Studio sul mantenimento dell’epigenoma dopo il danno da UV
Nelle cellule di tutti gli organismi viventi, l’attività dei geni è controllata da un insieme di proteine istoniche e di modifiche chimiche del DNA note come epigenoma. Ma non è stato compreso come le modifiche epigenomiche si alterino in seguito a un danno al DNA stesso, né come contribuiscano alla riparazione del DNA. «Si tratta di un’area di indagine impegnativa perché l’epigenoma comprende molteplici livelli di organizzazione che possono essere tutti potenzialmente influenzati da un danno al DNA», spiega Sophie Polo(si apre in una nuova finestra) del Centro di Epigenetica e Destino Cellulare (Università di Parigi Cité e Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica(si apre in una nuova finestra) (CNRS)). «Inoltre, alcune alterazioni dell’epigenoma possono essere molto transitorie e quindi difficili da cogliere», aggiunge l’esperta. Nel progetto REMIND, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), Polo e i suoi colleghi hanno cercato di colmare questa lacuna di conoscenza attraverso un’analisi ampia e a risoluzione temporale delle alterazioni dell’epigenoma nelle cellule umane sottoposte a danni da raggi UV. I ricercatori hanno cercato di scoprire alcuni dei cambiamenti molecolari che contribuiscono alla riparazione e al ripristino della cromatina, il materiale di cui sono fatti i cromosomi.
Studio delle ripercussioni epigenomiche dei danni da UV
Il team si è concentrato sulle caratteristiche epigenomiche a tre livelli nelle cellule dei mammiferi che influiscono sull’attivazione o sulla disattivazione dei geni: le proteine istoniche, che alterano il grado di compattezza del DNA; la metilazione del DNA, una modifica chimica che può silenziare e spegnere i geni, e le strutture di ordine più elevato della cromatina che definiscono regioni funzionalmente distinte del genoma. Gli studi di laboratorio condotti nell’ambito del progetto hanno analizzato i cambiamenti a questi tre livelli in seguito all’esposizione alle radiazioni ultraviolette, nelle cellule coltivate sia umane che murine. I ricercatori hanno anche messo a punto diverse metodologie innovative, che hanno consentito di acquisire la cromatina nei siti di riparazione dei danni UV, prima di analizzare le proteine correlate coinvolte nelle modifiche degli istoni e del DNA. Inoltre, è stato possibile seguire in tempo reale la dinamica delle caratteristiche dell’epigenoma e dei modificatori dell’epigenoma nei siti del danno da UV, utilizzando l’imaging di cellule vive dopo l’irradiazione UV locale.
Scoprire i meccanismi di mantenimento dell’epigenoma durante la riparazione del DNA
Il progetto ha portato a diverse scoperte fondamentali sui meccanismi alla base del mantenimento dell’epigenoma, tra cui l’identificazione degli enzimi che modificano gli istoni (che effettuano alterazioni chimiche) e dei lettori di modifiche istoniche (che leggono le alterazioni chimiche). Questi vengono reclutati nei siti di riparazione dei danni UV, insieme ai chaperoni istonici che coordinano le dinamiche degli istoni vecchi e nuovi nei siti di riparazione. Il team ha scoperto un’interazione centrale tra gli enzimi che modificano gli istoni e la deposizione degli istoni per salvaguardare l’integrità della cromatina di ordine più elevato e ha analizzato il meccanismo di mantenimento alla base della metilazione del DNA, nei siti di riparazione dei danni UV. «Sia le nuove scoperte che le metodologie a cui questo progetto ha dato origine sono di grande interesse per la comunità scientifica impegnata nella stabilità del genoma e dell’epigenoma», afferma Polo. «I nostri risultati ampliano le nostre conoscenze sul mantenimento dell’epigenoma in seguito ai danni al DNA a livello meccanicistico».
Potenziali ripercussioni sull’invecchiamento e sul cancro
I nuovi metodi sviluppati nel progetto REMIND possono essere ulteriormente esplorati per studiare altre caratteristiche epigenomiche o componenti della cromatina in risposta ai danni da UV o ad altri processi dannosi. «La comprensione approfondita degli attori coinvolti nel mantenimento della cromatina dopo un danno al DNA può dar vita a strategie atte a contrastare gli effetti dannosi dell’instabilità cromatinica osservati nell’invecchiamento e nel cancro», osserva Polo. Il team continuerà il proprio lavoro esaminando le modifiche dei cambiamenti istonici e le loro funzioni durante la riparazione dei danni UV. «Amplieremo inoltre i nostri orizzonti studiando il ruolo dell’RNA e delle modifiche dell’RNA nella risposta ai danni da UV.»
