7.4: Nucleotide Excision Repair

Panoramica

L'esposizione ai mutageni può danneggiare il DNA e provocare lesioni ingombranti che distorcono la struttura a doppia elica o impedisce una corretta trascrizione. Il DNA danneggiato può essere rilevato e riparato in un processo chiamato riparazione dell'escissione dei nucleotidi (NER). NER impiega una serie di proteine specializzate che prima scansionano il DNA per rilevare una regione danneggiata. Successivamente, le proteine NER separano i fili e accisano l'area danneggiata. Infine, coordinano la sostituzione con nuovi nucleotidi corrispondenti.

Distorsione e danneggiamento del DNA

Le cellule sono regolarmente esposte ai mutageni, fattori nell'ambiente che possono danneggiare il DNA e generare mutazioni. La radiazione UV è uno dei mutageni più comuni e si stima che introduca un numero significativo di modifiche al DNA. Questi includono curve o pieghe nella struttura che possono bloccare la replicazione o la trascrizione del DNA. Se questi errori non vengono corretti, il danno può causare mutazioni che a loro volta possono provocare cancro o malattia a seconda di quali sequenze vengono interrotte.

Identificazione e riparazione delle regioni danneggiate

La riparazione per escissione dei Nucleotidi si basa su specifici complessi proteici per riconoscere le regioni danneggiate del DNA e segnalarle per la rimozione e la riparazione. Nei procarioti, il processo coinvolge tre proteine: UvrA, UvrB e UvrC. Le prime due proteine lavorano insieme come un complesso, viaggiando lungo i filamenti di DNA per rilevare eventuali aberrazioni fisiche.

Una volta identificati, i fili nella posizione danneggiata vengono separati e gli enzimi endonucleasi come UvrC tagliano e accisano la regione interessata. La polimerasi del DNA riempie il vuoto con nuovi nucleotidi, e poi l'enzima della ligasi del DNA sigilla i bordi tra il DNA nuovo e quello vecchio.

Le mutazioni nel NER hanno gravi conseguenze

Nei procarioti, il complesso NER è costituito dalle tre proteine Uvr, ma negli eucarioti, più di una dozzina di proteine operano per regolare la riparazione del DNA. Nell'uomo, le mutazioni nel percorso NER possono causare malattie come lo xeroderma pigmentosum (XP), che è associato a un aumento di 2000 volte dell'incidenza del cancro della pelle. Gli individui affetti da XP sono altamente sensibili all'esposizione ai raggi UV e possono sviluppare gravi ustioni cutanee dopo pochi minuti di esposizione alla luce solare. Inoltre, i pazienti XP possono mostrare segni di invecchiamento precoce e spesso sviluppare anomalie neurologiche. Senza un meccanismo di riparazione correttamente funzionante, il danno al DNA può accumularsi e portare a morte anormale delle cellule o tumori potenzialmente cancerosi.

- [Istruttore] L'esposizione del DNS alla luce ultravioletta

e gli agenti chimici cancerogeni causano una forte lesione,

una distorsione specifica della sua struttura normale.

Questo tipo di danno può essere risolto con un

processo chiamato riparazione dell'escissione nucleotidica.

Il processo inizia quando un complesso enzimatico,

mostrato qui in E. Coli,

contenente le proteine UvrA e UvrB,

viaggia lungo il DNA

e rileva l'aberrazione fisica della lesione.

In quella posizione i fili sono separati

e gli enzimi endonucleasi, come l'UvrC,

scindono il filo su entrambi i lati del danno.

L'enzima DNA elicasi rimuove quindi il pezzo tagliato.

Un altro enzima, DNA polimerasi,

colma il divario con nuovi nucleotidi.

Infine, l'enzima DNA ligase

sigilla i bordi tra il nuovo e il vecchio DNA,

completando la riparazione.