Riparazione del DNA nella malattia di Huntington: Non è all’altezza?

Gli scienziati stanno lavorando per comprendere alcune delle prime alterazioni della riparazione del DNA causate dalla malattia di Huntington (HD) – intuizioni che potrebbero aiutare a scoprire nuove terapie e nuovi modi per colpire l “espansione somatica, un fattore chiave della progressione della malattia. Una molecola che aiuta a riparare i danni al DNA – chiamata PAR – è più bassa del previsto nelle persone con il gene HD. Ciò suggerisce che le cellule potrebbero faticare a riparare correttamente il proprio DNA dai danni naturali che si verificano ogni giorno. Queste scoperte potrebbero avere implicazioni per quanto riguarda i cambiamenti nel processo di riparazione del DNA che determina l” instabilità somatica. La scoperta potrebbe aiutare i ricercatori a esplorare nuovi modi per proteggere le cellule cerebrali potenziando i sistemi di riparazione naturale delle cellule.

Mutazioni genetiche e riparazioni

Il termine mutazione genetica viene spesso utilizzato, ma cosa significa in realtà? In breve, una mutazione genetica è un cambiamento delle lettere del DNA, il manuale di istruzioni della cellula per la costruzione delle proteine. Questi cambiamenti possono alterare il modo in cui il codice genetico viene letto e utilizzato dalle cellule, talvolta alterando la funzione delle proteine, le macchine molecolari della cellula. Un esempio eclatante è rappresentato dalle mutazioni del gene HTT, che alterano in modo significativo l “attività della proteina da esso codificata, provocando l” HD.

Mentre la mutazione che causa l “HD viene ereditata alla nascita, le nostre cellule accumulano nuove mutazioni con l” avanzare dell “età. Le conseguenze di queste mutazioni casuali legate all” età sono difficili da prevedere, ma in generale contribuiscono a malattie legate all “età come il cancro e la neurodegenerazione. Fortunatamente, queste mutazioni legate all” età sono normali e nella maggior parte dei casi vengono riparate e risolte prima che causino problemi.

Purtroppo, però, questo processo non funziona bene nell’HD. Studi precedenti hanno notato che le cellule di persone con il gene dell’HD tendono ad accumulare più mutazioni nel corso della loro vita, probabilmente a causa di un meccanismo di riparazione del DNA difettoso. I difetti del meccanismo di riparazione del DNA portano all’espansione somatica, un processo biologico che aumenta la lunghezza della ripetizione CAG nel gene HTT in alcune cellule nel corso del tempo. Un nuovo studio guidato dal Dr. Ray Truant e dal suo team della McMaster University ha analizzato il modo in cui la mutazione HD interrompe la riparazione del DNA e ha identificato un primo sospetto: la PARilazione difettosa.

Un correttore ortografico rotto

Le cellule sono dotate di sistemi sofisticati per riparare i danni al DNA e un percorso chiave è la PARilazione. La PARilazione consiste nel costruire lunghe catene di una molecola chiamata PAR (Poli-ADP-Ribosio) sulle regioni di DNA danneggiate. Queste lunghe catene agiscono come maniglie molecolari a cui gli enzimi di riparazione del DNA possono agganciarsi e iniziare a riparare il DNA. In questo modo, le catene PAR sono come le linee rosse di un documento Word che evidenziano gli errori di ortografia. Tuttavia, come un correttore ortografico non funzionante, le cellule HD non presentano molte di queste linee rosse pur avendo un numero maggiore di mutazioni.

Per indagare, il team di Truant ha innanzitutto analizzato la quantità di catene PAR nel fluido spinale, una sostanza che bagna il cervello, delle persone con HD. Poiché le catene PAR vengono prodotte in risposta ai danni al DNA e le persone affette da HD presentano livelli più elevati di danni al DNA, si aspettavano di trovare più catene PAR.

Tuttavia, ciò che hanno scoperto li ha sorpresi: le persone con HD avevano meno catene PAR. Questo paradosso è stato poi esaminato utilizzando cellule di persone affette da HD, che non mostravano livelli elevati di catene PAR nonostante avessero livelli elevati di danni al DNA. Questi risultati suggeriscono che i macchinari per la costruzione delle catene PAR, e quindi per la riparazione del DNA, potrebbero non essere in grado di tenere il passo con la domanda!

