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© 978-88-08-42128-9 CAPITOLO 13 481
La nascita e la morte cellulare

singoli filamenti di DNA e generando le forcelle di replicazione (vedi Capito-
lo 7, Durante la replicazione, proteine specializzate disavvolgono e separano i due
filamenti per formare una forcella di replicazione).
• Nella terza, la DNA polimerasi si lega ai complessi di replicazione e inizia a
sintetizzare DNA.

■ Fase 6 del ciclo cellulare: l’integrità del DNA è garantita dai punti di con-

trollo G1/S, S/G2 e G2/M Il DNA viene costantemente danneggiato da fonti
ambientali (per esempio, radiazioni ultraviolette, tossine ambientali) e prodotti
metabolici (per esempio, radicali liberi). Tuttavia, prima che le cellule replichino
il loro DNA nella fase S, questo deve essere quanto più possibile “in salute”, per-
tanto impiegano molta energia per controllare e riparare i danni del DNA prima
che la fase S sia completa. Come abbiamo visto nel Capitolo 7 (vedi Le cellule han-
no due meccanismi principali di riparazione del DNA), le cellule utilizzano molti
meccanismi per correggere eventuali errori nel loro DNA neosintetizzato. Que-
sti sforzi sono coadiuvati da una rete altrettanto complessa di almeno 700 protei-
ne che cercano gli errori non corretti e arrestano la progressione nel ciclo a livello
dei punti di controllo delle fasi G1/S, S/G2 e G2/M, finché gli errori non vengo-
no corretti. Capire come tutte queste proteine interagiscono per svolgere questa
funzione è un’impresa ardua, simile alle sfide affrontate da coloro che studiano la
trasduzione del segnale e la regolazione dell’espressione genica. Un indizio mol-
to utile è che le riparazioni delle rotture dei doppi e dei singoli filamenti di DNA
sono innescate da due proteine chinasi soltanto, chiamate rispettivamente ATM
(atassiatelangiectasia mutata) e ATR (atassiatelangiectasia collegata a Rad-3).
Queste due chinasi sono responsabili della fosforilazione di ciascuna delle protei-
ne note per controllare la riparazione e il mantenimento del DNA; questo sugge-
risce un’organizzazione gerarchica del sistema che controlla la qualità del DNA,
con all’apice ATM e ATR. Come suggeriscono i loro nomi, queste chinasi sono
state scoperte per la prima volta in individui affetti dalla patologia genetica atas-
siatelangiectasia, che è una rara malattia autosomica recessiva causata da muta-
zioni del gene ATM. Le proteine ATM e ATR, in forma inattiva, formano omo-
dimeri che si separano dopo l’attivazione.

Il modo esatto in cui il danno del DNA venga rilevato è ancora in larga par-
te sconosciuto, ma l’analisi di cellule mutanti prive dei meccanismi di ripara-
zione del DNA ha permesso di identificare alcune proteine che interagiscono
con ATM e ATR immediatamente dopo che il DNA è stato danneggiato. Una
di queste, il complesso MRN, rileva gli errori nei filamenti di DNA sia singoli
che doppi. Un modello corrente, mostrato nella Figura 13.14, suggerisce come il
complesso MRN interagisca con ATM per rilevare gli errori nel DNA e richia-
mare il macchinario di riparazione presso il sito danneggiato. Due proteine pre-
senti nel complesso MRN si legano a un singolo filamento di DNA; quando il
DNA è danneggiato si rompe, generando estremità sciolte (libere) dallo schele-
tro del DNA a livello dei punti di lesione. Se il complesso MRN si lega a queste
estremità, induce un cambiamento di forma che fa sì che un dimero di ATM si
leghi al complesso e separi il dimero, permettendo a ciascun monomero di au-
tofosforilarsi e diventare attivo. L’ATM poi fosforila una forma dell’istone 2A,
chiamata H2X, e questa serve come sito di legame per l’assemblaggio del mac-
chinario di riparazione.

Mentre avviene la riparazione, è fondamentale per le cellule fermare il loro ci-
clo cellulare. Due importanti substrati di ATM e ATR attivate e di serina/tirosina
chinasi sono chiamati rispettivamente Chk2 e Chk1. Queste proteine fermano
il progredire della fase M del ciclo fino a quando la riparazione del DNA non è