Miglioramento della riparazione del DNA umano con piccoli tardigradi

I tardigradi sono animali microscopici che resistono a molte condizioni ambientali difficili, comprese le radiazioni ionizzanti ad alta intensità. Uno studio dimostra che questa resistenza è resa possibile da un sistema enzimatico di riparazione del DNA straordinariamente efficiente che potrebbe essere utilizzato come ispirazione per il trattamento delle malattie umane.

Man mano che la vita si evolve sulla Terra, tutte le specie devono acquisire caratteristiche che aumentano la loro probabilità di sopravvivere e di trasmettere i propri geni alla prole.

Da un punto di vista scientifico, c’è un grande interesse nello studio di questi meccanismi adattivi, non solo per migliorare la nostra conoscenza del mondo che ci circonda, ma anche per identificare specifici processi molecolari che possano essere applicati per curare malattie che colpiscono l’umanità.

Cuccioli di orso invincibili!

Il tardigrado è un buon esempio di animale che, sebbene evolutivamente molto distante dall’uomo, possiede molte proprietà interessanti con potenziale terapeutico.

Conosciuto come “l’orso d’acqua”, il tardigrado è un piccolo animale (lungo tra 0,1 e 1,5 mm) che possiede un’incredibile resistenza a molte condizioni ambientali estreme, fatali per tutti gli esseri viventi, dalle temperature estreme (da -270°C a …+150°C). , l’assenza di pressione atmosferica o, al contrario, pressioni schiaccianti, l’assenza di acqua, cibo o anche di radiazioni ionizzanti ad alta intensità (raggi X o radiazioni ultraviolette).

Quest’ultimo caso è particolarmente interessante: è stato dimostrato che i tardigradi possono sopravvivere a radiazioni fino a 5000-6000 grigi (Gy), 1000 volte superiori alla dose letale per l’uomo.

Riparazione su larga scala

Uno studio recente fornisce una migliore comprensione dei meccanismi biochimici responsabili di questo adattamento alle radiazioni. ⁽¹⁾ In questo studio, i ricercatori hanno osservato per la prima volta che l’esposizione a una specie di tardigrado (Tipico Epsibio) ad alte dosi di radiazioni gamma (4360 Gy) hanno causato danni significativi al loro DNA in breve termine, ma l’animale si è ripreso rapidamente, con queste rotture molecolari completamente riparate nelle 24 ore successive.

Ulteriori analisi hanno mostrato che questo recupero era associato ad un aumento dell’espressione di diversi geni, in particolare degli enzimi coinvolti nella riparazione del DNA.

In alcuni casi, l’aumento dell’espressione di questi geni è di entità insolita, mai osservata in questo tipo di studi. I livelli di alcuni geni sono aumentati di oltre 300 volte dopo l’irradiazione, raggiungendo livelli elevati quanto quelli coinvolti nel mantenimento delle funzioni biologiche di base dell’animale, il che è eccezionale.

Riparatori ad alte prestazioni

Una questione importante è se questi geni coinvolti nella riparazione del DNA dei tardigradi e nella resistenza alle radiazioni potrebbero svolgere una funzione protettiva simile se introdotti nelle cellule di un altro organismo.

I risultati preliminari ottenuti dai ricercatori indicano sì: l’uso di batteri Escherichia coli Come modello, hanno osservato che l’introduzione di questi geni ha aumentato notevolmente la sopravvivenza dei batteri a una dose massiccia di radiazioni gamma, suggerendo che sono sufficienti a conferire resistenza alle radiazioni, indipendentemente dall’origine del DNA.

Questi enzimi di riparazione del DNA ultra efficienti potrebbero essere usati per trattare alcune malattie umane che comportano danni irreversibili al DNA, ad esempio alcune malattie genetiche rare che causano un invecchiamento precoce, o per riparare il DNA mutato, dopo un’esposizione troppo lunga alla luce solare.

Questi enzimi riparatori possono essere utilizzati anche per ridurre gli effetti collaterali della radioterapia sui tessuti sani circostanti i tumori durante il trattamento oncologico.

Un altro esempio che dimostra che le forme di vita più semplici sono necessarie per la sopravvivenza di quelle più complesse.

♦ (1) Clark-Hachtel CM et al. “Il tardigrado Hypsibius exemplaris sovraregola significativamente i geni del percorso di riparazione del DNA in risposta alle radiazioni ionizzanti.” la moneta. Biol.pubblicato il 24 aprile 2024.