Identificato il difetto nella riparazione del danno del DNA in cellule terminalmente differenziate

Il maggiore sistema di riparazione del danno indotto dalle specie reattive dell’ossigeno (ROS), il cosiddetto BER/SSBR – base excision repair/ single strand break repair – è presente
nelle cellule del nostro organismo al fine di proteggerle dal danno ossidativo proveniente dal normale metabolismo e da eventuali danni causati dall’ambiente.

Una diminuzione della sua efficienza porta le cellule durante il processo di differenziamento a sviluppare una sorta di ipersensibilità ai radicali liberi, causandone eventualmente una
degenerazione.

Questo è quanto è emerso da uno studio condotto in laboratorio su cellule muscolari di topo terminalmente differenziate dai ricercatori dell’Istituto Superiore di Sanità in
collaborazione con quelli dell’Harvard School of Public Health (Boston – USA) e dell’Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro (Genova) in uno studio apparso questo mese sui Proceedings of
the National Academy of Science (PNAS). In questa ricerca il muscolo scheletrico è stato usato come paradigma sperimentale poiché, come il cervello, è caratterizzato da un
elevato metabolismo ossidativo.

L’importanza della scoperta

«Il nostro DNA – spiega Eugenia Dogliotti, responsabile del progetto di ricerca portato avanti con Laura Narciso e Paola Fortini, ricercatori del Dipartimento Ambiente e connessa
Prevenzione Primaria dell’ISS – è esposto a diverse sorgenti di danno sia endogeno che ambientale. Basti pensare che, come conseguenza del metabolismo aerobico della cellula, il nostro
DNA subisce circa 10.000 eventi di perdita di basi e un centinaio di eventi di ossidazione per cellula al giorno. Gli studi sulla risposta al danno al DNA in cellule proliferanti hanno permesso
di scoprire i meccanismi di segnalazione e riparazione del danno del DNA che preservano l’integrità del genoma. Alterazioni di questi meccanismi predispongono all’insorgenza di tumori e
di malattie degenerative. Molto meno è noto sulla risposta al danno del DNA di cellule terminalmente differenziate, cioè cellule specializzate ma incapaci di proliferare, che pure
costituiscono la maggior parte delle cellule del nostro organismo. Una domanda aperta è se queste cellule siano in grado di riparare il danno del DNA o limitino la riparazione ad un
gruppo di geni attivi durante il differenziamento. La recente scoperta di malattie neurodegenerative caratterizzate da mutazioni in geni coinvolti nella riparazione delle rotture del DNA
sottolinea l’importanza della preservazione di questi meccanismi in cellule post-mitotiche, quali i neuroni».

I ricercatori hanno scoperto che la riparazione BER/SSBR è difettiva in cellule terminalmente differenziate e hanno identificato i meccanismi molecolari responsabili. Nel corso del
differenziamento hanno osservato livelli ridotti di trascrizione di alcuni geni specifici di questo processo di riparazione quali XRCC1 e di altri condivisi con il sistema di replicazione del
DNA (es. DNA ligasi I). La proteina XRCC1 ha un ruolo chiave nel coordinare la riparazione BER/SSBR in quanto stabilisce interazioni con diverse proteine di questo sistema, stimolandone
l’attività. La sua assenza, in cellule terminalmente differenziate, soprattutto se esposte a sorgenti di danno, potrebbe determinare l’accumulo di rotture del DNA. E’ questo ciò
che avviene nei miotubi esposti a stress ossidativo costituendo un potenziale pericolo per la funzionalità dell’organismo.

«Abbiamo osservato che, in seguito a trattamento con acqua ossigenata, le cellule terminalmente differenziate accumulano numerose rotture del DNA che persistono più a lungo
rispetto a quelle indotte in cellule proliferanti. E’ noto che nel muscolo, in seguito a stress, le cellule satellite sono stimolate a replicare per rimpiazzare le cellule danneggiate. Questo
«serbatoio» cellulare è fortemente impoverito nel corso dell’invecchiamento e in condizioni patologiche. Durante l’invecchiamento la produzione di ROS può aumentare
drasticamente sia a causa dell’alterazione funzionale dei mitocondri che dei livelli insufficienti di difese cellulari anti-ossidanti. Questa sorgente di danno associata con una diminuita
capacità di riparazione BER/SSBR e l’assenza di processi di riparazione post-mitotici potrebbero avere un ruolo nella diminuzione dell’attività e della massa muscolare osservate
nel corso dell’invecchiamento (sarcopenia), così come in molte patologie muscolari associate a super-produzione di ROS. Inoltre, la nostra scoperta fornisce una spiegazione per l’effetto
devastante di difetti di proteine coinvolte nella riparazione delle rotture del DNA che portano a forme gravi di neuropatia. Questi difetti sarebbero esacerbati in cellule terminalmente
differenziate che mancano dei meccanismi alternativi di riparazione, quali il BER/SSBR, e altri associati alla replicazione».