Un composto a base di basilico e finocchio potrebbe causare pericolosi danni al DNA nelle persone vulnerabili.

Il metileugenolo è un componente degli oli essenziali e si trova nel basilico, nel dragoncello, nella noce moscata e nel finocchio. Se ingerito attraverso il cibo, può essere convertito nel fegato in una forma reattiva che induce alterazioni chimiche nel DNA. “Questi cosiddetti addotti del DNA derivati ​​dal metileugenolo sono già stati rilevati nel tessuto epatico umano”, spiega il professor Jörg Fahrer della Divisione di Chimica Alimentare e Tossicologia dell’Università RPTU di Kaiserslautern-Landau. Nonostante il noto potenziale effetto cancerogeno, finora non era chiaro se e come questo tipo di danno venisse riparato nelle cellule umane.

Per affrontare questa questione, il team di Fahrer ha studiato diversi modelli di cellule umane in cui i principali meccanismi di riparazione del DNA erano stati disattivati ​​selettivamente. Inoltre, sono stati impiegati metodi biochimici, di biologia cellulare, microscopici e bioanalitici. Anche i ricercatori della Divisione di Tossicologia Nutrizionale dell’Università di Jena e del Dipartimento di Genetica Molecolare dell’Erasmus University Medical Center di Rotterdam hanno partecipato attivamente allo studio condotto dalla RPTU. L’articolo è stato pubblicato sulla rivista Cell Death & Disease .

I ricercatori sono riusciti a dimostrare che il danno al DNA causato dal metileugenolo blocca la trascrizione. Si tratta di un processo fondamentale in cui l’informazione genetica viene trascritta dal DNA in RNA messaggero, una fase essenziale per la produzione di proteine ​​nella cellula. Questo processo è svolto da un enzima chiamato RNA polimerasi II.

“Abbiamo visualizzato l’incorporazione di nuovi elementi costitutivi di RNA, marcati con fluorescenza e sintetizzati di recente, utilizzando la microscopia ad alta risoluzione. Questo ci ha permesso di osservare che gli addotti del DNA derivati ​​dal metileugenolo portano a una diminuzione dell’RNA di nuova sintesi”, spiega Caroline Quarz, dottoranda nel gruppo di Fahrer e prima autrice dello studio. È stata supportata da Riccarda Walter e Lydia Hens, che hanno completato le loro tesi di laurea magistrale su questo argomento e ora stanno svolgendo anche loro un dottorato di ricerca nel gruppo presso il Dipartimento di Chimica.

La “macchina per la lettura del DNA” è bloccata: si attiva il meccanismo di riparazione.

Il team di ricerca ha dimostrato che il blocco della RNA polimerasi II da parte degli addotti del DNA derivati ​​dal metileugenolo attiva la riparazione per escissione nucleotidica accoppiata alla trascrizione (TC-NER). In termini semplificati, ciò significa che il danno causato dal metileugenolo interrompe la funzione di un’importante “macchina di lettura del DNA” nella cellula, e questo, a sua volta, innesca un meccanismo di riparazione.

Ciò è stato dimostrato disattivando i geni della sindrome di Cockayne A (CSA) e B (CSB), che svolgono un ruolo essenziale nel TC-NER. Spiegando il contesto, Fahrer afferma: “La sindrome di Cockayne è una rara malattia genetica umana causata dalla perdita di questi geni. Gli individui affetti soffrono di invecchiamento precoce, degenerazione del sistema nervoso e disfunzione di organi interni come il fegato.”

In effetti, le cellule prive di CSA o CSB si sono dimostrate altamente sensibili al danno al DNA indotto dal metileugenolo. Ciò si è riflesso, da un lato, in una maggiore instabilità genomica, come dimostrato dalla presenza dei cosiddetti micronuclei, strutture al di fuori del nucleo cellulare contenenti materiale genetico derivante da danni cromosomici. Dall’altro lato, alti livelli di addotti del DNA indotti dal metileugenolo hanno innescato la morte cellulare programmata, nota come apoptosi.

Infine, il team ha dimostrato che gli addotti del DNA indotti dal metileugenolo non vengono riparati in tutto il genoma, ma persistono in una certa misura nel DNA. “In futuro, puntiamo a comprendere meglio come viene tollerato il danno nelle regioni non trascritte del DNA e in che misura contribuisce ad alterazioni genetiche permanenti”, afferma il professor Fahrer, delineando le future direzioni di ricerca.

Rilevante non solo per i pazienti affetti da sindrome di Cockayne (CS)

I nuovi risultati sono di grande importanza per gli individui con un meccanismo di riparazione del DNA per escissione di nucleotidi (TC-NER) alterato o difettoso, come i pazienti affetti da sindrome di Cockayne (CS). In questi individui, il consumo regolare di erbe contenenti metileugenolo, come il basilico, potrebbe portare a un significativo accumulo di danni al DNA e, di conseguenza, a disfunzioni epatiche.

Inoltre, composti strutturalmente correlati come l’estragolo, presenti negli alimenti e nei prodotti medicinali a base di erbe, causano danni genetici simili e possono ulteriormente aumentare la tossicità epatica nei soggetti sensibili.

La ricerca su questi aspetti è tuttora in corso nel gruppo di Fahrer. L’obiettivo principale è quello di chiarire i meccanismi di tossicità sottostanti per garantire la sicurezza dei prodotti alimentari e dei farmaci.

Il metileugenolo (ME) è un fenilpropene epatotossico presente naturalmente in diverse erbe e spezie. In seguito all’esposizione alimentare, il ME subisce un’attivazione metabolica nel fegato, con conseguente formazione di addotti del DNA e danni epatici. Sebbene il ME sia sospettato di essere cancerogeno per il fegato umano, non è ancora noto quale via di riparazione del DNA rimuova gli addotti del DNA indotti dal ME. In questo studio, abbiamo analizzato la rilevanza della riparazione per escissione di nucleotidi (NER) utilizzando diversi modelli cellulari geneticamente modificati. I nostri dati mostrano un ruolo cruciale per la NER accoppiata alla trascrizione (TC-NER) piuttosto che per la NER del genoma globale (GG-NER), rivelando che il danno al DNA indotto dal ME innesca uno stress trascrizionale dannoso. A livello meccanicistico, gli addotti del DNA derivati ​​dal ME bloccano la RNA polimerasi II (RNAPII), con conseguente rilascio della cromatina ed esportazione citoplasmatica della sua subunità attiva RPB1, seguita dalla degradazione proteasomica per consentire la riparazione e il recupero della trascrizione. Il blocco della RNA polimerasi II da parte delle lesioni del DNA indotte da ME promuove l’immobilizzazione di CSB e il reclutamento di CSA e UVSSA. Il percorso canonico TC-NER, una volta attivato, rimuove le lesioni del DNA indotte da ME, preserva l’integrità del genoma e promuove la sopravvivenza cellulare. Ad alti livelli di addotti del DNA o in cellule con TC-NER deficitario, lo stress trascrizionale persistente provoca instabilità genomica, induce la morte cellulare apoptotica e riduce drasticamente la sopravvivenza cellulare a lungo termine. Al contrario, le cellule con GG-NER compromesso non sono sensibilizzate alla citotossicità innescata da ME. Nel complesso, il percorso canonico TC-NER è cruciale per la riparazione degli addotti del DNA indotti da ME e probabilmente anche da fenilpropeni strutturalmente correlati. Questi risultati sono particolarmente importanti per i pazienti affetti da sindrome di Cockayne con TC-NER difettoso.

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