Gli scienziati individuano dove le cellule cominciano a copiare il DNA

Gli scienziati hanno identificato il punto esatto nel DNA di una cellula in cui inizia il processo di replicazione, segnando una svolta importante nella comprensione di uno dei processi biologici più fondamentali della vita. I ricercatori del Laboratorio di Scienze Mediche del MRC (LMS) e i loro collaboratori hanno scoperto il passo iniziale nella replicazione del DNA, in particolare, il momento in cui una cellula apre per la prima volta il suo DNA per fare una copia del suo genoma. I loro risultati, pubblicati su Nature Communications, rivelano la posizione precisa in cui il DNA inizia a unzipunzi all'interno delle cellule viventi e evidenziano una porta molecolare essenziale per avviare il processo di replicazione.

Ogni volta che una cellula si divide, deve duplicare con precisione tutto il suo materiale genetico. Gli errori durante questo processo possono causare danni genomici, sottolineando perché la replicazione del DNA è tra le funzioni più strettamente regolate in biologia. Per iniziare la replicazione, le cellule devono attivare macchine molecolari specializzate note come elicasi, che separano i due filamenti della doppia elica del DNA. Un componente cruciale di questo sistema è un complesso proteico costituito da sei subunità, chiamato MCM27,7, che forma una coppia di anelli intorno al DNA in punti di partenza designati noti come origini della replicazione.

Una volta attivati, questi due anelli si dividono, formando il meccanismo centrale delle due forcelle di replica emergenti, strutture in cui effettivamente avviene la copia del DNA. Nonostante una vasta ricerca condotta per molti anni, gli scienziati non sono stati in grado di osservare direttamente con precisione come questo processo inizia all'interno delle cellule viventi.

Maximilian Reuter dell'Istituto di biologia molecolare di Mainz, in Germania, ha catturato questi primi passi con notevole dettaglio. Secondo Reuter, la ricerca mirava a scoprire dove si apre il DNA per la prima volta e come l'elicasi, una macchina molecolare paragonata a una cerniera, si riorganizza in uno stato attivo. L'identificazione di questi passi iniziali fornisce chiarezza su come le cellule iniziano la copia del DNA nei luoghi e nei tempi corretti. Per determinare dove si apre il DNA per la prima volta, i ricercatori hanno impiegato un mix di tecniche di biologia sintetica, mappatura del DNA a livello di genoma e analisi delle proteine. Questi metodi hanno permesso di monitorare il processo all'interno delle cellule di lievito vivo.

Hanno scoperto che il DNA inizia ad aprirsi in un sito molto specifico situato vicino alla giunzione dove si incontrano i due anelli MCM277. Questa scoperta suggerisce che l'evento di apertura iniziale avviene in una piccola sezione di DNA che viene anche utilizzata per reclutare altre proteine responsabili dell'avvio della replicazione, indicando che più fasi di copia del DNA si verificano in una regione genomica confinata. Lo studio ha inoltre rivelato un gate specializzato all'interno del complesso di elicasi che opera durante le prime fasi della replicazione del DNA.

Quando i ricercatori hanno collegato le stringhe molecolari alle subunità adiacenti di ogni elicasi, le forche di replicazione non si sono formate a causa degli intricamenti risultanti tra le due forche di replicazione. Ciò ha dimostrato che il gate svolge un ruolo vitale nel passaggio della cellula dalla preparazione per la replicazione del DNA alla copia attiva del genoma. Oltre a identificare dove il DNA si apre per la prima volta, lo studio ha integrato diversi passaggi precedentemente distinti in un quadro unificato. I ricercatori hanno illustrato come l'apertura del DNA, l'attivazione dell'elicasi e la formazione delle forche di replicazione sono interconnesse.

Questa integrazione offre una visione più completa dell'avvio della replicazione del DNA, potenzialmente guidando studi futuri sui processi cellulari correlati. La scoperta non solo migliora la nostra comprensione dei meccanismi cellulari di base, ma ha anche implicazioni per le malattie associate alla replicazione difettosa del DNA, come il cancro.