Un indizio elettronico nel mistero della riparazione del DNA

Ecco un curioso puzzle che coinvolge le molecole di DNA. Il DNA è regolarmente danneggiato dalla normale usura e dal costante scuotimento delle radiazioni ionizzanti. Tuttavia, le cellule possiedono una straordinaria collezione di macchine molecolari come gli enzimi riparatori che identificano rapidamente i difetti e li riparano.

Il puzzle è come lo fanno. Un'idea è che gli enzimi di riparazione semplicemente galleggiano abbastanza a lungo e alla fine trovano regioni danneggiate. Ma i numeri semplicemente non si accumulano. I geni sono solitamente lunghi tra 1000 e 1.000.000 di paia di basi. Al contrario, una tipica mutazione di solito coinvolge solo una manciata di coppie di basi. È troppo piccolo per trovarlo usando una passeggiata casuale con qualsiasi affidabilità. Deve essere in corso qualche altra forma di ricerca attiva della posizione.

Una teoria è che le mutazioni cambino le caratteristiche elettriche di un tratto di DNA e che questo crei un segnale su cui gli enzimi di riparazione possono attaccarsi, come gli elettricisti che individuano un'interruzione in un circuito. Il problema è che il DNA non conduce elettricità come un cavo di alimentazione e quindi non è chiaro come funzionerebbe.

Ora Arkady Krokhin della University of North Texas e pochi amici hanno capito come il DNA possa farlo. La chiave risulta essere che diverse regioni del DNA hanno caratteristiche elettriche diverse. Il gruppo ha calcolato dai primi principi il modo in cui la carica scorre nelle diverse regioni. Dicono che negli esoni, le informazioni che trasportano parti di geni, lo spettro energetico della molecola consente l'esistenza di elettroni delocalizzati. In queste aree, la carica può fluire.

Tuttavia, lo spettro energetico delle regioni che non trasportano informazioni, gli introni, non consente la delocalizzazione degli elettroni. Quindi gli introni sono effettivamente degli isolanti.

Ciò crea regioni ben definite all'interno del DNA che possono essere identificate elettronicamente. Significa anche che qualsiasi cambiamento nelle proprietà elettroniche causato da una mutazione sarebbe in gran parte confinato. Ciò suggerisce immediatamente un modo in cui gli enzimi di riparazione possono intaccare i danni.

Naturalmente, questo lavoro è solo un passo verso una teoria coerente che spieghi la riparazione del DNA (che in realtà coinvolge molti processi diversi).

Ma la bellezza di questo approccio è che potrebbe anche spiegare perché alcuni danni non vengono riparati, portando alla morte cellulare e persino al cancro.

Il pensiero è che alcune mutazioni causano meno cambiamenti elettrici di altre. Queste mutazioni sono mascherate elettronicamente e quindi non vengono rilevate dagli enzimi di riparazione. Esistono persino prove sperimentali per questo dalle misurazioni della resistenza eseguite sul DNA con mutazioni che causano il cancro.

Se questa teoria è vera, una domanda importante è come potrebbe essere possibile sfruttare le caratteristiche elettriche del DNA per rilevare e persino prevenire il cancro in futuro?

Rif: arxiv.org/abs/0911.2953 : DNA disomogeneo: conduzione di esoni e isolamento di introni

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