Uno dei più grandi aiutanti negli sforzi in corso del nostro corpo per prevenire le mutazioni del DNA, mutazioni che possono portare al cancro, è in realtà piuttosto piccolo. elettroni, come risulta, può segnalare alle proteine ​​che riparano il DNA di riparare i danni al DNA. Più specificamente, il movimento degli elettroni attraverso il DNA, viaggiando tra proteine ​​di riparazione legate alla doppia elica, aiuta le nostre cellule a scansionare gli errori che si verificano regolarmente nel nostro DNA.

Conosciuto come trasporto di carica del DNA, questo processo biochimico è stato scoperto per la prima volta nei primi anni '90 da Jacqueline Barton del Caltech, il professore di chimica John G. Kirkwood e Arthur A. Noyes, attraverso esperimenti di chimica utilizzando DNA sintetico. Il suo gruppo di ricerca ha poi trovato prove che questa chimica di trasporto di carica potrebbe essere utilizzata dalle proteine ​​di riparazione del DNA batterico. Ora, un nuovo studio mostra che il trasporto della carica del DNA è all'opera anche nelle versioni umane delle proteine ​​di riparazione del DNA e che le interruzioni di questo processo possono essere collegate al cancro.

"Abbiamo scoperto che una mutazione in una proteina di riparazione del DNA associata al cancro può interrompere il trasporto di elettroni attraverso il DNA, "dice Barton, che è anche Norman Davidson Leadership Chair della Division of Chemistry and Chemical Engineering. È co-autrice di un nuovo Chimica della natura documento sul lavoro apparso online il 18 giugno. "Il lavoro fornisce una strategia per pensare a come stabilizzare possibilmente queste proteine ​​​​di riparazione e ripristinare la loro capacità di effettuare segnali a lungo raggio attraverso il DNA, in modo che le proteine ​​di riparazione possano trovare e riparare le mutazioni nel DNA prima che portino al cancro", afferma.

I ricercatori del Caltech hanno iniziato a esaminare le connessioni tra il trasporto della carica del DNA e il cancro dopo che i loro colleghi del Norris Comprehensive Cancer Center della University of Southern California (USC) li hanno contattati per un'insolita mutazione in una proteina di riparazione del DNA chiamata MUTYH che era stata identificata da una famiglia di malati di cancro. I ricercatori dell'USC e del Caltech hanno unito le forze con gli scienziati dell'Università del Michigan, e alla fine apprese che la mutazione, chiamato C306W, colpito una porzione della proteina di riparazione del DNA che normalmente aiuta a mantenere un gruppo di atomi di ferro e zolfo in posizione all'interno della proteina.

Mentre altre mutazioni nella proteina di riparazione MUTYH sono state collegate al cancro in precedenza, questa è stata la prima volta che la mutazione è stata associata al cluster ferro-zolfo nella proteina. Perché è importante? Questi cluster ferro-zolfo sono al centro del modo in cui le proteine ​​di riparazione svolgono la chimica del trasporto della carica del DNA.

Il trasporto di carica del DNA viene utilizzato per riparare il DNA nel modo seguente:Varie proteine ​​di riparazione del DNA si legano alla doppia elica in punti diversi. Gli elettroni vengono quindi inviati viaggiando lungo il DNA da una proteina all'altra, come se la doppia elica si comportasse come un filo elettrico. Se il DNA è intatto, senza danni, l'elettrone attraversa e raggiunge la successiva proteina di riparazione, segnalandogli di abbandonare il filamento di DNA. Se ci sono danni lungo il percorso, però, l'elettrone non raggiungerà la successiva proteina di riparazione del DNA. La proteina di riparazione rimane legata al DNA e continua ad avvicinarsi al danno. È come un elettricista che trova un'interruzione nella linea.

"Queste proteine ​​di riparazione del DNA possono scivolare lungo il DNA, scansione per mutazioni, "dice Phillip Bartels, uno studioso postdottorato in chimica e uno dei tre autori principali del nuovo studio. "Il danno al DNA rompe il filo, ' impedendo all'elettrone di raggiungere la proteina successiva."

I gruppi ferro-zolfo nelle proteine ​​di riparazione del DNA sono la fonte degli elettroni. Quando le proteine ​​acquisiscono un elettrone attraverso questo cluster, la loro affinità per il DNA diminuisce e cadono dal DNA. Quando le proteine ​​perdono un elettrone, la loro affinità per il DNA aumenta. Il processo di perdita e acquisizione di elettroni è noto come chimica redox.

"Questa chimica redox reversibile agisce come un interruttore on e off per controllare il legame delle proteine ​​al DNA, "dice la studentessa laureata Elizabeth (Liz) O'Brien, che ha condotto uno studio correlato che mostra che il trasporto di carica del DNA è all'opera nella replicazione del DNA.

Nel nuovo studio, gli scienziati hanno eseguito una serie di esperimenti elettrochimici che hanno dimostrato che la mutazione C306W nella proteina di riparazione MUTYH provoca la degradazione del cluster ferro-zolfo quando esposto all'ossigeno. Una volta degradato, la proteina riparatrice MUTYH non può fare il suo lavoro.

Nel futuro, questo tipo di ricerca potrebbe portare a diagnosi utili per i malati di cancro o addirittura a una medicina personalizzata. "Questa è solo la punta dell'iceberg, " afferma Bartels. "Ci possono essere altre mutazioni nei pazienti affetti da cancro oltre a C306W che interrompono allo stesso modo questo processo di trasporto di carica".