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Il magico meccanismo della riparazione genetica: come fa la proteina RecA a innescare la risposta SOS?
La risposta SOS è un meccanismo di risposta globale quando le cellule subiscono danni al DNA. Durante questo processo, il ciclo cellulare viene messo in pausa e vengono avviati i processi di riparazione del DNA e di mutazione genetica. Il nucleo di questo fenomeno risiede nella proteina RecA. Quando compare il DNA a singolo filamento, la proteina RecA viene stimolata e avvia una serie di reazioni biochimiche che a loro volta innescano la risposta SOS.
"Il ruolo della proteina RecA non è solo quello di riparare il DNA, ma anche di offrire una nuova prospettiva su come le cellule rispondono allo stress."
Scoperta della risposta SOS
Il concetto di risposta SOS è stato proposto per la prima volta da Evelyn Witkin. Studiando le caratteristiche fenotipiche dell'Escherichia coli mutante, Witkin e il suo borsista post-dottorato Miroslav Radman hanno descritto in dettaglio la risposta SOS dei batteri alle radiazioni UV. La scoperta di questo sistema non solo dimostra che le cellule possono coordinare la loro risposta ai danni al DNA, ma apre anche le porte a ricerche approfondite sulle risposte cellulari allo stress.
Meccanismi della risposta SOS
In normali condizioni di crescita, il gene SOS è regolato negativamente dal dimero proteico inibitorio LexA. LexA reprime l'espressione di questi geni legandosi a una specifica sequenza di consenso di 20 bp (SOS box). Tuttavia, quando il DNA viene danneggiato, poiché regioni di DNA a singolo filamento si accumulano nella forcella di replicazione, la proteina RecA inizia a formare strutture filamentose attorno a queste regioni di DNA a singolo filamento in modo dipendente dall'ATP e si attiva.
"L'attivazione della proteina RecA provoca l'auto-scissione della proteina inibitoria LexA, liberando così l'inibizione del gene SOS."
Quando la concentrazione di LexA diminuisce, inizia ad essere espresso il gene SOS corrispondente. Questo processo è graduale e ordinato. LexA ha un'affinità più debole per certi operatori (come lexA, recA, uvrA, ecc.), quindi questi geni vengono completamente attivati per primi nella risposta SOS e sono espressi preferenzialmente durante il processo di riparazione.
Resistenza agli antibiotici e risposta SOS
Lo studio ha scoperto che il sistema di risposta SOS può portare a mutazioni e causare ulteriore resistenza agli antibiotici. Durante la risposta SOS, le tre DNA polimerasi a bassa fedeltà del mondo (Pol II, Pol IV e Pol V) aumentano il tasso di mutazione. Per questo motivo, molti team di ricerca stanno ora prendendo di mira queste proteine nella speranza di sviluppare farmaci in grado di impedire la riparazione dell'SOS.
"Allungando il tempo necessario ai patogeni per sviluppare una resistenza agli antibiotici, si potrebbe migliorare l'efficacia a lungo termine di alcuni antibiotici."
Test di genotossicità
Nell'Escherichia coli, diverse classi di agenti dannosi per il DNA possono innescare la risposta SOS. Fondendo l'operatore lac con un operatore controllato da una proteina associata a SOS, è possibile implementare un semplice test colorimetrico per rilevare la genotossicità. Quando viene aggiunto un analogo del lattosio, questo viene degradato dalla beta-galattosidasi per produrre un composto colorato che può essere misurato quantitativamente da uno spettrofotometro. Il grado di cambiamento di colore è una misura indiretta del grado di danno al DNA.
Risposta SOS dei cianobatteri
I cianobatteri sono gli unici procarioti capaci di effettuare la fotosintesi producendo ossigeno, il che ha avuto un impatto significativo sull'atmosfera di ossigeno della Terra. In alcuni cianobatteri marini come Prochlorococcus e Synechococcus, è stato scoperto che hanno un sistema SOS simile a quello di E. coli, che aiuta nella riparazione del DNA perché codificano geni che sono omologhi ai geni SOS di E. coli (come lexA e sulA).
Con lo studio approfondito della proteina RecA e del meccanismo di risposta SOS, gli scienziati possono trovare nuove strategie per impedire che i patogeni sviluppino resistenza in futuro?
