Fondazione per l'Avanzamento delle Ricerche in Medicina Molecolare - ONLUS

Telomeri stabilità genomica e senescenza cellulari

telomeri2 All’estremità dei cromosomi eucariotici sono presenti delle strutture complesse che hanno un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’integrità genomica, i telomeri. Il DNA che lo costituisce consiste nella sequenza 5' TTAGGG 3' che è ripetuta in tandem migliaia di volte e che protende oltre il DNA a doppia elica a formare una struttura a singolo filamento denominata 3'-overhang.

 Al DNA telomerico si legano diverse proteine (es. TRF1, TRF2) che sono specifiche sia per la porzione a doppio filamento che per quella a singolo filamento. Si forma così un cappuccio che è fondamentale per la stabilità del genoma. Infatti l’estremità del cromosoma potrebbe apparire come una rottura e indurre la cellula a “ripararlo” saldandola in modo improprio ad altre “rotture” con effetti devastanti per la vita della cellula. Poiché la perdita della stabilità genomiche è un fattore determinante della cancerogenesi si comprende immediatamente il grande interesse della comunità scientifica negli studi dei meccanismi molecolari della formazione di un telomero funzionante. Ci sono inoltre altri aspetti della biologia dei telomeri  che la portano in primo piano nello studio della senescenza.

Il macchinario cellulare che duplica il DNA è per sua natura incapace di sintetizzare completamente una molecola lineare di DNA. Ne consegue che ad ogni divisione cellulare si perdono un numero variabile di nucleotidi (anche 200-300 per divisione) con progressivo accorciamento dei telomeri. Col passare degli anni, al raggiungimento di una lunghezza critica, la cellula riceve un segnale di STOP alla replicazione. I tessuti non possono più rinnovare le loro cellule e tutto l’organismo manifesta i ben noti effetti dell’invecchiamento. In vero, esiste un complesso enzimatico che è in grado di evitare l’accorciamento dei telomeri, la telomerasi. Purtroppo questo enzima è spento nella maggior parte dei tessuti, ma ironicamente si riaccende nelle cellule tumorali rendendole di fatto immortali.

Presso il laboratorio del CNR diretto da D’Ambrosio Ettore si è cominciato a studiare la biologia dei telomeri dal 1998. Particolare attenzione al 3'-overhang telomerico. Infatti questa struttura gioca un ruolo cruciale sia nella formazione del capping che nel determinare il ritmo di accorciamento e l’insorgenza della senescenza cellulare. Utilizzando la tecnica originale T-OLA (telomeric oligonucleotide ligation assay) da noi ideata abbiamo estensivamente analizzato l'estremità terminale a singolo filamento del DNA telomerico e ottenuto risultati che gettano una luce del tutto nuova sulle problematiche precedentemente enunciate.
Abbiamo scoperto che l’estremità del DNA telomerico può termimare con il filamento  a catena singola 3’ CCCTAA 5’ implicando che la sintesi del DNA estremo può essere incompleta. Le implicazioni di questa osservazioni potrebbero essere notevoli. Abbiamo proposto un modello in cui l’accorciamento del telomero avviene per rimozione di un numero discreto di ripetizioni CCTAAC dal filamento guida della sintesi del DNA e che la telomerasi, se presente, agirebbe solo su una estremità cromosomica alla volta.

Un’altra interessante osservazione è risultata da uno studio condotto su soggetti ultranovantenni. E’ risultato che il 3'-overhang è costantemente lungo circa 100 nucleotidi (contrariamente ai 200 precedentemente riportati) ma crolla sensibilmente se la lunghezza media dei telomeri è di circa 6000 nucleotidi. Sembra quindi che la senescenza cellulare sia determinata da telomeri corti con un 3'-overhang particolarmente corto. Non è chiaro se il 3'-overhang corto sia la causa primaria della senescenza.

Attualmente la nostra attenzione si è rivolta prevalentemente al ruolo che le proteine del riparo del DNA, ATM e ATR hanno nella formazione del telomero . Infatti, in esperimenti condotti su diverse linee cellulari, è stato riscontrato che ATR è necessaria per prevenire ricombinazioni intratelomeriche e che i topi in cui è stata indotta una perdita di funzione di ATM presentano invecchiamento prematuro.