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Institute for Research in Biomedicine
Istituto di Ricerca in Biomedicina

Via Vincenzo Vela 6 - CH-6500 Bellinzona
Tel. +41 91 820 0300 - Fax +41 91 820 0302 - info [at] irb [dot] usi [dot] ch

Meccanismi di ricombinazione

Petr Cejka, Direttore di laboratorio

Ananya Acharya, Roopesh Anand, Elda Cannavò Cejka, Ilaria Ceppi , Sean Michael Howard, Lepakshi , Giordano Reginato

Il DNA contiene l’informazione genetica e le istruzioni che permettono lo sviluppo e il funzionamento corretto di tutti gli organismi viventi. L’integrità del DNA deve essere mantenuta durante tutti i processi cellulari per preservare le funzioni cellulari e trasmettere correttamente le informazioni genetiche alla prossima generazione. Il numero di lesioni al DNA di ogni cellula umana è stato stimato essere di decine di migliaia al giorno. Le cause di queste lesioni variano da agenti esterni, come radiazioni solari o mutageni chimici, a danni causati dai normali processi metabolici delle cellule. Questi eventi rappresentano una sfida importante: se non riparate infatti le lesioni possono bloccare l'accesso alle informazioni genetiche e prevenire la duplicazione fedele del DNA. D'altra parte se le lesioni vengono riparate in modo incorretto si possono verificare mutazioni (cambiamenti delle informazioni genetiche) o aberrazioni cromosomiche (alterazioni del numero o della struttura cromosomica). Questi eventi possono risultare nella morte cellulare o, in alcuni casi, nella divisione cellulare incontrollata e quindi nello sviluppo di tumori.

Le cellule hanno evoluto una varietà di strategie di riparo diverse a seconda del tipo di danno al DNA. Il nostro interesse in questi meccanismi nasce proprio dall'importanza che questi processi hanno per la vita di tutti gli organismi. Molte molecole coinvolte nella riparazione del DNA sono infatti indispensabili: le cellule non potrebbero esistere senza la loro presenza. Altre molecole sono invece importanti solamente in situazioni particolari: i difetti, ereditari o sporadici, in alcuni componenti dei sistemi di riparazione del DNA sono responsabili di diversi disordini quali invecchiamento prematuro, predisposizione al cancro o altre anomalie genetiche.  Inoltre l'efficacia dei sistemi di riparazione del DNA influenza spesso le terapie antitumorali: molti agenti chemioterapeutici che vengono attualmente utilizzati per la terapia antitumorale funzionano infatti proprio provocando un danno al DNA delle cellule. In molti casi i meccanismi di azione di questi farmaci e le diverse strategie di riparazione del DNA non sono ancora completamente noti.

Il nostro gruppo studia le basi dei meccanismi di riparazione del DNA: vogliamo capire come questi funzionano in cellule sane e come i difetti associati a questi meccanismi sono responsabili di disordini genetici e patologie diverse. In particolare uno dei nostri interessi principali è lo studio di un meccanismo di riparazione del DNA chiamato Ricombinazione Omologa. La Ricombinazione Omologa comprende una serie di complessi meccanismi che portano alla riparazione di rotture nei filamenti del DNA. La maggior parte delle cellule contiene più di una copia di materiale genetico e il processo della Ricombinazione Omologa utilizza questa caratteristica per riparare il DNA. La sequenza di DNA identica (o omologa) viene infatti usata come stampo ed in questo modo l’integrità del DNA è salvaguardata. Con questo meccanismo il DNA viene riparato in modo molto accurato. Il processo della Ricombinazione Omologa e' molto conservato durante l'evoluzione: i meccanismi che prendono luogo nel batterio Escherichia Coli o nel lievito Saccharomyces cerevisiae sono molto simili a quelli che avvengo nelle cellule umane. Questa osservazione sottolinea l'importanza fondamentale di questo meccanismo in tutte le creature viventi. Gli organismi più semplici rappresentano inoltre un modello di ricerca più facile da utilizzare dove spesso è possibile effettuare esperimenti che non sarebbero fattibili in cellule umane. Nel nostro gruppo di ricerca utilizziamo sia il lievito Saccharomices cerevisiae che le cellule umane.

Per studiare i meccanismi di base della Ricombinazione Omologa utilizziamo principalmente metodi biochimici. Esprimiamo e produciamo proteine ricombinanti, assembliamo complessi multi-proteici ed analizziamo il loro comportamento usando DNA sintetico che mima i substrati fisiologici. Gli studi genetici e le tecniche di biologia cellulare sono sicuramente adatti per l'identificazione dei vari componenti di vie metaboliche sia nuove che già note e spesso permettono di dedurre le funzioni specifiche delle molecole coinvolte, ma questo tipo di studi possono diventare limitanti quando si vogliono delucidare i meccanismi molecolari specifici. Le interpretazioni di esperimenti effettuati in vivo possono inoltre venire ulteriormente complicati dalla esistenza di fattori molecolari non indispensabili o che funzionano in più vie metaboliche contemporaneamente. Al contrario l'analisi a livello biochimico è uno strumento molto efficace per analizzare i meccanismi molecolari di base.

Per studiare i meccanismi di base della Ricombinazione Omologa utilizziamo principalmente metodi biochimici. Esprimiamo e produciamo proteine ricombinanti, assembliamo complessi multi-proteici ed analizziamo il loro comportamento usando DNA sintetico che mima i substrati fisiologici. Gli studi genetici e le tecniche di biologia cellulare sono sicuramente adatti per l'identificazione dei vari componenti di vie metaboliche sia nuove che già note e spesso permettono di dedurre le funzioni specifiche delle molecole coinvolte, ma questo tipo di studi possono diventare limitanti quando si vogliono delucidare i meccanismi molecolari specifici. Le interpretazioni di esperimenti effettuati in vivo possono inoltre venire ulteriormente complicati dalla esistenza di fattori molecolari non indispensabili o che funzionano in più vie metaboliche contemporaneamente. Al contrario l'analisi a livello biochimico è uno strumento molto efficace per analizzare i meccanismi molecolari di base.

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