Genitori-figli: così le “forbici” delle cellule rimescolano il DNA

I ricercatori dell’IRB di Bellinzona, guidati da Petr Cejka, hanno pubblicato sulla rivista Nature i risultati di uno studio che svela per la prima volta alcuni passaggi-chiave della ricombinazione del codice genetico

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Petr Cejka, responsabile del laboratorio sui Meccanismi di ricombinazione all’IRB di Bellinzona

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di Elisa Buson

Quante volte abbiamo sentito esclamare “è tutto suo padre”, oppure “è tutta sua madre”, per sottolineare la sorprendente somiglianza tra figlio e genitore. Eppure, al di là delle apparenze, il DNA non può mai essere identico: questo grazie a un processo di rimescolamento che avviene nelle cellule germinali del genitore durante la divisione che genera ovuli e spermatozoi. A gestire questa fase sono speciali “forbici” proteiche che agiscono sul DNA secondo un piano ben preciso, ricostruito per la prima volta in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Nature dal gruppo di Petr Cejka all’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB, affiliato all’Università della Svizzera Italiana) di Bellinzona.

Il lavoro, finanziato dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica e dal Consiglio europeo della ricerca, è stato condotto in collaborazione con il Politecnico di Zurigo, l’Università di Zurigo, l’Istituto Curie (Francia), l’Università del Sussex (Regno Unito) e l’Università di Copenaghen (Danimarca).

I ricercatori hanno messo sotto la lente il meccanismo di rimescolamento del DNA noto come “ricombinazione omologa”. Si tratta di un sistema che tutte le cellule del corpo umano adottano per riparare i danni al doppio filamento della molecola del codice genetico: la sua azione deve essere estremamente precisa, per evitare di introdurre pericolose mutazioni che possono portare alla crescita incontrollata della cellula e alla formazione di tumori. «Nel mio laboratorio – racconta Cejka – studio la ricombinazione omologa da quando sono tornato in Svizzera dall’Università della California a Davis, nel 2011. Nelle cellule normali questo meccanismo serve a riparare le rotture accidentali del DNA per proteggerci dal cancro: capire come funziona può aiutarci a progettare nuove terapie anti-tumori».

Nella divisione delle cellule germinali, però, la ricombinazione omologa assume un significato completamente diverso: la rottura del doppio filamento di DNA viene infatti indotta appositamente per poter riassortire i geni ereditati dalla generazione precedente, in modo da trasmetterli alla prole in nuove combinazioni. In questo caso la ricombinazione omologa non serve quindi a mantenere lo “statu quo” genetico come nelle altre cellule, ma al contrario alimenta quella diversità che poi è il motore dell’evoluzione. È questa particolare funzione che la rende così interessante da studiare, spiega Cejka.

Ad attirare l’attenzione dei ricercatori è soprattutto il complesso proteico chiamato MLH1-MLH3, una vera e propria “forbice molecolare”: le sue “lame” hanno il compito di tagliare quella sorta di treccia che si viene a creare quando la molecola di DNA rotta viene affiancata da una molecola di DNA omologa e integra, in modo che i filamenti spezzati si incrocino con uno dei filamenti interi per utilizzarlo come stampo con cui produrre le “toppe”. Nella sintesi di queste nuove sequenze di DNA per il rammendo è coinvolta una proteina simile a un anello, chiamata PCNA, che riesce anche a direzionare il taglio della forbice.

«Mutazioni nel complesso MLH1-MLH3 sono state associate all’infertilità nelle persone, ma i risultati sono ancora in fase preliminare», ricorda Cejka. Intanto, però, «esperimenti sui topi hanno dimostrato questo legame in maniera molto chiara». E non solo. È stato recentemente scoperto che una regolazione errata di MLH1-MLH3 può portare all’insorgenza di malattie genetiche come la sindrome dell’X fragile, che provoca disabilità cognitiva e problemi relazionali. Nuovi studi saranno necessari per individuare più in dettaglio questi meccanismi, ma la strada ormai è aperta.

Ultimo aggiornamento: 10 settembre 2020
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