DNA ripara il proteindect come i redattori del corpo, che trovano e invertendo costantemente danni al nostro codice genetico. I ricercatori hanno lottato a lungo per capire come le cellule tumorali dirottano una di queste proteine-chiamate polimerasi theta (pol-theta)-per la loro sopravvivenza. Ma gli scienziati di Scripps Research hanno ora catturato le prime immagini dettagliate di Pol-Theta in azione, rivelando i processi molecolari responsabili di una serie di tumori.
I risultati, pubblicati in Nature Structural & Molecular Biology Il 28 febbraio 2025 illumina il modo in cui Pol-theta subisce un importante riarrangiamento strutturale quando si lega a fili di DNA rotti. Presentando la struttura legata al DNA di Pol-Theta-il suo stato attivo-lo studio fornisce un progetto per la progettazione di farmaci per il cancro più efficaci.
“Ora abbiamo un quadro molto più chiaro di come funziona Pol-Theta, che ci consentirà di bloccare la sua attività in modo più preciso”, afferma l’autore senior Gabriel Lander, professore di Scripps Research.
Tecnicamente, Pol-theta è un enzima-un tipo di proteina che accelera le reazioni chimiche, comprese quelle relative alla riparazione cellulare. Il danno al DNA è un problema costante per le cellule, che si verificano milioni di volte al giorno collettivamente attraverso i nostri corpi. Le cellule normalmente utilizzano meccanismi altamente accurati per correggere queste pause, ma alcuni tumori – in particolare quelli derivanti dalle mutazioni BRCA1 o BRCA2, come alcuni tumori mammari e ovarici – mancano di questa funzione. Invece, dipendono da un metodo più soggetto a errori, controllato da POL-THETA.
“Pol-theta è un obiettivo importante e molte aziende farmaceutiche lo vedono come un modo promettente per curare i tumori che hanno percorsi di riparazione del DNA difettosi”, aggiunge il primo autore Christopher Zerio, un ex membro post-dottorato nel laboratorio di Lander.
Sebbene studi precedenti abbiano mappato parti della struttura di Pol-Theta, le interazioni dell’enzima con il DNA non sono state ben comprese.
“Ciò che manca è il modo in cui Pol-Theta coinvolge effettivamente il DNA, il che è essenziale per lo sviluppo dei farmaci”, afferma Zerio.
Ricerche precedenti hanno dimostrato che Pol-theta esiste in due forme: un tetramero (quattro copie dell’enzima) e un dimero (due copie). Ma perché o come Pol-theta è cambiato tra queste forme non era noto.
Prima di questo studio, la struttura di Pol-Theta era stata catturata solo in uno stato inattivo, lasciando un grande divario di conoscenza su come l’enzima interagisce con il DNA. Era come cercare di determinare come un’ape accede al nettare quando tutto ciò che hai mai visto è un fiore chiuso.
“Sai che l’interazione deve accadere, ma senza vederlo, il meccanismo rimane un mistero”, spiega Lander.
Usando la microscopia crioelettronica ed esperimenti biochimici, il team ha fatto una scoperta sorprendente mentre catturava Pol-theta nell’atto di riparare il DNA: ogni volta che Pol-theta legata a fili rotti, passò costantemente dalla tetramerica a una configurazione dimerica mai-prima-prima.
Una volta nel suo stato attivo, Pol-theta ripara il DNA usando un processo in due fasi: in primo luogo, l’enzima cerca piccole sequenze di abbinamento chiamate “microomologie” su fili rotti. Una volta trovata una sequenza corrispondente, Pol-theta tiene insieme i fili del DNA rotti in modo che possano essere cuciti insieme, senza aver bisogno di energia extra. La maggior parte degli enzimi richiede una spinta energetica per funzionare, ma Pol-theta si basa sull’attrazione naturale tra l’abbinamento delle sequenze di DNA, permettendo loro di scattare in posizione da soli.
“Se riusciamo a bloccare questo processo, potremmo rendere i tumori POL-THETA-dipendenti molto più sensibili al trattamento”, afferma Zerio.
È importante sottolineare che POL-THETA è prodotto a bassi livelli in cellule sane, rendendolo un bersaglio promettente per le terapie del cancro. A differenza delle cellule tumorali, che dipendono da Pol-theta come soluzione alternativa per percorsi di riparazione difettosi, quelle sane si basano su meccanismi di riparazione più accurati che richiedono energia, garantendo una riparazione del DNA più precisa. Poiché le cellule sane non hanno bisogno di Pol-theta per la sopravvivenza, il blocco dell’attività dell’enzima probabilmente non causerà danni diffusi al tessuto sano.
“La maggior parte dei farmaci per il cancro si rivolge alle proteine che sono anche necessarie da cellule sane”, osserva Lander. “In particolare il mirare a Pol-theta dovrebbe solo uccidere le cellule tumorali, abbassando la possibilità di effetti collaterali durante la terapia.”
I farmaci che inibiscono Pol-theta sono già in studi clinici, ma attualmente devono essere combinati con altre terapie per lavorare in modo efficace. Mentre questo studio potrebbe informare uno sviluppo di farmaci più preciso, ulteriori ricerche potrebbero rivelare altri ruoli che l’enzima può svolgere nelle funzioni cellulari.
“Vogliamo anche capire perché Pol-theta esiste nella sua forma tetramericana e come interagisce con altri enzimi di riparazione del DNA”, afferma Lander. “Tali intuizioni potrebbero portare a nuovi modi di prendere di mira i tumori associati alla BRCA.”
Questo lavoro è stato supportato da finanziamenti del National Institutes of Health (F32CA288144, GM14305 e S10OD032467).
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
