Cosa sono i Topoisomerasi
Durante l’apertura della doppia elica si crea una tensione con la formazione di superavvolgimenti a monte dell’elica che possono portare alla rottura della stessa, perciò ci sono enzimi preposti alla rimozione dei superavvolgimenti chiamati topoisomerasi; questi enzimi possono essere il target di farmaci antineoplastici (cellule in attiva replicazione).
Tipologie di topoisomerasi
Esistono due tipi di topoisomerasi:
- il tipo I: produce rotture transitorie al singolo filamento di DNA mentre il tipo II produce rotture transitorie al doppio filamento; come risultato l’enzima tipo I rimuove superavvolgimenti da un filamento di DNA alla volta;
- il tipo II: rimuove i superavvolgimenti ad entrambi i filamenti insieme.
Sebbene la topoisomerasi II sia più efficiente nel rimuovere superavvolgimenti necessita di energia sotto forma di ATP, mentre la topoisomerasi I non ne richiede. Negli eucarioti sia la topo I che la topo II possono rimuovere superavvolgimenti positivi e negativi. Nei batteri la topo I può rimuovere solo superavvolgimenti negativi; la topo II batterica è chiamata anche girasi e ha due funzioni: rimuovere superavvolgimenti positivi durante la replicazione del DNA e introdurne di negativi cosicché la molecola di DNA possa essere impaccata nella cellula. Durante la replicazione i superavvolgimenti negativi sono rimossi dalla topo I.
Le topoisomerasi I tagliano il singolo filamento e non utilizzano ATP; ciò avviene perché nel sito catalitico dell’enzima è presente un residuo tirosinico. La DNA topoisomerasi si lega covalentemente ad un fosfato del DNA, rompendo il legame fosfodiestere, perciò le due estremità della doppia elica possono ruotare l’una rispetto all’altra rilasciando la tensione accumulata, l’energia del legame fosfodiestere è conservata nel legame fosfotirosinico rendendo reversibile la reazione, la riformazione spontanea del legame fosfodiestere rigenera sia l’elica di DNA che la topoisomerasi.
La topoisomerasi II si lega in un punto in cui sono presenti due doppie eliche di DNA intrecciate;
la DNA topoisomerasi II si lega covalentemente in modo reversibile ad entrambi i filamenti di DNA interrompendo una doppia elica e formando un cancello proteico, il cancello lascia passare la seconda elica di DNA, l’inversione del legame covalente della topoisomerasi ripristina la doppia elica intatta.
Importanza della topoisomerasi
Senza le topoisomerasi il DNA non può replicarsi, per questo sono stati usati inibitori delle topoisomerasi come droghe anti-cancro per fermare la proliferazione delle cellule maligne; purtroppo questi inibitori possono fermare anche la divisione di cellule normali; possono essere colpite alcune cellule (cellule dei capelli, midollo osseo) che necessitano di dividersi continuamente, ciò spiega effetti collaterali quali la perdita dei capelli o anemia.
