I radicali liberi dell'ossigeno (Radical Oxygen Species, ROS) sono delle specie ossidanti altamente reattive prodotte sia dal metabolismo aerobico della cellula che da diversi agenti ambientali quali le radiazioni ionizzanti, i farmaci chemioterapici e i metalli. Una delle conseguenze della produzione di ROS è il danno al DNA che include l'induzione di danno alle basi e agli zuccheri, le rotture della catena fosfodiesterica e i legami crociati (cross-links) tra DNA e proteine. Queste lesioni possono portare ad instabilità genetica. Ci sono pochi esempi di una relazione causale tra stress ossidativo e sviluppo e/o progressione di malattia (es. l'abetalipoproteinemia, il morbo di Wilson e la talassemia). Per la maggior parte delle patologie infiammatorie croniche, le malattie cardiovascolari e neurodegenerative, il cancro e il processo d'invecchiamento il ruolo causale dello stress ossidativo nella patogenesi e/o progressione della malattia/processo non è stato chiaramente dimostrato, nonostante molte evidenze sperimentali indichino livelli aumentati di danno ossidativo sia sul DNA che sulle proteine. Il primo livello di difesa cellulare contro i danni da ROS è il sistema antiossidante. Una volta che i ROS raggiungono il nucleo, una rete complessa di sistemi di riparazione del DNA , di controllo del ciclo cellulare e della morte intervengono come ulteriore protezione. La riparazione del DNA è in grado di contrastare efficientemente la mutagenesi, la citostasi e la citotossicità indotte dal danno ossidativo. Nel nucleo, il danno ossidativo al DNA è riparato preferenzialmente mediante il sistema per escissione di base (base excision repair, BER). In particolare, una delle due vie del BER, il long-patch BER (LP-BER), caratterizzata a livello molecolare nel nostro laboratorio (Frosina, 1996), ha un ruolo importante nel processamento del danno ossidativo (Fortini, 2000; Parlanti, 2002). Altri sistemi di riparazione quali la via di riparazione per escissione di nucleotidi (nucleotide excision repair, NER) e la via di riparazione degli appaiamenti errati (mismatch repair, MMR), partecipano al controllo dei livelli di ossidazione del DNA. Il nostro laboratorio ha contribuito all'identificazione del ruolo nella riparazione del danno ossidativo di alcune proteine del NER, in particolare le proteine Xeroderma pigmentosum C (XP-C) e Cockayne Syndrome (CS), e ne ha chiarito i meccanismi d'azione (D'Errico 2006 and 2007). I mitocondri, che sono la maggiore sorgente di ROS e anche il loro principale bersaglio, presentano un efficiente sistema di riparazione BER (short- e LP-BER) ma non presentano il NER attivo (Liu and Demple, 2010). Ad oggi siamo a conoscenza di una sola malattia genetica causata da mutazioni nei geni del BER: la poliposi adenomatosa associata all'omologo del gene mutY di E. coli (MUTYH). Mutazioni germinali nel gene che codifica per questa DNA glicosilasi coinvolta nella riparazione del danno ossidativo sono associate con aumentato rischio di cancro del colon (Croitoru, 2004). Il contributo dell'accumulo di danno ossidativo in pazienti affetti da XP-C o CS allo sviluppo delle loro caratteristiche cliniche è ancora un campo d'indagine aperto. Il danno ossidativo potrebbe contribuire alla estrema suscettibilità al cancro della pelle tipico dei pazienti XP-C e alla neurodegenerazione osservata nei pazienti affetti da CS. E' probabile che mutazioni in altri geni della risposta al danno ossidativo siano contro-selezionati, poichè la funzionalità di questo complesso network di meccanismi di controllo è richiesto per la protezione dal danno endogeno.
Riparazione del danno al DNA: dai meccanismi alle implicazioni cliniche
Barbara Pascucci;
2012
Abstract
I radicali liberi dell'ossigeno (Radical Oxygen Species, ROS) sono delle specie ossidanti altamente reattive prodotte sia dal metabolismo aerobico della cellula che da diversi agenti ambientali quali le radiazioni ionizzanti, i farmaci chemioterapici e i metalli. Una delle conseguenze della produzione di ROS è il danno al DNA che include l'induzione di danno alle basi e agli zuccheri, le rotture della catena fosfodiesterica e i legami crociati (cross-links) tra DNA e proteine. Queste lesioni possono portare ad instabilità genetica. Ci sono pochi esempi di una relazione causale tra stress ossidativo e sviluppo e/o progressione di malattia (es. l'abetalipoproteinemia, il morbo di Wilson e la talassemia). Per la maggior parte delle patologie infiammatorie croniche, le malattie cardiovascolari e neurodegenerative, il cancro e il processo d'invecchiamento il ruolo causale dello stress ossidativo nella patogenesi e/o progressione della malattia/processo non è stato chiaramente dimostrato, nonostante molte evidenze sperimentali indichino livelli aumentati di danno ossidativo sia sul DNA che sulle proteine. Il primo livello di difesa cellulare contro i danni da ROS è il sistema antiossidante. Una volta che i ROS raggiungono il nucleo, una rete complessa di sistemi di riparazione del DNA , di controllo del ciclo cellulare e della morte intervengono come ulteriore protezione. La riparazione del DNA è in grado di contrastare efficientemente la mutagenesi, la citostasi e la citotossicità indotte dal danno ossidativo. Nel nucleo, il danno ossidativo al DNA è riparato preferenzialmente mediante il sistema per escissione di base (base excision repair, BER). In particolare, una delle due vie del BER, il long-patch BER (LP-BER), caratterizzata a livello molecolare nel nostro laboratorio (Frosina, 1996), ha un ruolo importante nel processamento del danno ossidativo (Fortini, 2000; Parlanti, 2002). Altri sistemi di riparazione quali la via di riparazione per escissione di nucleotidi (nucleotide excision repair, NER) e la via di riparazione degli appaiamenti errati (mismatch repair, MMR), partecipano al controllo dei livelli di ossidazione del DNA. Il nostro laboratorio ha contribuito all'identificazione del ruolo nella riparazione del danno ossidativo di alcune proteine del NER, in particolare le proteine Xeroderma pigmentosum C (XP-C) e Cockayne Syndrome (CS), e ne ha chiarito i meccanismi d'azione (D'Errico 2006 and 2007). I mitocondri, che sono la maggiore sorgente di ROS e anche il loro principale bersaglio, presentano un efficiente sistema di riparazione BER (short- e LP-BER) ma non presentano il NER attivo (Liu and Demple, 2010). Ad oggi siamo a conoscenza di una sola malattia genetica causata da mutazioni nei geni del BER: la poliposi adenomatosa associata all'omologo del gene mutY di E. coli (MUTYH). Mutazioni germinali nel gene che codifica per questa DNA glicosilasi coinvolta nella riparazione del danno ossidativo sono associate con aumentato rischio di cancro del colon (Croitoru, 2004). Il contributo dell'accumulo di danno ossidativo in pazienti affetti da XP-C o CS allo sviluppo delle loro caratteristiche cliniche è ancora un campo d'indagine aperto. Il danno ossidativo potrebbe contribuire alla estrema suscettibilità al cancro della pelle tipico dei pazienti XP-C e alla neurodegenerazione osservata nei pazienti affetti da CS. E' probabile che mutazioni in altri geni della risposta al danno ossidativo siano contro-selezionati, poichè la funzionalità di questo complesso network di meccanismi di controllo è richiesto per la protezione dal danno endogeno.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
