Le nostre cellule, come noi, sono giustamente interessate a mantenersi in buona salute. E visto che la salute delle cellule dipende principalmente dall’integrità del loro DNA, è soprattutto di lui che devono (pre)occuparsi.
Il DNA è una lunghissima sequenza di sole quattro lettere (chiamate basi). Questa sequenza va preservata, per quanto possibile, così com’è: bisogna quindi assolutamente evitare che subisca dei cambiamenti (cioè delle mutazioni).
Questo però non è per niente semplice, perché i rischi ai quali è esposto il DNA sono tanti.
Da un lato ci sono gli inevitabili, casuali disastri che la cellula stessa combina quando ricopia, aggiusta o comunque manipola il suo DNA (provate voi a copiare un quadretto milioni di milioni di volte: neanche uno bravo come Michelangelo lo farebbe sempre uguale). Dall’altro lato, ci sono gli attacchi incessanti dei molti nemici della stabilità genetica: i radicali liberi, i cancerogeni, i raggi UV e altri ancora.
La cellula non si limita a subire passivamente questi attacchi, e cerca di difendersi con tutti i mezzi di cui dispone. Tuttavia, nonostante i suoi ammirevoli sforzi, il DNA accumula quotidianamente dei danni che, se non riparati, finirebbero per renderlo inutilizzabile: per questo, le cellule hanno sviluppato un’intera batteria di sistemi per la riparazione del DNA.
A volte, una sostanza chimica particolarmente aggressiva si incolla come una sanguisuga a una delle basi. Nei casi più fortunati, si riesce a staccare la bestiaccia e a riportare la base al suo stato originario (riparazione diretta). Più spesso, la malcapitata base è irrecuperabile e deve essere necessariamente rimossa (riparazione per escissione di base). Questo lascia un buco nella sequenza del DNA: per evitare una mutazione, bisogna riempirlo con la base giusta (cioè con quella di partenza).
La cosa potrebbe sembrare banale, come correggere una parola contenente un errore di ortografia. Ma il DNA non contiene parole riconoscibili, solo una ininterrotta sequenza di quattro lettere; e somiglia più al linguaggio dei computer – formato da sterminate sequenze di 0 e 1 – che non a una qualsiasi lingua umana: quindi nessuno, tantomeno la cellula, riesce davvero a capirci un’acca.
“Cellule” di Iacopo Leardini
La soluzione al problema sta nella struttura stessa del DNA, che è formato da due file di basi (o filamenti), parallele e perfettamente appaiate. Le due sequenze sono complementari: a ogni base del primo filamento corrisponde, nell’altro filamento, la base “opposta”. Stando così le cose, sostituire la lettera mancante diventa un gioco da ragazzi: la cellula non deve fare altro che prendere nota della base che sta di fronte al “buco”, e poi inserire la base opposta e complementare.
In questo modo la cellula riesce a riparare il DNA anche senza sapere assolutamente cosa c’è scritto sopra (come un professore di italiano che riuscisse a correggere i compiti in classe di russo!) e soprattutto senza introdurre mutazioni.
Purtroppo alcuni agenti dannosi (come le radiazioni) sono così potenti che riescono a danneggiare contemporaneamente entrambi i filamenti del DNA: così facendo, lo spezzano letteralmente in due. Quando avviene un incidente di questo tipo, si rischia che una delle due metà, non più ancorata al resto della molecola, vada alla deriva perdendosi per sempre. E siccome questi frammenti possono contenere milioni di basi e centinaia di geni, questo potrebbe rappresentare un colpo mortale per la cellula. Il danno va quindi riparato a ogni costo, e il più rapidamente possibile.
In questi casi introdurre delle mutazioni è spesso inevitabile. Per essere riattaccati, infatti, i due frammenti di DNA devono (almeno in parte) combaciare. E siccome è molto raro che la rottura casuale del DNA lasci delle estremità che combaciano, la cellula è costretta a limarle un po’, tagliando via alcune basi (riparazione per ricongiunzione delle estremità). Queste poche basi andranno perdute per sempre; in compenso, però, si riesce a conservare tutto il resto.
Se i danni non vengono riparati, il DNA accumula pericolose mutazioni che, a lungo andare, possono favorire la trasformazione tumorale di una cellula: per questo i sistemi di riparazione del DNA sono uno dei baluardi della resistenza cellulare contro il cancro.
In alcune malattie genetiche uno dei geni coinvolti nella riparazione del DNA è mutato (quindi non funziona o funziona male). Le persone colpite da queste malattie hanno una probabilità molto alta di sviluppare alcuni tumori, tra cui il tumore al colon. Queste persone vengono sottoposte a controlli frequenti, che permettono di identificare per tempo eventuali tumori al colon, e in molti casi di rimuoverli prima che diventino veramente pericolosi: questo permette di migliorare notevolmente le loro prospettive di vita.
Altre Fonti e Approfondimenti
Molecular Mechanisms of Mammalian DNA Repair and the DNA Damage Checkpoints