Non su PAR

Perché nelle cellule HD ci sono meno catene PAR nonostante ci siano più danni al DNA? Per capire perché, i ricercatori hanno dovuto esaminare il meccanismo proteico sottostante. La PARilazione si basa su due enzimi chiave: PARP, che costruisce le catene PAR per avviare la riparazione del DNA, e PARG, che le taglia una volta completata la riparazione.

I ricercatori si sono quindi chiesti: PARG è iperattivo? O è PARP a non funzionare? Dopo un’attenta analisi biochimica, hanno scoperto che la seconda ipotesi sembra essere vera: l’attività di PARP sembra essere ridotta nelle cellule HD, spiegando la carenza di catene PAR e forse l’aumento dei tassi di mutazione.

Il team ha quindi rivolto la propria attenzione alla HTT. Poiché la proteina HTT agisce come un’impalcatura, legandosi a molte altre proteine, si sono chiesti se la versione mutata che causa l’HD potesse interferire con l’interazione di HTT con le proteine PARilate. Poiché le catene PAR si formano anche sulle proteine oltre che sul DNA, hanno confrontato le proteine con cui HTT interagisce con le proteine note per essere PARilate. Hanno scoperto che quasi la metà delle proteine con cui HTT interagisce sono anche PARilate.

Ciò solleva il sospetto che la stessa HTT possa essere modificata dalla PAR. Se così fosse, e questo processo fosse alterato da HTT mutante, potrebbe spiegare le differenze nelle catene PAR osservate nelle cellule HD.

Catene HTT e PAR

Per verificare se HTT interagisce con le catene PAR, il team ha utilizzato un microscopio ad alta tecnologia per tracciare i punti in cui HTT e le catene PAR si trovano nelle cellule viventi. Sebbene le catene PAR e HTT non si sovrappongano per la maggior parte del tempo, si sovrappongono sui cromosomi quando le cellule si dividono.

Inoltre, quando hanno disattivato la produzione di catene PAR bloccando l’attività di PARP, HTT non si è più sovrapposta, suggerendo che le catene PAR potrebbero guidare HTT verso i cromosomi durante la divisione cellulare. Anche se l’importanza della sovrapposizione delle catene HTT e PAR durante la divisione cellulare non è stata approfondita, ciò suggerisce che potrebbe esserci un’interazione funzionale tra loro!

Per rafforzare la loro tesi, i ricercatori hanno utilizzato un paio di altre tecniche per confermare l “interazione tra le catene HTT e PAR. In primo luogo, hanno esaminato da vicino la struttura molecolare della proteina HTT e hanno trovato molte fessure che sembravano potersi adattare a una catena PAR. Poi, utilizzando un microscopio ad alta risoluzione, hanno visualizzato direttamente le catene PAR prodotte da PARP con e senza HTT. Hanno notato che PARP produceva catene PAR molto più elaborate quando c” era HTT, suggerendo che HTT stimolava l “attività di PARP. È importante notare che le forme mutanti di HTT non avevano alcun effetto stimolante sull” attività di PARP, il che potrebbe spiegare la ridotta produzione di catene PAR nelle persone affette da HD.

Implicazioni per l’HD e oltre

Questi risultati delineano un quadro chiaro: nelle cellule prive del gene HD, HTT stimola la PARilazione e promuove un “efficiente riparazione del DNA. Tuttavia, nella HD, la proteina HTT mutante non riesce a stimolare la PARP, causando un minor numero di catene PAR, un” alterata riparazione del DNA e un accumulo di mutazioni che potrebbero partecipare alla neurodegenerazione.

Questi risultati sono entusiasmanti perché aiutano i ricercatori a comprendere meglio i difetti alla base delle cellule HD, ma forse, cosa ancora più importante, aprono possibilità terapeutiche.

Gran parte dell’interesse che circonda la PARP è dovuto alla pubblicità che ha ricevuto in un ambito di ricerca completamente diverso: il cancro, dove sono già state individuate decine di molecole che hanno come bersaglio la PARP. Poiché i farmaci progettati per modulare l’attività di PARP sono già stati testati per verificarne la sicurezza, potrebbero essere riproposti per l’HD, accelerando il percorso verso la sperimentazione clinica. Sebbene i farmaci riproposti debbano ancora essere testati a fondo, questa ricerca apre nuove ed entusiasmanti strade terapeutiche che potrebbero risolvere il problema dell’accumulo di mutazioni, un problema critico per le cellule dell’HD.

Per saperne di più

Articolo di ricerca originale,“La segnalazione del poli ADP-ribosio è disregolata nella malattia di Huntington” (Accesso libero).