Il DNA è una molecola lunga e filamentosa che contiene le istruzioni genetiche necessarie per lo sviluppo e il funzionamento degli organismi viventi; è avvolto attorno a proteine chiamate istoni per formare strutture chiamate nucleosomi. Questi nucleosomi, a loro volta, sono avvolti in una struttura più complessa chiamata cromatina. La cromatina può subire processi di avvolgimento ulteriore per formare i cromosomi.
Il DNA ha una struttura a doppia elica destrogira, costituita da due filamenti a loro volta formati da nucleotidi. Dopo la scoperta di Watson e Crick, che si basava soltanto sull’osservazione di poche paia di basi, un gruppo di ricercatori guidato dall’italiana Giulia Biffi ha già da tempo dimostrato che il DNA può assumere una struttura a quadrupla elica, detta anche G-quadruplex .
Queste strutture si formano quando le sequenze di nucleotidi contenenti guanine si piegano e si organizzano in una struttura a quadrupla elica stabile, esistono anche all’interno di cellule umane viventi oltre che in vitro. Si formano in regioni del DNA particolarmente ricche di guanina (da qui la G).
Grazie a Giulia Biffi sappiamo che il momento in cui la struttura a quattro eliche si riscontra maggiormente è la fase della replicazione del DNA, prima della divisione cellulare.
In un esperimento fatto dagli autori dello studio pubblicato sulle pagine del Nature Communications, sono stati riprodotto piccoli anelli di 336 coppie di nucleotidi; per analizzare le forme da loro assunte hanno usato due tecniche:
•Tomografia crioelettronica: premette di ottenere le immagini congelando il materiale biologico
•Simulazione al computer: del dinamismo del DNA e delle forme che può assumere, le immagini ottenute ne hanno mostrato una grande varietà.
Nonostante vari esperimenti, sono ancora in atto ricerce per comprendere meglio le varie forme che il DNA può assumere, uno dei motivi per studiare e comprendere la forma del DNA è quello di migliorare l’azione di alcuni farmaci. Alcuni di essi infatti agiscono basandosi su un meccanismo ad incastro. Più dettagli conosciamo quindi, più sarà facile sviluppare farmaci estremamente selettivi ed efficienti. Questi farmaci possono legarsi al DNA e influenzarne la struttura o interferire con i processi cellulari coinvolti nella replicazione, trascrizione o riparazione del DNA e possono essere utilizzati in terapie antitumorali o antibatteriche. Un esempio di farmaco ad incastro con il DNA è la classe di composti chiamata intercalanti del DNA. Questi composti hanno la capacità di inserirsi tra le coppie di basi del DNA, intercalandosi tra le sequenze ciò può causare alterazioni nella struttura del DNA e bloccare la replicazione o la trascrizione. Alcuni esempi di intercalanti del DNA includono trattamenti contro il cancro.
Inerentemente alla struttura del DNA a G-quadruplex è stato osservato che:
•Dato che le cellule tumorali mostrano una rapida proliferazione e divisione, la sintesi del DNA è accelerata e può favorire la formazione di queste strutture.
•Le cellule tumorali mostrano spesso difetti nella riparazione del DNA e da alterazioni strutturali del genoma. Le strutture a G-quadruplex possono contribuire a questa varietà di mutazioni presenti. •L’ambiente cellulare nei tumori è spesso caratterizzato da stress, (ad esempio l’ipossia), che può favorire la formazione di strutture a G-quadruplex.
•Alcune proteine leganti le G-quadruplex, possono contribuire alla loro formazione e nelle cellule tumorali sono sovraespresse.
•Queste strutture si formano nelle zone chiamate telomeri, le regioni terminali dei cromosomi, ricche di sequenze ripetute con molte guanine. Durante ogni ciclo di divisione cellulare, i telomeri si accorciano poiché i normali macchinari di replicazione del DNA non possono copiare completamente le estremità dei cromosomi. Questo fenomeno è noto come “accorciamento dei telomeri”. Se il telomero diventa troppo corto, la cellula può entrare in uno stato di senescenza (stato di senescenza può riferirsi al punto in cui una cellula ha perso la sua capacità di dividersi e proliferare)o subire apoptosi (morte cellulare programmata).
•le strutture G-quadruplex sembrano inibire l’azione dell’enzima telomerasi, permettendo dunque di mantenere il normale funzionamento dei telomeri e bloccare lo sviluppo tumorale.
Alcuni ricercatori stanno esplorando l’idea di utilizzare molecole o composti che interagiscono con queste strutture come potenziali terapie antitumorali. Si ritiene che queste molecole possano stabilizzare le strutture a G-quadruplex presenti nel DNA, limitando così la proliferazione delle cellule tumorali.
È stato poi dimostrato che i promotori (cioè le regioni del dna che regolano l’espressione di un gene) dei cosiddetti oncogeni (i geni che regolano la crescita di una cellula) sono particolarmente ricchi di sequenze che possono ripiegarsi in G-quadruplex.
Le strutture G4 sui telomeri alterano il legame della telomerasi e bloccano l’attività della telomerasi in vitro e in vivo .
L’ipotesi di lavoro è che la formazione di G4 nei telomeri possa essere utilizzata per bloccare la telomerasi, un enzima coinvolto nella manutenzione e allungamento dei telomeri, nei tumori e in questo modo prevenire la replicazione incontrollata del DNA, mentre le cellule somatiche non esprimono la telomerasi e quindi non sono influenzate.
In secondo luogo, la formazione di G4 è stata discussa anche come elemento di supporto che influisce sull’espressione genica degli oncogeni . Questa ipotesi è stata sottolineata dall’osservazione che la maggior parte dei promotori degli oncogeni ospitano più motivi G4 rispetto ai promotori dei geni regolatori o soppressori del tumore .
