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Ecco come abbiamo scoperto la proteina che “salva” il DNA

Il mio team di ricerca ha identificato una proteina coinvolta nella risposta cellulare al danno al DNA, che potrebbe essere usata in strategie antitumorali

Antonio Giordano con Luigi Alfano (a sinistra) e Francesca Pentimalli (a destra).

Questo lavoro ha ricevuto un encomio da parte del Vice Premier Italiano Matteo Salvini e dal Ministro dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca Marco Bussetti che ha generato un grande entusiasmo in tutto il gruppo di ricerca e nel suo network più esteso. Ricevere attenzione su questi temi da rappresentanti delle istituzioni con tali cariche è un segnale molto positivo per i nostri giovani ricercatori che lavorano con estrema professionalità e dedizione nonostante le poche risorse e prospettive di carriera che offre oggi in Italia la ricerca scientifica

Il DNA è continuamente esposto ad una serie di agenti endogeni ed esogeni che possono danneggiarlo. Fortunatamente le nostre cellule sono dotate di vari meccanismi deputati al mantenimento dell’integrità genomica che consentono di riparare il DNA danneggiato e di prevenire  l’accumulo di mutazioni e l’insorgenza di malattie come il cancro. I difetti di questi meccanismi sono responsabili di alcune sindromi di tumori ereditari come, ad esempio, alcuni casi di cancro delle ovaie e della mammella.

Negli ultimi anni, però, i ricercatori sono riusciti a trasformare questi difetti in un tallone d’Achille, dimostrando che, il bersagliare farmacologicamente molecole coinvolte nel riparo al DNA rappresenta una nuova modalità per distruggere specificamente le cellule tumorali già difettive per questo processo.

Un nuovo studio del mio team di ricerca ha identificato una nuova proteina coinvolta nella risposta cellulare al danno al DNA e nel mantenimento dell’integrità genomica, che potrebbe rappresentare un nuovo bersaglio terapeutico per questo tipo di strategie antitumorali che vengono definite di letalità sintetica.

Lo studio, recentemente pubblicato su Nucleic Acids Research, una delle riviste più autorevoli del settore, dalla Oxford Academic Press, riporta un nuovo ruolo per HNRNPD, una proteina precedentemente nota per il suo ruolo nella regolazione dell’espressione genica mediante regolazione degli RNA messaggeri. Abbiamo ‘pescato’ HNRNPD con un approccio di “gene fishing”, utilizzando una struttura sintetica di DNA progettata da Luigi Alfano, post-doc dell’Istituto Tumori di Napoli Pascale – CROM di Mercogliano, nel laboratorio “Ciclo cellulare e cancro”, coordinato da Francesca Pentimalli, mia collaboratrice di lunga data e Professore aggiunto presso lo Sbarro Institute, da me diretto, alla Temple University. Alfano ha costruito una struttura del DNA che imita un intermedio del processo di ricombinazione omologa, il programma più fedele per riparare correttamente il DNA. Questa struttura di DNA è stata, poi, utilizzata come esca per catturare le proteine nucleari in grado di legarla e, quindi, probabilmente implicate nel processo di ricombinazione omologa. Un pool di tali proteine è stato isolato e, successivamente, identificato mediante spettrometria di massa da Luca Bini e Claudia Landi dell’Università di Siena. Tra queste, Alfano e colleghi si sono concentrati sulla proteina HNRNPD, la cui perdita induce senescenza cellulare e l’invecchiamento prematuro nei topi, due caratteristiche associate a una risposta al danno del DNA difettosa. Abbiamo successivamente dimostrato che HNRNPD era effettivamente in grado di legare il DNA della cromatina e di ri-localizzarsi specificamente sui siti danneggiati.

Dopo il danno al DNA, le cellule che attivano il processo di ricombinazione omologa tagliano ulteriormente il DNA in prossimità della rottura (un processo chiamato ‘resezione del DNA’), generando una coda di DNA a singolo filamento che è in grado di trovare la sequenza omologa complementare all’interno del cromatide fratello ed utilizzarla come stampo per una riparazione fedele. Il silenziamento dell’espressione di HNRNPD ha compromesso il processo di resezione del DNA influendo negativamente sulla risposta globale al danno del DNA. Allo stesso modo, l’eliminazione totale di HNRNPD attraverso la tecnica di ‘genome editing’ mediata da CRISPR / Cas9 ha compromesso la risposta cellulare al danno al DNA indotto dal farmaco chemioterapico, camptotecina, rendendo le cellule tumorali più sensibili a questo farmaco e anche all’olaparib, un farmaco che mira specificamente al processo di riparazione del DNA usato contro alcuni tipi di cancro della mammella e delle ovaie.

Esplorando ulteriormente i meccanismi molecolari, abbiamo scoperto che HNRNPD favorisce la rimozione, sul DNA danneggiato, di strutture ibride di DNA e RNA (chiamate anche R-loops), un passo necessario per procedere ad una riparazione fedele. Impedendo la formazione di questi ibridi siamo infatti stati in grado di contrastare il difetto causato dalla eliminazione di HNRNPD ripristinando un’efficace risposta al danno del DNA.

Questo lavoro ha ricevuto un encomio da parte del Vice Premier Italiano Matteo Salvini e dal Ministro dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca Marco Bussetti che ha generato un grande entusiasmo in tutto il gruppo di ricerca e nel suo network più esteso. Ricevere attenzione su questi temi da rappresentanti delle istituzioni con tali cariche è un segnale molto positivo per i nostri giovani ricercatori che lavorano con estrema professionalità e dedizione nonostante le poche risorse e prospettive di carriera che offre oggi in Italia la ricerca scientifica. Speriamo di poter finalmente invertire questo trend con il supporto delle attuali e future classi politiche.

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