Ribonucleotidi e RNAsi H2: preziosi alleati per il riparo degli errori di replicazione del DNA

doppia elica DNA - foto di ClixSvelato come i ribonucleotidi incorporati dalla polimerasi durante la replicazione e l’RNAsi H2 siano in grado di condurre il Mismatch Repair al filamento nativo dell’elica e di permettere l’excisione del nucleotide malappaiato.

L’MMR (Mismatch Repair) è un sistema molto importante di riparazione del DNA (alterazioni dell’MMR causano predisposizione genetica al cancro all’intestino) in grado di riconoscere coppie di nucleotidi male appaiati – misappaiamenti – all’interno della nuova elica in formazione, di rimuovere il nucleotide sbagliato e di rimpiazzarlo con quello corretto. Tutto ciò presuppone che l’MMR sia in grado di discriminare il filamento stampo da quello neosintetizzato.

Il meccanismo in grado di svolgere questa funzione è stato scoperto da un gruppo del Dipartimento di Bioscienze dell’Università Statale di Milano guidato da Federico Lazzaro, Paolo Plevani e Mauro Muzi-Falconi, in collaborazione con l’Università di Zurigo e di Edimburgo. In una pubblicazione sulla rivista Molecular Cell i ricercatori spiegano come una ribonucleasi sia in grado di condurre l’apparato dell’MMR al giusto filamento.

Gli studiosi sono partiti dall’evidenza che l’MMR per funzionare ha bisogno di un nick, un taglio, presente nel nuovo filamento al 5’ del mismatch, a partire dal quale l’esonucleasi EXO1 può iniziare a rimuovere nucleotidi. Tale meccanisco risulta evidentemente facilitato per quanto riguarda il lagging strand, nel quale i frammenti di Okazaki assicurano la presenza di multipli nick. Diventa invece più complicato comprendere in che modo si possano generare i nick nel leading strand.

Dopo aver notato che la DNA polimerasi incorpora mediamente un numero di ribonucleotidi nel leading strand quattro volte maggiore di quelli incorporati nel lagging strand, l’idea è stata quella di ipotizzare che proprio questa differenza potesse dar ragione al funzionamento dell’MMR anche nel leading strand.

La chiave di tutto risiede nella RNAsi H2, una ribonucleasi in grado di riconoscere e rimuovere anche un solo ribonucleotide dall’eteroduplex DNA/RNA dell’elica nascente. Ciò permette la creazione di nick anche nel leading strand e di conseguenza l’intervento di EXO1 e del Mismatch Repair.

Tale scoperta ha reso possibile capire come l’MMR sia in grado di distinguere tra filamento parentale e nativo del DNA, ha anche reso comprensibile il motivo per cui vi siano numerosi rNMP incorporati nel DNA nascente (normalmente motivo di instabilità genomica) e del perché siano stati “tollerati” dall’evoluzione senza che la polimerasi sviluppasse un metodo per escluderli.

La replicazione del DNA è un passaggio fondamentale non solo durante la formazione dell’intero organismo vivente a partire dalla cellula uovo fecondata, ma anche nella crescita, nel mantenimento e nel rinnovo dei tessuti dell’individuo stesso. Per tale motivo è molto importante che durante questa fase non vi siano errori o che vengano prontamente riconosciuti e corretti da sistemi di riparazione appositi. Ciò permette di ottenere una cellula figlia che abbia un genoma completamente identico a quello della cellula madre.

Fonte

Ribonucleotides Misincorporated into DNA Act as Strand-Discrimination Signals in Eukaryotic Mismatch Repair. Molecular Cell 2013