di Jacopo Censi e Raffaele Rennis, 4AC Liceo classico e linguistico Aristofane, Roma

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ABSTRACT: Nel 2015 tre scienziati Tomas Lindahl, Paul Modrich e Aziz Sancar, hanno vinto il premio Nobel per la chimica per le loro scoperte sui meccanismi di riparazione per escissione della molecola del Dna, che migliorano le nostre conoscenze sul funzionamento e sui processi di invecchiamento della cellula vivente e hanno importanti ripercussioni sulla comprensione e la cura di molte malattie. Questo articolo si focalizza su alcuni meccanismi di riparazione del Dna e sul contributo scientifico del chimico Aziz Sancar

Il Dna è la molecola presente in tutte le cellule di un organismo vivente che codifica le informazioni fondamentali per il suo funzionamento. Esso non è però completamente stabile e può subire danni da fattori esterni come agenti chimici (es. tabacco), radiazioni, errato stile di vita oppure da fattori interni come i radicali liberi, che sono molecole prodotte dallo stesso metabolismo della cellula. Inoltre alcune alterazioni della cellula possono avvenire spontaneamente durante processi specifici, come durante la duplicazione del Dna nella divisione cellulare.

Se non ci fossero sistemi di riparazione di questi danni, che tengono sotto controllo l’integrità e la stabilità del Dna, essi potrebbero dare luogo ad un cambiamento permanente della sequenza delle basi del Dna, con conseguenze gravi come patologie o mutazioni genetiche.

Foto-riattivazione: Il primo meccanismo di riparazione del Dna

Già nel 1920 si è scoperto che i raggi X e i raggi ultravioletti (UV) possono danneggiare la cellula, ma nel 1940, studiando i batteri, si è osservato che la luce visibile può stimolare il recupero cellulare tramite un meccanismo chiamato foto-riattivazione, che Renato Dulbecco nel 1950 per primo comprese essere una reazione enzimatica. L’enzima venne individuato nel 1958 da Claud Stan Rupert: la fotoliasi. Queste scoperte dimostrarono per la prima volta l’esistenza di enzimi di riparazione del DNA.Negli anni sessanta si dimostrò che i danni cellulari prodotti dai raggi UV sono vari: il più noto è la formazione di un legame covalente tra due nucleotidi facenti parte dello stesso filamento di Dna. Si crea infatti un legame, ad esempio tra due basi azotate di timina T adiacenti chiamati dimeri di timina, e questo legame provoca una distorsione della doppia elica del Dna e interferisce con la sua duplicazione.

La scoperta: di riparazione per escissione dei nucleotidi (Ner)

Aziz Sancar, nel 1978 come studente di ricerca presso l’Università a Dallas, lavorò su questi aspetti che poi formalizzò in articoli scientifici tra il 1983 e il 1989: realizzò una coltura in vivo del batterio Escherichia-coli e studiò come l’enzima fotoliasi era in grado di scindere dimeri di timina tramite l’energia derivata dalla luce visibile e identificò le proteine implicate nel meccanismo di riparazione del filamento singolo del Dna chiamato per escissione di nucleotidi, nucleotide excision repair, dove la riparazione della parte danneggiata del filamento singolo è garantita dal filamento complementare, che funge da modello e permette di riparare regioni estese di Dna. Oggi sappiamo che dimeri di timina sono solo uno dei numerosi tipi di lesioni che interferiscono con il normale accoppiamento delle basi azotate del Dna, che possono distorcere la sua struttura elicoidale.

I meccanismi molecolari della NER

Le proteine coinvolte nel meccanismo di riparazione sono diverse, nel numero e nella tipologia, a seconda del tipo di lesione da riparare e a seconda dell’organismo in cui avviene la lesione (procariote, eucariote). La loro identificazione è stata molto aiutata dallo studio dei geni che codificano queste proteine (analisi genetica). La riparazione per escissione di nucleotidi è stata dimostrata nei procarioti, negli eucarioti è simile anche se molto più complessa a livello biochimico e a livello molecolare.

L’importanza di questi studi

Conoscere in dettaglio i meccanismi di riparazione del Dna è importante perché permette di studiare i processi di invecchiamento cellulare, di far luce sull’origine di molte patologie e di trovare possibili cure. Per esempio difetti nel sistema Ner sono alla base di malattie genetiche come la xeroderma pigmentoso, la sindrome di Cockayne o la tricotiodistrofia.

 Bibliografia:

Credits immagine: Lo svedese Thomas Lindal, l’americano Paoul Modrich e Aziz Sancar, di origine turca e cittadino americano sono i Nobel per la Chimica 2015, ANSA