È meglio svolgere un compito rapidamente e commettere errori, o farlo lentamente ma perfettamente? Quando si tratta di decidere come riparare le rotture nel DNA, le cellule affrontano la stessa scelta tra due principali vie di riparazione. La decisione conta, perché la scelta sbagliata potrebbe causare ancora più danni al DNA e portare al cancro.

Gli scienziati del Salk Institute hanno scoperto che una minuscola proteina chiamata CYREN aiuta le cellule a scegliere il percorso giusto al momento giusto, chiarire un antico mistero sulla riparazione del DNA e offrire ai ricercatori un potente strumento che potrebbe guidare trattamenti migliori per il cancro. L'opera appare in Natura il 20 settembre 2017.

"Il chiarimento dei percorsi di riparazione del DNA è fondamentale per capire come a volte possono essere tossici, "dice Jan Karlseder, un professore nel laboratorio di biologia molecolare e cellulare di Salk e l'autore senior del nuovo articolo. "La nostra scoperta della funzione di CYREN non solo si aggiunge al nostro corpo di conoscenze, ci dà un nuovo strumento con cui potenzialmente combattere il cancro".

Rotture a doppio filamento, le lesioni più gravi che accadono al DNA, può essere riparato da uno dei due percorsi:un processo veloce ma soggetto a errori noto come NHEJ (unione delle estremità non omologhe) e un processo più lento, percorso privo di errori noto come HR (ricombinazione omologa). Il percorso più veloce ricongiunge in modo efficiente i fili spezzati, ma in caso di interruzioni multiple può unire le due estremità sbagliate, rendendo le cose molto peggiori per una cellula. Il percorso più lento è privo di errori perché si basa sull'avere una sequenza di DNA non danneggiata per guidare la riparazione, ma questo significa che può funzionare solo dopo che una cellula ha copiato le sue informazioni genetiche per dividersi. Dato che, la via veloce opera esclusivamente prima che il DNA venga copiato, sebbene il suo macchinario sia così efficiente e prolifico che gli scienziati si sono chiesti perché non superi la concorrenza più lentamente, percorso più esatto dopo la copia, pure. Gli scienziati sospettano da tempo che qualcosa debba trattenere l'opzione più veloce in quei casi.

Quel qualcosa, rivela il nuovo lavoro, è una microproteina chiamata CYREN, che inibisce la via più veloce quando è disponibile una copia del DNA per la via più lenta da usare. CYREN è stato scoperto da un altro scienziato Salk, Alan Saghatelian, come parte di uno sforzo del 2015 per identificare piccole proteine ​​chiamate "peptidi codificati ORF corti" o SEP, che si trovano sempre più ad avere ruoli biologici critici.

"Abbiamo trovato molti di questi peptidi nel nostro studio precedente, ma non sapevamo davvero se qualcuno di loro fosse importante fino a quando non è stato coinvolto il laboratorio di Karlseder, "dice Saghatelian, un professore nei laboratori della Fondazione Clayton per la biologia dei peptidi e uno dei coautori dell'articolo. "Grazie a questo nuovo impressionante lavoro, ora sappiamo che ci sono alcune molecole davvero importanti tra le centinaia che stiamo scoprendo".

La ricerca di Saghatelian aveva suggerito che CYREN stesse interagendo con l'interruttore principale del percorso più veloce, una proteina chiamata Ku. Per determinare l'esatta natura dell'interazione, Il team di Karlseder ha lavorato con una regione del genoma in cui la riparazione è normalmente soppressa per prevenire fusioni pericolose:le estremità dei cromosomi, chiamati telomeri. I ricercatori possono disturbare artificialmente i telomeri per attivare il percorso veloce, rendendolo un sistema modello per testare gli effetti di CYREN.

"I telomeri offrono un ottimo strumento di ricerca perché hanno davvero bisogno di reprimere la riparazione, ma ci sono modi per attivare il macchinario di riparazione in modo che tu possa studiarlo in modo molto controllato, "dice Nausica Arnoult, un ricercatore Salk associato e primo autore dell'articolo. Il team Salk lo ha fatto, e ho scoperto che con CYREN presente, nessuna riparazione si è verificata dopo che la cellula ha copiato il suo DNA, suggerendo che spegne l'interruttore principale, Ku. Senza CYREN intorno, Il percorso veloce di Ku era attivo sia prima che il DNA fosse copiato sia dopo.

Poiché gli esperimenti sui telomeri non hanno detto molto al team sulla competizione tra i percorsi veloci e lenti, Arnoult ha poi utilizzato strumenti molecolari per confrontare la riparazione nelle cellule viventi con e senza CYREN. Ha combinato le forbici del DNA note come CRISPR con i geni per le proteine ​​fluorescenti che sarebbero state attivate dalla riparazione in modo da poter tagliare il DNA in modi specifici e vedere dal colore risultante quale percorso aveva effettuato la riparazione. Ha anche analizzato tutte le interazioni proteiche che hanno avuto luogo.

Questi esperimenti hanno rivelato che CYREN si lega direttamente a Ku per inibire la via veloce sia a seconda dei tempi (prima o dopo la copiatura del DNA) sia del tipo di rottura del DNA (liscia contro frastagliata, Per esempio). La sua attività può anche regolare il rapporto tra riparazioni veloci e lente.

"Il nostro studio mostra che CYREN è un importante regolatore della scelta del percorso di riparazione del DNA, "dice Karlseder, che detiene la sedia Donald e Darlene Shiley a Salk. "Il lavoro indica anche l'eccitante possibilità di introdurre potenzialmente danni al DNA nelle cellule tumorali e di utilizzare CYREN per impedire loro di effettuare riparazioni".