Mismatch Repair (MMR)
Il Mismatch Repair (MMR) è una via di riparazione per escissione altamente conservata che corregge i disappaiamenti nucleotidici (mismatch) e le piccole anse di inserzione/delezione insorte durante la replicazione del DNA e sfuggite all’attività di proof-reading delle DNA Polimerasi.
Poiché nel mismatch le basi azotate sono chimicamente integre (sebbene appaiate in modo non complementare), il sistema rileva l’errore basandosi esclusivamente sulla distorsione conformazionale locale indotta dal disappaiamento.
Il Problema della Discriminazione del Filamento
La sfida principale del sistema MMR è identificare su quale dei due filamenti si trovi l’errore:
- Il filamento stampo (parentale) contiene la sequenza corretta originaria.
- Il filamento di nuova sintesi (figlio) contiene il nucleotide errato inserito dalla polimerasi.
Se il sistema MMR tagliasse a caso uno dei due filamenti, avrebbe il 50% di probabilità di eliminare la base corretta, consolidando l’errore in una mutazione permanente. La cellula ha sviluppato meccanismi differenti per discriminare i filamenti:
Nei Procarioti: Stato di Metilazione del DNA
Le cellule batteriche utilizzano l’enzima Dam metilasi per aggiungere gruppi metilici alle adenine presenti all’interno di sequenze ripetute . Subito dopo il passaggio della forcella replicativa, il DNA si trova in uno stato transitorio di emimetilazione: il filamento stampo è metilato, mentre il filamento neosintetizzato non è ancora stato metilato. Il sistema MMR riconosce il filamento privo di metili come bersaglio del taglio.
Negli Eucarioti: Nicks Transienti nel Filamento Lagging
Le cellule eucariotiche non utilizzano la metilazione per discriminare il filamento. Riconoscono invece la presenza di nicks (discontinuità/interruzioni transienti) presenti sul filamento neosintetizzato, in particolare sul filamento lagging (tra i frammenti di Okazaki), prima che intervenga la ligasi.
Meccanismi Molecolari
Via Procariotica (Sistema MutHLS)
- Rilevazione: La proteina MutS scansiona il DNA, rileva la distorsione conformazionale del mismatch e vi si lega.
- Reclutamento: MutS legata al mismatch recluta la proteina scaffold MutL e l’endonucleasi MutH.
- Taglio del Filamento Figlio: MutH riconosce le sequenze emimetilate e si attiva solo in presenza del complesso MutS-MutL. MutH incide selettivamente il filamento neosintetizzato (non metilato) in corrispondenza del sito più vicino.
- Rimozione e Risintesi: Un’esonucleasi degrada il filamento neosintetizzato a partire dal taglio fino oltre il mismatch. La DNA polimerasi colma il gap e la ligasi risalda l’elica.
Via Eucariotica (Omologhi MutS/MutL)
Il meccanismo è altamente conservato ma coinvolge proteine specifiche:
- Rilevazione: Omologhi di MutS (eterodimeri come MSH2-MSH6 o MSH2-MSH3) riconoscono il mismatch.
- Reclutamento e Attivazione: Viene reclutato il complesso omologo di MutL (es. MLH1-PMS2). L’attività endonucleasica latente di MutL viene attivata dall’interazione fisica con PCNA (la pinza scorrevole / sliding clamp legata al macchinario replicativo).
- Incisione e Rimozione: MutL attivata incide il filamento neosintetizzato in posizione 5’ rispetto al mismatch. L’esonucleasi Exo1 digerisce il filamento in direzione coadiuvata dalla proteina RPA (che stabilizza il singolo filamento).
- Risintesi: La DNA polimerasi replicativa risintetizza il filamento e la ligasi salda.
Correlazioni Cliniche: Sindrome di Lynch
Mutazioni germinali o inattivazioni epigenetiche a carico dei geni che codificano per le proteine del sistema MMR eucariotico (principalmente MSH2 e MLH1, ma anche MSH6 e PMS2) compromettono gravemente l’efficienza della riparazione post-replicativa. Questo difetto è alla base del 90% dei casi di Sindrome di Lynch (nota anche come HNPCC - Hereditary Non-Polyposis Colorectal Cancer), una patologia a trasmissione autosomica dominante caratterizzata da una spiccata predisposizione all’insorgenza precoce di carcinoma del colon-retto e di altri tumori (es. dell’endometrio).
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