Quei frammenti di DNA che mandano in avanti l’orologio della cellula e aprono la strada al cancro

Lo studio
Sono stati definiti i-loops, circoletti di DNA esterni ai cromosomi osservati già dagli anni Sessanta, specie nelle cellule tumorali e durante l’invecchiamento.

Ora un gruppo di ricercatori dell’IFOM di Milano coordinato da Ylli Doksani, che è responsabile del laboratorio “Replication Stress Response”, ha scoperto importanti dettagli sulla loro origine.

Analizzando la sequenza contenuta in questi circoletti di DNA, si sono potute mappare le regioni sui cromosomi da cui originano più di frequente ed è stato osservato che parte di essi si staccano dai telomeri, quelle sequenze ripetute di DNA che si trovano all’estremità dei cromosomi e sono preposti alla protezione dell’integrità dei cromosomi stessi.

«Questo fenomeno porta a un accorciamento dei telomeri, che equivale a un salto in avanti dell’orologio biologico della cellula, e per questo motivo ha attirato per anni l’attenzione di molti gruppi di ricerca», ha spiegato Doksani. «Uno dei punti chiave che però fino a oggi risultava ignoto è come si formano i circoletti di DNA telomerico. Rispondere a questa domanda potrebbe aiutare a capire meglio il fenomeno dell’invecchiamento e anche dell’instabilità genomica legata alla tumorigenesi, e quindi iniziare a studiare interventi terapeutici o di prevenzione. Ed è su questo interrogativo che ci siamo concentrati, adottando un approccio alternativo a quelli in uso».

Per molti anni è stato adottato il classico approccio genetico, ovvero andare a cercare le dipendenze genetiche alla base della formazione dei circoletti telomerici. Ma questa strategia non ha dato una risposta chiara sul meccanismo di formazione.

Il gruppo di ricerca guidato da Doksani ha pertanto affrontato il problema in modo diverso, andando a visualizzare la struttura del telomero con tecniche di microscopia elettronica, alla caccia di indizi sulla formazione dei circoletti.

«Per rendere possibile questo approccio – ha spiegato Giulia Mazzucco, coautrice dell’articolo – abbiamo sviluppato un sistema complesso e laborioso che ci consente di separare il DNA telomerico dal resto del genoma e quindi di visualizzarlo direttamente con la microscopia elettronica. In questo modo – prosegue la ricercatrice – siamo riusciti a isolare e visualizzare i diversi stadi di formazione di un circoletto sulle sequenze telomeriche, prima ancora del distacco dal cromosoma. Questo ci ha permesso di capire che, sorprendentemente, i circoletti si formano come conseguenza della rottura di uno dei due filamenti del DNA».

«Il segreto sta nel fatto che il DNA telomerico è fatto di migliaia di ripetizioni di una breve sequenza di DNA e quando questo DNA è danneggiato in due o più punti, le unita ripetute interagiscono tra loro formando queste strutture che noi abbiamo battezzato i-loops, ovvero loop interni», afferma Doksani. «Usando un approccio biochimico, abbiamo osservato che questi i-loops nella cellula vengono tagliati fuori dal telomero in forma di circoletti, probabilmente dovuto alla loro somiglianza con strutture fisiologiche che si formano e si risolvono normalmente durante la ricombinazione genetica».

Nello studio, sostenuto da Fondazione AIRC e pubblicato su Nature Communications, sono state ricostruite una serie inattesa di eventi che inizia con un danno al DNA telomerico e alla fine risulta nella perdita di pezzi di telomero sotto forma di circoletti di DNA, con conseguente anticipazione della senescenza cellulare e dell’instabilità genomica.

Il gruppo coordinato da Doksani sta ora cercando di identificare le proteine coinvolte nei vari passaggi dall’accumulo di danno al DNA telomerico alla formazione di i-loops e a loro taglio. «Questo – conclude Doksani – è un passaggio necessario per capire se ci sono dei bersagli molecolari sui quali agire per contrastare il processo. Inoltre sospettiamo che il fenomeno non sia esclusivo dei telomeri, ma possa verificarsi anche in altre regioni ripetute del genoma, in particolare nei cosiddetti “trinucleotide repeats”, regioni instabili del genoma che sono coinvolte in una serie di malattie genetiche».

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