Foundation a questo link.

Infine, il terzo premiato, l’americano Paul Modrich (all’epoca della scoperta alla Duke University School of Medicine in North Carolina), ha scoperto un terzo meccanismo di riparazione di DNA, il cosiddetto Mismatch Repair (MMR), un sistema di correzione degli errori di duplicazione e ricombinazione genetica che si generano per un errato accoppiamento dei nucleotidi durante la replicazione del DNA. Anche questi meccanismi, quando non funzionano a dovere, hanno un ruolo nella cancerogenesi.

Un pdf con lo schema (in inglese) del funzionamento del Mismatch Repair è disponibile sul sito della Nobel Foundation a questo link.

Ogni volta che il DNA si duplica, c’è il rischio che l’informazione genetica venga danneggiata a causa di fattori esterni, come i già citati raggi ultravioletti, o di mutazioni durante il processo di divisione cellulare. I tre meccanismi di riparazione scoperti dai Nobel sono una specie di “kit di pronto soccorso” che corregge tanta parte di questi errori ed può evitare l’insorgere della patologia, assicurando che all’interno dei tessuti del nostro corpo vengano sostituite le cellule morte o danneggiate.

Con i suoi studi degli anni Settanta, Lindahl ha aperto la strada a una più profonda conoscenza dei meccanismi interni delle cellule, una strada che Modrich e Sancar hanno percorso per un altro tratto, completando la conoscenza che la scienza ha oggi dei meccanismi di riparazione del DNA. Ma, cosa forse di peso per l’assegnazione del premio Nobel, queste nuove conoscenze hanno aiutato a comprendere come si generano i tumori e indicato quali possono essere potenziali bersagli per le cure.

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