La diretta della replicazione del DNA

Identificati otto passi critici nel delicato processo di copiatura da parte dele polimerasi dei singoli filamenti di DNA durante la replicazione cellulare

Un gruppo di ricercatori dell’Ohio State University è riuscito per la prima volta a osservare in trempo reale il comportamento di quattro parti, o domini, di un enzima denominato Dpo4, fondamentale per la replicazione del DNA

Le polimerasi sono enzimi presenti nella cellula che svolgono il compito di copiare il DNA. Quando i due filamenti di una molecola di DNA si separano prima della duplicazione di una cellula ciascuno di essi funge da “stampo” per il filamento di nuova formazione.

Le polimerasi sono responsabili della “lettura” degli stampi per determinare dove porre i nucleotidi nella posizione corretta secondo i ben noti accoppiamenti tra basi complementari adenina-timina, citosia-guanina.

Finora sono state descritte sei famiglie di polimerasi in base alla loro sequenza di amminoacidi: A, B, C, D e Y, scoperta recentemente.

La famiglia A è stata ben studiata e svolge gran parte del compito di copiatura. Ma gli enzimi che vi appartengono arrestano il processo quando si trovano in corrispondenza di un danno del DNA, mettendo in forse l’intero processo di replicazione e portando potenzialmente alla morte dell’intera cellula.

La famiglia Y d’altra parte, può intervenire e bypassare il danno permettendo alla copiatura di continuare e alla cellula di sopravvivere. Proprio questo ruolo è quello che ha indotto i ricercatori a chiedersi se non siano proprio questi enzimi la principale fonte di errori nella copiatura.

Si è così cominciato a utilizzare negli esperimenti l’enzima Dpo4 (DNA polymerase IV) , determinando in prima batttuta le strutture cristalline delle relazioni tra questo enzima e il DNA che rappresentano la loro relazione “congelata” in un dato istante. Per poter poi seguire il processo in tempo reale, Suo e colleghi hanno inserito marcatori fluorescenti in ciascuno dei quattro componenti dell’enzima e in un filamento di DNA.

La polimerasi interagisce con il DNA per cominciare il processo di copiatura in presenza di un nucleotide specifico, in questo caso la molecola chiamata dNTP. Si è così potuto descrivere tale processo come una serie di otto passi critici con tre distinti movimenti in presenza di dNTP: l’enzima rimane isolato finché non si lega col DNA; l’enzima e il DNA si riposizionano quando il nucleotide si lega alla polimerasi; i domini dell’enzima cominciano a muoversi, legandosi al filamento di DNA che funge da stampo.

“Approfondire la conoscenza dei complessi processi di replicazione del DNA è fondamentale per comprendere le basi molecolari delle patologie di origine genetica”, ha concluso, Zucai Suo, professore associato di biochimica del Comprehensive Cancer Center dell’OSU e coautore dell’articolo apparso sulla rivista ad accesso libero “PLoS Biology”.