Το γενετικό υλικό των βιολογικών οργανισμών και του ανθρώπου εκτίθεται συνεχώς σε σωρεία χημικών, φυσικών και βιολογικών τοξικών παραγόντων, οι οποίοι προσβάλλουν την εύθραυστη βιοχημική δομή του DNA, αποδιοργανώνοντας έτσι ζωτικές λειτουργίες του κυττάρου. Τα κύτταρα, προκειμένου να αποκαταστήσουν τις βλάβες του DNA, ενεργοποιούν πρωτεΐνες που εξειδικεύονται στην επιδιόρθωση των γενετικών βλαβών. Στα θηλαστικά ζώα, ένας από τους πιο διαδεδομένους επιδιορθωτικούς μηχανισμούς αφορά το μηχανισμό εκτομής νουκλεοτιδίων (Nucleotide Excision Repair-NER). Η σπουδαιότητα των επιδιορθωτικών μηχανισμών του κυτταρικού DNA για τους ανθρώπους αποδεικνύεται από μια σειρά σπάνιων συνδρόμων που προκαλούνται από εγγενείς μεταλλαγές των πρωτεΐνών. Πολλοί ασθενείς με τέτοια γενετικά σύνδρομα γερνούν πρόωρα, ενώ άλλοι εμφανίζουν δραματική αύξηση της συχνότητας εμφάνισης διαφόρων μορφών καρκίνου. Μέχρι σήμερα, εξαιτίας του ρόλου του NER και άλλων μηχανισμών στην επιδιόρθωση των βλαβών του DNA, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι τα σύνδρομα που προκύπτουν από τις μεταλλάξεις του NER οφείλονται αποκλειστικά στη σταδιακή συσσώρευση βλαβών στο DNA των κυττάρων, οι οποίες δεν επιδιορθώνονται.

Ο Tomas Lindahl (γεννήθηκε το 1938, στη Στοκχόλμη, της Σουηδίας, το διδακτορικό του το εκπόνησε στο Karolinska Institute), είναι ερευνητής στο Francis Crick Institute (Λονδίνο) και Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, UK). Oι έρευνες του εδώ και αρκετές δεκαετίες έδειξαν ότι το DNA των κυττάρων των ζωντανών οργανισμών αποσυντίθεται και υπόκειται σε βλάβες με ρυθμό που θα καθιστούσε την ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη Γη αδύνατη. Η διαπίστωση αυτή τον οδήγησε να ανακαλύψει τον μοριακό μηχανισμό , που αποκαλείται επιδιόρθωση με εκτομή βάσεων, ο οποίος σε μόνιμη βάση επιδιορθώνει και διατηρεί την αρχική βιολογική δομή του DNA.

Ο καθηγητής Paul Modrich (γεννήθηκε το 1946, Raton, New Mexico, ΗΠΑ, Howard Hughes Medical Institute και Duke University School of Medicine, Durham, NC, ΗΠΑ) με τις έρευνές του έδειξε πως τα κύτταρα επιδιορθώνουν τα λάθη που συμβαίνουν στην αλυσίδα του DNA όταν αναδιπλασιάζεται κατά την κυτταρική διαίρεση. Ο μηχανισμός επιδιόρθωσης αταίριαστων βάσεων (mismatch repair) μειώνει τη συχνότητα λαθών κατά τον αναδιπλασιασμό του DNA κατά χίλιες φορές. Είναι γνωστές στους επιστήμονες οι γενετικές βλάβες από αταίριαστες βάσεις και οφείλονται σε κληρονομικές περιπτώσεις, όπως στην περίπτωση του καρκίνου του παχέος εντέρου. .

Ο Aziz Sancar (γεννήθηκε το 1946 στο Savur, Mardin, Τουρκία, MD Instanbul, 1969, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, USA) Sarah Graham Kenan Καθηγητής Βιοχημεία και Βιοφυσικής . Οι έρευνες του A. Sancar χαρτογράφησαν τους επιδιορθωτικούς μηχανισμούς νουκλεοτιδίων με εκτομή, ιδιαίτερα τους μηχανισμούς που προκαλούνται στα κύτταρα μετά από βλάβες κατά την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας (UV). Είναι γνωστό από έρευνες ότι άνθρωποι που έχουν γεννηθεί με βλάβες στο επιδιορθωτικό σύστημα του DNA θα αναπτύξουν καρκίνο του δέρματος, εάν εκτεθούν για μεγάλο διάστημα στην ηλιακή ακτινοβολία. Επίσης, ανακαλύφθηκε ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν τον επιδιορθωτικό μηχανισμό εκτομής νουκλεοτιδίων για να διορθώσουν τις βλάβες που προκαλούν οι μεταλλαξιγόνες (mutagens) ουσίες.

Οι έρευνες για τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA θεωρούνται ως σημαντικές ανακαλύψεις για τους μηχανισμούς λειτουργίας των βιολογικών συστημάτων. Η κατανόηση των μηχανισμών αυτών θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν βασικές βιολογικές λειτουργίες και μελλοντικά μπορούν να χρησιμεύσουν για τη θεραπεία των κακοήθων νεοπλασμάτων και άλλων ασθενειών στον άνθρωπο.

 

Επιμέλεια κειμένου: Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2015