RNA al Soccorso! Come i Nostri Geni Usano un “Piano B” Inaspettato per Ripararsi

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha letteralmente lasciato a bocca aperta e che sta riscrivendo alcune pagine di quello che sappiamo sulla biologia delle nostre cellule. Immaginate il DNA, il libretto di istruzioni della vita, costantemente sotto attacco. Rotture, danni… un vero incubo per la stabilità del genoma! Tra i danni più temibili ci sono le rotture del doppio filamento (DSB), vere e proprie fratture che, se non riparate a dovere, possono portare a guai seri come instabilità genomica, invecchiamento precoce e persino il cancro. Fortunatamente, le nostre cellule sono delle vere e proprie officine super specializzate, con diversi meccanismi per rimettere a posto le cose. Ma se vi dicessi che c’è un attore inaspettato che entra in gioco, un “piano B” che usa l’RNA come stampo per le riparazioni? Proprio così, avete capito bene!

Un Mondo di Riparazioni: Ma l’RNA?

Normalmente, quando pensiamo alla riparazione dei DSB, ci vengono in mente meccanismi come la ricombinazione omologa (HR) o la giunzione delle estremità non omologhe (NHEJ), che lavorano principalmente con il DNA stesso. Però, circa il 78% del nostro genoma è attivamente trascritto in RNA in ogni momento. Questo significa che la riparazione del DNA avviene spesso in zone “trafficate” dalla trascrizione. Per anni ci siamo chiesti come questi due processi, trascrizione e riparazione, si coordinassero e se l’RNA potesse avere un ruolo più diretto. Si sapeva che l’RNA poteva influenzare l’esito delle riparazioni, ad esempio formando ibridi RNA:DNA che aiutano a reclutare i fattori di riparazione. Ma che l’RNA potesse fare da matrice, da vero e proprio stampo, per ricostruire il DNA danneggiato nelle cellule umane… beh, questa era una domanda ancora aperta.

La Scoperta: L’RNA Fa da Guida!

Ed è qui che entra in gioco il nostro studio. Ci siamo messi al lavoro per capire se questa idea, che l’RNA potesse fare da stampo diretto (un processo che abbiamo chiamato RT-DSBR, ovvero Riparazione delle Rotture del Doppio Filamento Templata da RNA), fosse realtà. E indovinate un po’? Lo è! Abbiamo sviluppato dei sistemi ingegnosi basati sulla fluorescenza e sul sequenziamento per “vedere” questa riparazione in azione. In pratica, abbiamo creato delle rotture mirate nel DNA usando la famosa tecnica CRISPR/Cas9 e poi abbiamo fornito alle cellule degli oligonucleotidi (piccoli frammenti) contenenti RNA, oppure direttamente dell’mRNA, come potenziali stampi.

I risultati sono stati entusiasmanti: le cellule umane sono capaci di usare questi “pezzi” di RNA per riparare il DNA! Abbiamo visto, ad esempio, come una proteina che emetteva luce blu (BFP) potesse essere convertita in una che emette luce verde (GFP) proprio grazie all’informazione genetica fornita da un frammento di RNA. Un po’ come se, per riparare un testo con una parola sbagliata, usassimo un appunto scritto a matita (l’RNA) per correggere l’originale stampato (il DNA).

Alla Ricerca dell’Enzima “Scrittore”: Chi Copia l’RNA in DNA?

Ok, le cellule lo fanno. Ma chi è l’operaio specializzato che compie questa “trascrizione inversa”, cioè che legge l’RNA e scrive DNA? Abbiamo subito pensato ad alcuni candidati noti, come le trascrittasi inverse dei retrotrasposoni LINE-1 o la Polimerasi theta (Polθ), un enzima già noto per altre sue abilità. Sorprendentemente, né l’uno né l’altra sembravano essere i protagonisti principali di questo specifico meccanismo. Serviva un’indagine più approfondita.

Per scovare il colpevole, abbiamo lanciato una vera e propria “caccia all’uomo” genetica, usando uno screening CRISPR/Cas9 mirato a geni coinvolti nella risposta al danno al DNA. È come se avessimo spento, uno ad uno, centinaia di geni per vedere quale, una volta assente, compromettesse la riparazione guidata da RNA. E l’abbiamo trovato! Tra le varie polimerasi (gli enzimi che sintetizzano DNA o RNA), una in particolare è emersa come cruciale: la Polimerasi ζ (Pol zeta). Sembra proprio essere lei la “penna” che copia le istruzioni dall’RNA al DNA durante la RT-DSBR.

