Nucleotide Excision Repair (NER)

Il Nucleotide Excision Repair (NER) è la via principale di riparazione per escissione deputata alla rimozione di lesioni voluminose che distorcono la conformazione spaziale della doppia elica del DNA. I bersagli tipici del NER sono i dimeri di timina indotti da radiazioni UV e addotti chimici complessi da agenti inquinanti.

Il NER si basa su un sistema di riconoscimento aspecifico: a differenza del BER, non identifica singole modificazioni chimiche, ma rileva la distorsione strutturale ed elicotale del DNA.

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Le Due Vie di Attivazione del NER

Il NER può essere attivato in due contesti cellulari differenti, che convergono successivamente nello stesso meccanismo molecolare di rimozione:

1. Global Genomic NER (GG-NER)

Questa via scansiona costantemente l’intero genoma (attivo o non trascritto) alla ricerca di alterazioni conformazionali.

• Riconoscimento: È mediato dal complesso proteico XPC, il quale rileva a campione (o tramite scorrimento casuale) le anomalie e le distorsioni della doppia elica.

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2. Transcription-Coupled NER (TC-NER)

Questa via è specifica per i geni in fase di attiva trascrizione. Riconosce i danni che ostruiscono il passaggio dei macchinari trascrizionali.

• Riconoscimento: La RNA Polimerasi Eucariotiche scorre lungo il DNA stampo. In presenza di un danno, la polimerasi subisce un arresto sterico bloccando la trascrizione.
• Reclutamento: La polimerasi bloccata funge da segnale per reclutare le proteine CS-A e CS-B (Cockayne Syndrome A e B). Queste proteine favoriscono lo scalzamento o lo spostamento fisico della voluminosa RNA polimerasi per esporre la lesione sottostante.

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Meccanismo di Convergenza Molecolare

Una volta identificata la lesione (sia per via GG-NER che TC-NER), il processo converge nei seguenti passaggi molecolari:

1. Apertura della Bolla (TFIIH): Viene reclutato il fattore di trascrizione generale TFIIH. Questo complesso contiene due DNA elicasi con polarità opposta: XPB (polarità $3^{\prime }\to 5^{\prime }$) e XPD (polarità $5^{\prime }\to 3^{\prime }$). L’azione coordinata di queste elicasi separa i filamenti di DNA attorno alla lesione, creando una bolla a singolo filamento.
2. Stabilizzazione del Singolo Filamento: Proteine che legano il singolo filamento (principalmente RPA, Replication Protein A) stabilizzano la bolla aperta per proteggere il DNA dall’azione incontrollata di nucleasi.
3. Verifica del Danno (XPA): Per evitare escissioni errate o non necessarie in assenza di effettivi danni, interviene la proteina XPA. Questa effettua un controllo di qualità finale verificando l’effettiva presenza della lesione.
4. Doppia Incisione (Endonucleasi): Due endonucleasi specifiche effettuano i tagli a singolo filamento:
   • XPF taglia in direzione 5’ rispetto al danno.
   • XPG taglia in direzione 3’ rispetto al danno. Viene così rimosso un frammento di oligonucleotide a singolo filamento contenente la lesione, lungo circa 24-32 nucleotidi.
5. Risintesi e Saldatura: La DNA polimerasi replicativa ($\delta$ o $\epsilon$) sintetizza il filamento mancante usando come stampo il filamento complementare integro. La DNA ligasi I salda il nick finale.

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Correlazioni Cliniche

L’importanza fisiologica del NER è evidenziata da gravi patologie umane associate a mutazioni ereditarie a carico delle proteine di questa via (da cui la nomenclatura XP e CS):

Xeroderma Pigmentosum (XP)

Causata da mutazioni autosomiche recessive in uno qualsiasi dei geni che codificano per le proteine del NER (da XPA a XPG).

• Quadro Clinico: I pazienti presentano un’estrema sensibilità alla luce solare (fotofobia e iper-suscettibilità). L’esposizione ai raggi UV induce dimeri di timina che non possono essere riparati. Questo comporta una rapida comparsa di eritemi, cheratosi, e un rischio elevatissimo (fino a 1000 volte superiore rispetto alla norma) di sviluppare tumori cutanei multipli fin dall’infanzia.

Sindrome di Cockayne (CS)

Causata da mutazioni nei geni CS-A o CS-B, che compromettono in modo selettivo la via del transcription-coupled NER (TC-NER).

• Quadro Clinico: Caratterizzata da grave ritardo della crescita, invecchiamento precoce (progeria), deficit neurologici e microcefalia. A differenza dello xeroderma pigmentosum, non si associa a un aumento drammatico dell’incidenza di tumori della pelle.

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🔗 Collegamenti

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• Danni al DNA — ⬆️ causa
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• RNA Polimerasi Eucariotiche — 🔗 stesso meccanismo
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