Biologia #11 – Prof De Magis – Variabilità genetica e Mutazioni
Fattori che riconoscono e mediano i danni al DNA - Proteine ATM e ATR:
Coinvolte nel riconoscimento di diversi tipi di danno al DNA.
ATM (Ataxia-Telangiectasia Mutated):
Riconosce principalmente rotture della doppia elica (double-strand breaks, DSBs).
Attivata da complessi proteici come il complesso MRN (MRE11-RAD50-NBS1).
Importante nella fosforilazione di proteine a valle coinvolte nel checkpoint del ciclo cellulare e nella riparazione del DNA.
ATR (Ataxia-Telangiectasia and Rad3-related):
Riconosce principalmente rotture a singolo filamento (single-strand breaks, SSBs) e DNA danneggiato o con replicazione bloccata.
Attivata da RPA (Replication Protein A) legato a DNA a singolo filamento.
Cruciale per la risposta al danno del DNA durante la replicazione.
Entrambe sono coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare.
Attivano checkpoint che bloccano la progressione del ciclo cellulare per consentire la riparazione del DNA.
Segnale di danno:
Processo di fosforilazione a cascata.
ATR e ATM vengono fosforilate, inducendo la fosforilazione di Chk1 e Chk2.
Chk1 e Chk2 sono chinasi che fosforilano bersagli a valle per coordinare la risposta al danno.
Chk1 e Chk2 fosforilano p53.
p53:
Fattore di trascrizione che regola il ciclo cellulare, l'apoptosi e la riparazione del DNA.
Soppressore tumorale: Mantiene la regolazione del ciclo cellulare.
Induce l'espressione di geni coinvolti nell'arresto del ciclo cellulare (es. p21) e nella riparazione del DNA.
Mutazioni nel gene TP53 (Tumor Protein 53) sono comuni nei tumori.
Perdita di funzione di p53 porta a instabilità genomica e aumento della proliferazione cellulare.
Tipi di danni al DNA
Radiazioni ionizzanti (raggi gamma):
Provocano la scissione delle molecole d'acqua, generando radicali OH e H.
Effetti diretti sul DNA: rotture della doppia elica (DSBs), rotture a singolo filamento (SSBs), danni alle basi.
Radicale idrossile (OH): Altamente reattivo e dannoso per il DNA.
Raggi ultravioletti:
Causati dal passaggio di radiazioni attraverso il buco dell'ozono.
Inducono la formazione di dimeri di pirimidina (es. dimeri di timina) e 6-4 fotoprodotti.
Questi danni distorcono la struttura del DNA e bloccano la replicazione e la trascrizione.
Riparazione per escissione di nucleotidi (NER)
Dimeri di pirimidina:
Formazione di dimeri tra due timine (T) o tra una citosina (C) e una timina (T) all’interno della stessa elica di DNA.
Più comuni tra C e T, causati dalle radiazioni ultraviolette.
Processo di riparazione NER:
Un complesso multienzimatico lega il dimero e crea un taglio a singolo filamento.
Include proteine come XPC, DDB2, CSA e CSB che riconoscono il danno e reclutano altre proteine NER.
Il taglio non è specifico per le basi del dimero, ma interessa una regione più ampia.
Un'elicasi del DNA (es. XPB e XPD) rimuove la porzione tagliata.
La DNA polimerasi riempie il filamento.
La DNA ligasi sigilla il filamento.
Coinvolgimento della proteina XPA (Xeroderma Pigmentosum complementation group A):
La proteina XPA è essenziale per il riconoscimento del danno al DNA e il reclutamento di altre proteine di riparazione NER nel sito danneggiato.
Xeroderma Pigmentosum (XP)
Malattia genetica rara causata da mutazioni nei geni che codificano per le proteine coinvolte nella riparazione NER.
Sensibilità estrema alla luce ultravioletta.
Incapacità di riparare efficacemente i danni causati dai raggi UV.
Aumento del rischio di sviluppare tumori della pelle.
Particolarmente carcinomi basocellulari, carcinomi squamocellulari e melanomi.
Otto gruppi di complementazione (da XPA a XPG, più XPV/POLH) associati a questa malattia.
Mutazioni in ciascuno di questi geni portano a varianti della malattia con diversa gravità.
Replicazione attraverso lesioni del DNA (Translesion Synthesis, TLS)
Meccanismo di riparazione del DNA che consente alla replicazione di continuare oltre le lesioni nel DNA.
DNA polimerasi specializzate (es. DNA polimerasi η) sono in grado di inserire nucleotidi di fronte alle lesioni, consentendo la replicazione, anche se con una maggiore probabilità di errori.
La DNA polimerasi η è particolarmente importante per la replicazione attraverso i dimeri di timina.
L'assenza o il malfunzionamento di queste polimerasi può portare a un aumento delle mutazioni e all'insorgenza di tumori.
Non-Homologous End Joining (NHEJ)
Meccanismo di riparazione delle rotture della doppia elica del DNA.
Unisce direttamente le estremità del DNA rotto senza la necessità di un modello.
Coinvolge proteine come Ku70/Ku80, DNA-PKcs, Artemis, ligasi IV e XRCC4.
Può essere impreciso e portare a inserzioni o delezioni di nucleotidi.
Questo può causare mutazioni e instabilità genomica.
Lethalità Sintetica
Si verifica quando la mutazione di due o più geni porta alla morte cellulare, mentre la mutazione di un singolo gene non è letale.
Sfruttata in terapia antitumorale per colpire le cellule tumorali che hanno già una mutazione in un gene di riparazione del DNA.
Esempio: Inibizione di PARP in cellule con mutazioni BRCA1/2.
Inibitori di proteine di riparazione del DNA e uso clinico
Inibitori di PARP (Poli ADP-ribosio polimerasi):
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