Abbiamo anche visto che altri fattori, come la proteina 53BP1, sembrano sopprimere questo tipo di riparazione. Disattivando 53BP1, la RT-DSBR aumentava, suggerendo che la processazione delle estremità del DNA rotto sia un passaggio chiave prima che l’RNA possa fare il suo lavoro.

Una “Firma” Inequivocabile: Le Delezioni Introniche Intere (WID)

Ma come facciamo a essere sicuri che questo processo avvenga anche spontaneamente nelle cellule, e non solo nei nostri esperimenti di laboratorio? Qui arriva un’altra parte affascinante. Molti dei nostri geni contengono sequenze non codificanti chiamate introni, che vengono rimosse dall’RNA messaggero maturo (mRNA) attraverso un processo chiamato splicing. Ci siamo chiesti: cosa succederebbe se una rottura del DNA avvenisse proprio all’interno di un introne e la cellula usasse come stampo l’mRNA già “splicato” (cioè senza quell’introne)? Il risultato sarebbe una riparazione che cancella l’intero introne dal genoma! Una vera e propria “cicatrice” genomica, che abbiamo chiamato Delezione Intronica Intera (WID).

Siamo andati a caccia di queste WID nei genomi tumorali, analizzando migliaia di campioni da database come MSK-IMPACT e PCAWG. E le abbiamo trovate! Delezioni precise di interi introni, a volte anche di più introni consecutivi nello stesso gene. Questa è una prova molto forte che l’mRNA maturo può effettivamente fare da stampo per la riparazione dei DSB. La probabilità che queste delezioni così precise avvengano per caso è bassissima. E, cosa importante, la riduzione di Polζ diminuiva la formazione di queste WID anche nei nostri esperimenti in laboratorio, confermando il suo ruolo.

Perché è Importante? Implicazioni e Scenari Futuri

Questa scoperta apre scenari davvero interessanti. La RT-DSBR si configura come un percorso di riparazione alternativo, particolarmente rilevante, forse, nelle regioni del genoma ad alta attività trascrizionale. Pensate alle cellule che non si dividono, come i neuroni: per loro, la ricombinazione omologa (che richiede una copia sorella del cromosoma) non è un’opzione. In questi casi, la RT-DSBR potrebbe offrire un modo per riparare i danni in maniera relativamente “pulita”, usando l’RNA trascritto come guida.

Certo, questo meccanismo potrebbe avere anche un lato oscuro. Se l’RNA usato come stampo contenesse errori, o se il processo stesso non fosse super preciso, la RT-DSBR potrebbe introdurre mutazioni. Infatti, la Polimerasi ζ è nota per essere una polimerasi da “sintesi translesione”, capace di copiare DNA danneggiato ma con una certa propensione all’errore. Le WID stesse, sebbene riparino la rottura, alterano la sequenza genomica originale.

Le implicazioni sono vaste:

• Mantenimento dell’integrità genomica: Un nuovo strumento nell’arsenale della cellula.
• Potenziale mutagenico: Le WID sono un esempio, ma potrebbero esserci altre conseguenze.
• Evoluzione del genoma: Questo meccanismo potrebbe aver contribuito alla perdita di introni nel corso dell’evoluzione? O alla formazione di pseudogeni? Domande aperte!

Noi proponiamo un modello in cui, quando avviene una rottura in un gene attivamente trascritto, l’RNA messaggero corrispondente si appaia con il filamento di DNA danneggiato e la Polimerasi ζ lo usa per sintetizzare il pezzetto di DNA mancante. Se l’mRNA è già processato (spliced), l’introne viene perso, lasciando la firma WID.

C’è ancora tanto da scoprire, ovviamente. Come viene reclutata Polζ? Come viene regolato questo processo? Quanto è diffuso in diversi tipi cellulari o in diverse condizioni? Ma una cosa è certa: il mondo della riparazione del DNA è ancora più complesso e affascinante di quanto pensassimo, e l’RNA gioca un ruolo da protagonista che solo ora iniziamo a comprendere appieno. Una vera e propria rivoluzione silenziosa sta avvenendo nelle nostre cellule, e noi siamo lì, pronti a svelarne i segreti!

Fonte: Springer Nature