Variabilità genetica e Mutazioni

Fattori che riconoscono e mediano i danni al DNA

• Proteine ATM e ATR
    - ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) e ATR (Ataxia Telangiectasia and Rad3-related) sono coinvolte nel riconoscimento dei danni al DNA.
    - ATM riconosce principalmente le rotture della doppia elica.
    - ATR si occupa delle rotture a singolo filamento.
    - Entrambe sono cruciali nel ciclo cellulare.

• Meccanismo di segnale di danno
    - Il segnale di danno DNA attiva un processo di fosforilazione a cascata.
    - ATM e ATR vengono fosforilate, attivando ulteriormente altre proteine, come:
      - Chk1 e Chk2: queste proteine fosforilano p53.
      - p53 (Tumor Protein 53): fattore di trascrizione che regola il ciclo cellulare e funge da soppressore tumorale.
        - In presenza di p53 attivo, la replicazione cellulare è regolata, prevenendo la replicazione incontrollata delle cellule tumorali.
        - Mutazioni in p53 sono comunemente riscontrate nella maggior parte dei tumori.

Tipi di danni al DNA

• Radiazioni ionizzanti e UV
    - Le radiazioni come i raggi gamma causano la scissione delle molecole d'acqua, generando radicali altamente reattivi (OH e H).
    - I raggi UV, provenienti da uno strato di ozono spesso danneggiato, causano danni al DNA, come i dimeri di pirimidina (formazione di dimeri tra due timine).

Riparazione per escissione di nucleotidi (NER)

• Formazione di dimeri di pirimidina
    - Dimeri possono formarsi tra T e T o tra C e T, le forme più comuni di danno causate dai raggi UV.

• Meccanismo della riparazione NER
    - Sistema multienzimatico riconosce i dimeri, crea un taglio a singolo filamento e prepara l'area per la riparazione.
    - L'elicasi del DNA rimuove la porzione tagliata.
    - Una volta rimossa, la DNA polimerasi riempie il "buco" e la DNA ligasi sigilla il frammento.

• Importanza del sistema di riparazione
    - I sistemi di riparazione differiscono a seconda che siano associati o meno alla trascrizione:
       - Riparazione legata alla trascrizione: coinvolge la proteina CSP (Cockayne Syndrome Protein).
       - Riparazione globale: coinvolge la proteina XPC (Xeroderma Pigmentosum Protein).
  

• Sindrome di Cockayne
    - Caratterizzata da difetti di sviluppo e invecchiamento precoce.
    - Causata principalmente da mutazioni nel gene CS.

• Xeroderma Pigmentosum
    - Malattia rara con alta sensibilità alle radiazioni UV.
    - Peculiarità cliniche: scottature, vescicole, arrossamenti e problemi neurologici, associati frequentemente alle mutazioni nel gene XPC.

Danni al DNA e Replicazione

• Rottura a singola elica
    - Si verifica durante la replicazione; blocca la polimerasi.
    - Collasso della forca replicativa permette la riparazione del danno.

• Meccanismo di riparazione
    - Utilizzo di un cromatide complementare come stampo per la sintesi del filamento mancante.
    - Questa riparazione è definita error-free, poiché mantiene l'integrità del DNA.

• Ricombinazione omologa vs NHEJ
    - La ricombinazione omologa avviene solo quando il cromatide fratello è disponibile.
    - L'alternativa, il Non-Homologous End Joining (NHEJ), implica un processamento delle estremità danneggiate e non ricostruisce il materiale genetico perso.

Cellule Tumorali e Meccanismi di Riparazione

• Le cellule tumorali possono continuare a dividersi anche in presenza di danni
    - Possono ignorare segnali di stop e riparazioni inadeguate, proseguendo la replicazione.
    - Maggiore il numero di divisioni, maggiore il danno al DNA accumulato.

• Mutazioni nei sistemi di riparazione sono frequenti nei tumori, che attivano sistemi compensatori.
    - Se ci sono difetti nella ricombinazione omologa, può prevalere il sistema NHEJ.

Letalità Sintetica

• Concetto di letalità sintetica
    - Si basa sulla possibilità di sfruttare mutazioni in geni di riparazione del DNA per sviluppare terapie mirate.
    - Mutazioni nel gene A (es. BRCA1/BRCA2) richiedono un compenso da parte di un gene B per la sopravvivenza cellulare.
    - Inibendo il gene B nelle cellule tumorali, si può indurre la morte cellulare.

• Esempio Clinico: Tumore Mammario e Ovarico
    - Mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2, responsabili della riparazione tramite ricombinazione omologa.
    - In assenza di questi geni, PARP1 permette la riparazione; la sua inibizione porta a un accumulo letale di danni.

• Inibitori Clinici di Riparazione del DNA
    - Farmaco Olaparib (Lynparza): inibisce PARP1 nelle cellule con mutazioni BRCA1/BRCA2.
    - Approccio di medicina di precisione: coinvolge il sequenziamento del DNA dei pazienti prima del trattamento.

• Strategie future
    - Inibitori per proteine ATM, ATR, CHK1 e CHK2 in fase di ricerca, mirati a nuove opzioni terapeutiche
    - Il concetto di letalità sintetica combina oncologia e biologia del danno al DNA, aprendo nuove strade per il trattamento delle neoplasie.