Come funziona il sistema SOS di correzione del DNA?

Quando viene danneggiato il materiale nucleare delle nostre cellule, in risposta al danno entra immediatamente in funzione un sistema di riparazione cellulare. I meccanismi di riparazione sono diversi ed ognuno interviene in maniera selettiva per un tipo di danno. Per nominarne qualcuno: il sistema di riparazione mediante escissione di nucleotidi, mediante escissione di basi e di controllo degli accoppiamenti fra le basi. Tutti questi meccanismi sono in grado di riconoscere l’errore e correggerlo.

La scoperta dei meccanismi di riparazione si ebbe negli anni quaranta, grazie a due studi indipendenti da parte di Albert Kelner, del gruppo di lavoro di Milislav Demerec al Cold Spring Harbor Laboratori e di Renato Dulbecco, del laboratorio di Salvador Luria alla University of Indiana. 

In realtà i loro studi avevano altri fini, ma durante alcuni esperimenti osservarono come le cellule, se illuminate con luce di determinate lunghezze d’onda (come quella solare), miglioravano la loro capacità di recupero dei danni subiti in seguito all’esposizione alle radiazioni UV. Il fenomeno, detto fotoattivazione, permette la riparazione del DNA danneggiato dall’esposizione ai raggi UV grazie ad un sistema di enzimi attivati dalla luce. Se il danno però è troppo esteso, i normali sistemi di riparazione non sono sufficienti ed è possibile l’insorgere di mutazioni.

Le radiazioni UV inducono la formazione di legami covalenti fra due timine quando queste si trovano affiancate, formando i dimeri di timina. Questa modificazione impedisce la corretta funzione del DNA. Gli enzimi attivati dalla luce, quando colpiti da una luce di lunghezza d’onda di circa 300 nm, leggono il DNA finché non incrociano un dimero di timina e lo tagliano.

Il sistema da riparazione del DNA detto SOS corregge gli errori dovuti alla trascrizione, infatti agisce bloccando la divisione cellulare e la replica del DNA. Vengono indotti invece i geni della riparazione, della ricombinazione e della mutazione.

Nella crescita normale, la proteina repressore LaxA blocca i geni SOS, legandosi ad una sequenza di consenso formata da 20 basi, detta il SOS box, presente nella regione dell’operatore. Alcuni di questi geni SOS sono espressi a bassi livelli anche nello stato normale. In genere l’attivazione dei geni SOS è conseguenza dell’accumulo di DNA ad elica semplice, che avviene al punto di dupplicazione del DNA, in seguito al blocco della polimerasi con conseguente locco dela sintesi proteica.
La proteina RecA forma un filamento attorno a questo DNA ad elica semplice, ssDNA (single stranded ) e agisce come una coproteasi nella digestione delle proteina repressore LexA.

Quando il livello cellulare della LexA si abbassa, diminuisce il livello di repressione dei geni SOS.

I geni i cui operatori legano debolmente LexA sarano i primi ad essere espressi in maniera completa. In questo modo, a seconda della affinità LexA-Operatore, si attivano in maniera consequenziale i diversi meccanismi di riparazione del DNA. Geni con affinità debole (geni lexA, recA, uvrA, uvrB e uvrD) sono espressi anche in presenza di deboli stimoli. Dapprima si ha la riparazione dei nucleotidi tagliati (NER nucleotide excision repair) con lo scopo di riparare il DNA senza far scattare la risposta completa del meccanismo SOS. Se la riparazione non è sufficiente, la concentrazione della LexA viene ulteriormente ridotta, così si possono esprimere i geni con SOS box a più forte affinità con la proteina repressore (come sulA, umuD, umuC).

SulA ferma la divisione cellulare ed attiva un meccanismo di riparazione dipendente dal UmuDC, che può essere mutageno.      

 

In conclusione alcuni geni SOS possono essere indotti quando i danni del DNA sono pochi, altri entrano invece in funzione solo quando il danno al DNA è persistente e grave.

Una volta che il danno sia riparato,  RecA non catalizza pià la demolizione di LexA, che così si accumula e blocca di nuovo i geni SOS.  

http://www.torinoscienza.it/dossier/apri?obj_id=4541  
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=6229696&dopt=Abstract
http://www.springerlink.com/content/u41336582281080x/ 
http://www.ihop-net.org/UniPub/iHOP/pm/3699482.html?pmid=6993930
http://en.wikipedia.org/wiki/SOS_response
http://www.usc.edu/CSSF/History/2004/Projects/S1307.pdf
http://it.wikipedia.org/wiki/Fotoliasi