Il DNA nelle nostre cellule è avvolto su se stesso con maggiore o minore tensione. Ciò sia per potersi compattare all’interno del nucleo sia come conseguenza dei processi biologici che lo riguardano da vicino, come la trascrizione e la duplicazione. È una struttura meccanica dinamica. Ed è proprio il modo in cui si torce uno dei fattori che possono decidere il suo destino di fronte all’impatto della radiazione. In alcuni casi, la sua forma naturale lo protegge, in altri lo condanna a spezzarsi più facilmente.
È importante sapere come il DNA super avvolto reagisce meccanicamente ai danni da radiazione. Questo perché può contribuire all’obiettivo della ricerca scientifica di rendere le radioterapie più efficaci nel contrasto alle patologie oncologiche.
La ricerca dell’Università di Trento
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Uno studio pubblicato sulla rivista scientifica “Physics in Medicine & Biology” ha riportato le osservazioni sull’impatto delle radiazioni sulle cellule da una prospettiva diversa. Ovvero, la prospettiva della risposta meccanica e della stabilità strutturale del loro DNA.
La ricerca è stata condotta da Manuel Micheloni, Raffaello Potestio e Lorenzo Petrolli del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento e dell’Infn-Tifpa. Il lavoro segue un filone di ricerca nel quale il gruppo trentino è già attivo con precedenti pubblicazioni. Ma ora l’attenzione si concentra su aspetti diversi.
Lo studio: il DNA non è un bersaglio “passivo”
Lo studio parte dal presupposto che il DNA non è un bersaglio “passivo”, al contrario, va considerato il modo in cui la molecola è avvolta. È attorcigliata su se stessa ed è importante comprendere il modo in cui reagisce nelle prime fasi che seguono all’irradiazione. Ciò può giocare un ruolo significativo nel determinare se un danno da radiazioni si trasformerà in una rottura definitiva del filamento.
Si tratta di un’informazione preziosa per chi, nell’ambito della ricerca scientifica di base, lavora per migliorare in futuro la precisione delle radiazioni. O anche per mitigarne le conseguenze, soprattutto in ambito terapeutico.
La naturale torsione del DNA influenza la stabilità della doppia elica?
«Il nostro obiettivo in questa ricerca è analizzare se e come la naturale torsione del DNA influenzi la stabilità della doppia elica. E quando questo viene sottoposto a radiazione». A parlare è Raffaello Potestio, principal investigator del gruppo e coautore dello studio. «Questa tensione interna agisce accumulando stress meccanico nella molecola. Ci interessa capire come questo favorisca o meno il processo di frattura. Il DNA super-avvolto assume infatti una forma ad asola, nelle cui estremità (chiamate apical loops) si verifica una forte piegatura della doppia elica. Questa viene dunque sottoposta a forti stress locali. In questi punti – continua Potestio – la probabilità di rottura è significativamente più alta rispetto alle zone più “rilassate” della struttura».
Micheloni, primo autore della ricerca spiega il lavoro compiuto
Manuel Micheloni, primo autore della ricerca spiega: «In questo lavoro abbiamo approfondito alcuni aspetti controversi, emersi da precedenti ricerche sperimentali. Se la radiazione colpisce il DNA creando una lesione complessa, la tensione del superavvolgimento può accelerare la separazione definitiva dei filamenti. Rendendo così la molecola più fragile. Se il “taglio” provocato dalla radiazione avviene su entrambi i filamenti complementari di DNA, la resistenza strutturale dipende dalla “distanza di sfasamento” tra queste due rotture. E dal grado di torsione della molecola in quel punto. Se i due tagli sono sufficientemente lontani tra loro, la doppia elica tiene. Se invece sono vicini (entro poche coppie di basi), la tensione meccanica contribuisce a “strappare” il DNA. Quindi, più le rotture sono vicine, più la tensione del superavvolgimento “tira” e separa i filamenti in modo irreversibile».
Eventuale riparazione delle cellule danneggiate da radiazioni
Lo studio ha aggiunto un piccolo tassello alla comprensione più generale dei meccanismi fondamentali di funzionamento e di eventuale riparazione delle cellule danneggiate da radiazioni. Comprendere questo processo, anche su scala nanometrica con l’aiuto delle simulazioni numeriche, potrebbe portare la ricerca a governare meglio dall’esterno la capacità di resistenza delle cellule. È qualcosa di estremamente utile e importante nel quadro delle attività di radioterapia. Capire quali zone del DNA sono più fragili in base alla loro forma e sequenza potrebbe probabilmente essere di aiuto. Si potrebbe prevedere meglio l’efficacia dei trattamenti radioterapici contro il cancro.
Fonte: Università di Trento