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Il nostro genoma è costantemente sfidato da vari agenti dannosi per il DNA. Questi assalti possono derivare da fonti ambientali, come la luce UV o l'irradiazione, nonché da fonti endogene, come i prodotti chimici metabolici causati da stress ossidativo o errori direplicazione 1,2. Queste lesioni possono influenzare l'integrità di uno o entrambi i filamenti di DNA e, se gli errori generati diventano persistenti, spesso porta a traslocazioni e instabilità del genoma, che possono causare tumorigenesi3,4. Per mantenere l'integrità del genoma, sono stati sviluppati più sistemi di riparazione durante l'evoluzione. In base alle proprietà chimiche e fisiche di specifici tipi di danni al DNA, è possibile attivare più meccanismi di riparazione. Disallineamenti, siti di base, rotture a singolo filamento e 8-ossoguanina (8-ossoG) possono essere rimossi sia per riparazione disallineamento che per via di riparazione dell'escissione di base5,6. Le lesioni causate da fotoprodotti indotti dai raggi UV e da addotti ingombranti possono essere riparate sia mediante riparazione nucleotidiche-escissione (NER) che con il processo di riparazione della rottura a doppio filamento del DNA (DSBR)7,8. Il NER è costituito da due sotto pathway principali: NER accoppiato alla trascrizione (TC-NER) e NER genomico globale (GG-NER). Per quanto riguarda la fase del ciclo cellulare, a seguito dell'induzione della rottura del doppio filamento del DNA, possono essere attivate due sottopercorsi: l'unione finale non omologa (NHEJ) e la ricombinazione omologa (HR)1,9. NHEJ, che è la via dominante nelle cellule a riposo, può essere attivato in tutte le fasi del ciclo cellulare, rappresentando una via più veloce ma soggetta a errori10. D'altra parte, l'HR è un percorso privo di errori, in cui i DSB vengono riparati in base alla ricerca sequenza-omologia dei cromatidi sorelle, quindi è presente principalmente nelle fasi del ciclo cellulare S e G211. Inoltre, l'unione finale mediata dalla microomologia (MMEJ) è un altro meccanismo di riparazione DSB, distinto da quelli sopra menzionati, basato su un modo indipendente da KU70/80 e RAD51 di ri-legatura di sequenze microomologhe precedentemente resettate che fiancheggiano le estremità del DNA rotte. Pertanto, MMEJ è considerato soggetto a errori e altamente mutageno12. Durante la riparazione del DNA, i DSB possono indurre la risposta al danno al DNA (DDR), che si traduce nell'attivazione di chinasi del checkpoint che interrovono il ciclocellulare durante la riparazione 13,14,15. Il DDR viene attivato come risposta al reclutamento e all'ampia diffusione di attori chiave iniziatori del processo di riparazione intorno alle lesioni, contribuendo alla formazione di un focus di riparazione. In questa prima cascata di segnalazione, la chinasi ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) gioca un ruolo fondamentale analizzando la fosforilazione della variante istonica H2AX a Ser139 (indicata come γH2AX) intorno alla lesione16. Questo primo evento è responsabile dell'assunzione di ulteriori fattori di riparazione e dell'avvio dei processi di riparazione a valle. Sebbene l'esatta funzione delle proteine reclutate al centro di riparazione non sia stata ancora completamente caratterizzata, la formazione e la dinamica dei focolai di riparazione sono state studiate da diversi laboratori. Questi marcatori sono ampiamente utilizzati per seguire la cinetica di riparazione, ma il loro ruolo preciso durante il processo di riparazione rimane sfuggente. A causa della grande importanza ma scarsa comprensione dei processi cellulari legati alla riparazione del DNA, sono stati sviluppati diversi metodi finora per indurre e visualizzare il DDR.
Sono stati stabiliti vari metodi e sistemi per indurre il tipo desiderato di danno al DNA. Ad esempio, alcuni agenti [come la neocarzinostatina (NCS), la fleomicina, la bleomicina, l'irradiazione γ, UV] può indurre un gran numero di rotture casuali del DNA in posizioni genomiche non predittive, mentre altre (endonucleasi, come AsiSI, I-PpoI o I-SceI, così come lo striping laser) possono indurre rotture di DNA a loci genomicinoti 17,18,19,20,21. Qui, ci concentriamo sulle tecniche a base di endonucleasi attualmente utilizzate per studiare il DDR nelle cellule di mammiferi e lieviti. Oltre a sottolineare i principi di queste tecniche, sottolineiamo sia i loro vantaggi che svantaggi.