Miglioramento della riparazione del DNA umano utilizzando il minuscolo tardigrado

Miglioramento della riparazione del DNA umano utilizzando il minuscolo tardigrado
Miglioramento della riparazione del DNA umano utilizzando il minuscolo tardigrado
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Il tardigrado è un animale microscopico che resiste a diverse condizioni ambientali estreme, comprese le radiazioni ionizzanti ad alta intensità. Uno studio dimostra che questa resistenza è resa possibile da un sistema enzimatico di riparazione del DNA di straordinaria efficienza che potrebbe essere utilizzato come ispirazione per la cura delle malattie umane.

Durante l’evoluzione della vita sulla Terra, tutte le specie devono aver acquisito caratteristiche che massimizzano la loro probabilità di sopravvivere e di trasmettere i propri geni alla prole.

Illustrazione di un tardigrado, un minuscolo animale capace di sopravvivere in ambienti molto ostili come il vuoto dello spazio. Tollera anche le temperature estreme e l’assenza di acqua e cibo, tra le altre cose.

Illustrazione Fotolia

Dal punto di vista scientifico, c’è un enorme interesse nello studio di questi meccanismi di adattamento, non solo per migliorare la nostra conoscenza del mondo che ci circonda, ma anche per identificare alcuni processi molecolari che potrebbero essere applicati alla cura delle malattie che colpiscono l’umanità.

Cuccioli di orso invincibili!

Il tardigrado è un buon esempio di animale che, sebbene evolutivamente molto distante dagli esseri umani, possiede diverse caratteristiche intriganti con potenziale terapeutico.

Soprannominato “orso d’acqua”, il tardigrado è un minuscolo animale (lungo tra 0,1 e 1,5 mm) che possiede un’incredibile resistenza a numerose condizioni ambientali estreme, fatali per tutti gli organismi viventi, dalle temperature estreme (da -270°C a +150°C) , l’assenza di pressione atmosferica o al contrario di pressioni schiaccianti, l’assenza di acqua e cibo o anche di radiazioni ionizzanti di elevata intensità (raggi X o UV).

Quest’ultimo caso è particolarmente interessante: è stato dimostrato che i tardigradi possono sopravvivere a radiazioni di 5000-6000 Gray (Gy), ovvero 1000 volte superiori alla dose letale per un essere umano.

Riparazione su larga scala

Uno studio recente fornisce una migliore comprensione dei meccanismi biochimici responsabili di questo adattamento alle radiazioni. (1) In questo studio, i ricercatori hanno osservato per la prima volta che l’esposizione di una specie di tardigrado (Hypsibius esemplaris) ad alte dosi di radiazioni gamma (4360 Gy) hanno indotto in breve tempo notevoli danni al loro DNA, ma l’animale si è ripreso rapidamente, con riparazione completa di queste rotture molecolari nelle 24 ore successive.

Ulteriori analisi hanno dimostrato che questo recupero era correlato ad un aumento dell’espressione di diversi geni, in particolare quelli degli enzimi coinvolti nella riparazione del DNA.

In alcuni casi, l’aumento dell’espressione di questi geni è di un’entità straordinaria, mai osservata in questo tipo di studi. I livelli di alcuni geni sono aumentati di oltre 300 volte in seguito all’irradiazione, raggiungendo livelli elevati quanto quelli coinvolti nel mantenimento delle funzioni biologiche di base dell’animale, il che è eccezionale.

Riparatori ad alte prestazioni

Una questione importante è se questi geni coinvolti nella riparazione del DNA del tardigrado e nella resistenza alle radiazioni possano svolgere una funzione protettiva simile se introdotti nelle cellule di un altro organismo.

I primi risultati ottenuti dai ricercatori suggeriscono di sì: utilizzando i batteri Escherichia coli come modello, hanno osservato che l’inserimento di questi geni aumenta significativamente la sopravvivenza dei batteri a una dose massiccia di raggi gamma, suggerendo che siano sufficienti a conferire resistenza all’irradiazione, indipendentemente dall’origine del DNA.

Questi enzimi riparatori del DNA super efficienti potrebbero essere utilizzati per il trattamento di alcune patologie umane che comportano danni irreversibili al DNA, ad esempio alcune malattie genetiche rare che causano un invecchiamento precoce, o per la riparazione del DNA mutato, a seguito di un’esposizione solare eccessivamente prolungata.

Questi enzimi riparatori potrebbero essere utilizzati anche per ridurre al minimo gli effetti collaterali della radioterapia sui tessuti sani circostanti i tumori durante il trattamento oncologico.

Un altro esempio che dimostra che le forme di vita più semplici sono essenziali per la sopravvivenza di quelle più complesse.

♦ (1) Clark-Hachtel CM et al. “Il tardigrado Hypsibius exemplaris sovraregola notevolmente i geni del percorso di riparazione del DNA in risposta alle radiazioni ionizzanti”. Curr. Biol.pubblicato il 24 aprile 2024.

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