Sbilanciamento dei deossinucleotidi, conservazione del DNA mitocondriale e malattie mitocondriali

La sintesi del DNA richiede 4 deossinucleotidi (dNTP) prodotti in 2 vie metaboliche, la sintesi de novo citoplasmatica e la sintesi di recupero, citoplasmatica e mitocondriale. Si credeva che la sintesi de novo fosse esclusiva delle cellule in divisione, ma si è ora scoperto che essa opera anche nelle cellule quiescenti e che difetti dell'enzima responsabile provocano deplezioni del DNA mitocondriale (mt) con esito letale. Anche mutazioni della sintesi di recupero mt causano deplezione del mtDNA, con morte durante l'infanzia. Così entrambe le vie di sintesi sono necessarie nelle cellule che non si dividono. Gli enzimi delle 2 vie creano nella cellula una rete integrata che coinvolge anche enzimi degradativi. Questi servono a mantenere il giusto equilibrio tra i 4 dNTP e le loro mutazioni destabilizzano il mtDNA perché sbilanciano i pool dei dNTP. Benchè tutti questi enzimi siano codificati nel nucleo cellulare e le mutazioni siano quindi presenti in tutte le cellule del corpo, i pazienti manifestano danni mt soltanto in organi specifici, diversi per i diversi enzimi. Noi studiamo l’organizzazione e il funzionamento della rete enzimatica. In ricerche precedenti finanziate da Telethon abbiamo ideato un nuovo metodo per studiare i dNTP mt e abbiamo scoperto che essi derivano in gran parte dalla sintesi de novo citoplasmatica, che in parte può compensare i difetti genetici della via di recupero mt. Ora vogliamo capire l’organo specificità degli effetti di mutazioni in enzimi specifici della rete. A tale scopo cerchiamo prima di identificare tutti i partecipanti, inibendo singoli enzimi per via chimica o genetica in fibroblasti coltivati in vitro. Poi confrontiamo il quadro ottenuto dai fibroblasti con la situazione in cellule muscolari. Differenze di organizzazione funzionale della rete potranno venir messe in luce e spiegare le deplezioni osservate nei pazienti, suggerendo possibili modi di compensare i difetti enzimatici nei tessuti bersaglio.