La riprogrammazione cellulare e la fedeltà del DNA

Riprogrammazione cellulare

Si è sempre pensato che una volta che la cellula si sia specializzata non è possibile tornare indietro. In realtà ciò è stato smentito: se viene forzata l’espressione di un determinato tipo di regolatori è possibile che la cellula torni ad essere non specializzata. Questa conclusione si è ottenuta tramite esperimenti nel tempo. Gurdon fece un esperimento: prese il nucleo da una cellula somatica e lo inserì nel citoplasma di un ovocita. Quella cellula iniziò a differenziarsi in tutti i tipi, dimostrando così che il nucleo di una cellula, anche se si è differenziato, non ha perso le informazioni genetiche che solitamente non utilizzava per svolgere la sua tipologia di cellula.

Per molto tempo la riprogrammazione non si è riuscita ad avere sui primati. Questo perché l’ovocita dei primati non era così forte da resettare l’epigenetica di un nucleo già specializzato. Yamanaka fece un’importantissima intuizione: pensò che se il reset dell’epigenetica dipendeva solo da determinati fattori, bastava che questi fattori venissero iniettati direttamente nella cellula. In particolare individuò 4 fattori master in grado di rendere una cellula specializzata, una Cellula Staminale Pluripotente Indotta. Affinché avvenga questo reset, occorre che dei fattori speciali riescono ad accedere alla cromatina anche quando questa è strettamente attaccata agli istoni e questo ruolo lo hanno i fattori pionieri, che riescono ad allentare la cromatina e successivamente consentono l’attacco di altri fattori.

Duplicazione e riparazione del DNA

Il DNA deve essere ricopiato ad altissima fedeltà, tranne che per piccolissime variazioni che consentono l’evoluzione. La duplicazione del DNA avviene in fase S ed è un processo semiconservativo, dove un filamento è parentale e l’altro è neosintetizzato. La fedeltà è garantita dalla DNA polimerasi che seleziona il nucleotide corretto e lo fa entrare nella tasca enzimatica. Le forme tautomeriche possono ingannare la polimerasi, ma non appena tornano alla forma normale, la polimerasi fa la correzione di bozze. Ogni giorno si verificano migliaia di alterazioni del DNA causate da fattori fisici o chimici, ma meno dello 0,02% di questi danni diventa una mutazione permanente. Il resto viene eliminato grazie ai meccanismi di riparazione del DNA. Un errore così basso è garantito dalla scelta del nucleotide giusto da parte della polimerasi, attività di proofreading dove la polimerasi corregge i nucleotidi errati, mismatch repair che è un procedimento che avviene post-sintesi in cui vengono sostituiti i nucleotidi errati. In particolare il mismatch repair si serve del complesso MutS che fa una scannerizzazione del filamento provando a piegarlo. Dove il filamento cede alla pressione è luogo di errore. A quel punto recluta MutL, il quale riconosce il filamento nuovo (non deve correggere il vecchio che è sano) e degrada tutto il tratto intorno all’errore. Dopo di che la polimerasi risintetizza il tratto.