Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2455
Title: Relazione tra il background genetico e la risposta cellulare in seguito al danno primario al DNA
Other Titles: Relation between the genetic background and the cellular response after DNA primary damage
Authors: Ortenzi, Vincenza
Keywords: Danno al DNA;Risposta cellulare;Proteina ATM;Proteina p53;Istone γ-H2AX;DNA damage;Cellular response;ATM protein;p53 protein;γ-H2AX histone;BIO/18
Issue Date: 8-Mar-2011
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 23. ciclo
Abstract: 
Il danno indotto al DNA nucleare dalle radiazioni ionizzanti, così come da altri agenti
genotossici, come per esempio le rotture a doppio filamento (DSBs), influenza il manifestarsi
di vari tipi di risposta, tra cui, la riparazione, l’arresto del ciclo e la morte cellulare
programmata, che mantengono l’integrità del genoma. Ciascuno di questi eventi può
dipendere dalla fase del ciclo in cui si trova la cellula al momento dell’esposizione,
dall’ambiente, dalla consistenza del danno e dalla radiosensibilità dello specifico sistema
cellulare preso in esame. La risposta cellulare comprende un complicato “network” di eventi,
soprattutto quando è implicata in lesioni estremamente citotossiche, come le rotture a doppia
elica che possono condurre a veri e propri cambiamenti nei profili dell’espressione genica, e
anche nella sintesi, nella degradazione e nella localizzazione delle proteine.
Lo scopo di questa tesi di dottorato era quello di studiare la relazione tra il background
genetico e la risposta cellulare in seguito al danno primario al DNA. A tal fine, in questo
lavoro sperimentale sono stati utilizzati diversi sistemi cellulari di mammifero.
In particolare, la risposta cellulare dopo l’esposizione ai raggi X è stata analizzata in
linee cellulari linfoblastoidi di Ataxia Telangiectasia che differiscono per la mutazione nel
gene ATM, responsabile della sindrome. Difetti genetici che compromettono la risposta
cellulare al danno al DNA portano generalmente ad instabilità genomica, ipersensibilità a
specifici agenti danneggianti e predisposizione al cancro. Lo studio delle sindromi genetiche
che manifestano queste anomalie è il sistema utilizzato dal mondo scientifico per cercare di
comprendere i numerosi interrogativi che ancora circondano l’origine di queste malattie. In
questo contesto volevamo definire meglio il ruolo di alcune proteine implicate nella
riparazione del DNA, quali p53, modulandola con un suo inibitore, la pifitrina-a (PFT-a).
Il controllo della stabilità genomica è stato studiato anche in linee cellulari umane quali
i linfociti e i fibroblasti primari, dopo esposizione a radiazione ionizzante in diverse fasi del
ciclo cellulare. Tale studio si inserisce in un contesto più ampio in cui secondo vari studi
precedenti l’apoptosi elimina selettivamente le cellule che portano aberrazioni instabili
(dicentrici). I linfociti di sangue periferico costituiscono il sistema cellulare umano d’elezione
mentre i fibroblasti costituiscono una linea cellulare di interesse radiobiologico e clinico nel
momento in cui si considerano le implicazioni del danno genetico in ambito radioterapico
oltre che in quello della normale esposizione ambientale. I due sistemi cellulari sono
profondamente diversi dal punto di vista anatomico, istologico e funzionale e tali differenze si
riflettono anche nei rispettivi fenotipi neoplastici. Il sistema cellulare dei fibroblasti, da noi
scelto per tale lavoro, fornisce la possibilità di comparare i risultati ottenuti con quelli nel
sistema linfocitario.
Inoltre, linee cellulari di hamster Cinese sono state utilizzate per studi preliminari sulla
fosforilazione della variante istonica H2AX fosforilata (g-H2AX) indotta da parte di diversi
agenti sia chimici che fisici che differiscono per il tipo di danno indotto al DNA, allo scopo di
mettere in relazione il tipo di danno indotto dai diversi agenti, la sua segnalazione e la sua
conseguente riparazione con il fine di determinare il coinvolgimento dell’istone g-H2AX nelle
varie fasi che portano alla risoluzione del danno al DNA.
Dall’insieme dei dati possiamo concludere che la risposta cellulare si diversifica a
seconda del tipo cellulare, della fase del ciclo in cui avviene il danno al DNA, dell’agente
utilizzato per la sua induzione e della mutazione presente nel gene difettivo. Da questo studio
emerge quindi chiaramente l’importanza dello studio della risposta cellulare e di come questa
controlli la stabilità genomica. Tutto ciò ha una rilevanza non solo nella ricerca di base ma
anche nel campo delle potenziali terapie sia antitumorali, sia per le sindromi genetiche ad
instabilità genomica, quali l’Ataxia Telangiectasia.

Exposure to ionizing radiation and other genotoxic agents induces DNA damage (e.g.,
double strand breaks, DSBs). The cells can trigger DNA repair, cell cycle arrest and
programmed cell death to maintain genomic integrity. These events depend on the phase of
the cycle, the exposure, the environment, the extent of the damage and the radiosensitivity of
the particular cellular system under analysis. The cellular response involves a complex
"network" of events inducing mechanisms able to rejoin DNA DSBs, that can lead to changes
in gene expression profiles and tumorigenesis.
The purpose of this work is to study the relationship between genetic background and
the cellular response after primary DNA damage. In particular, we studied the cellular
response after X-rays exposure in Ataxia Telangiectasia (AT) lymphoblastoid cell lines that
differ for several mutations in the ATM gene. AT is a rare genetic neurodegenerative disease,
caused by the lack of functional ATM kinase. In this context, we focused on the role of some
proteins, such as p53, on repair of DNA damage, by means its inhibitor pifithrin-a (PFT-a).
The stability genomic control has also been studied in human cell lines such as
lymphocytes and primary fibroblasts, after exposure to ionizing radiation in different phases
of the cell cycle. Other studies described in literature suggest that apoptosis has a selective
role in the removal of cells bearing unstable chromosomal aberrations (dicentrics). The two
cellular systems are very different in terms of anatomical and histological functions, and these
differences are also reflected in their neoplastic phenotypes. The fibroblast cell system,
chosen for this work, allows to compare the results with those obtained in the lymphocytes.
In addition, preliminary studies on the induction of histone variant g-H2AX have been
led on Chinese hamster cell lines. In particular the analysis was focused on g-H2AX foci
induced by different chemical and physical agents in order to relate the type of DNA damage
caused by different agents and its subsequent repair and to determine the involvement of
histone H2AX at the various stages that lead to the resolution of DNA damage.
By the analysis of the collected data, we can conclude that the cellular response differs
depending on cell type, the phase of the cell cycle when DNA damage occurs, the agent used
for its induction and the several mutations in the defective gene. Therefore this study shows
the importance of studying the cellular response and how this response controls the genomic
stability. This has relevance not only in basic research but also in the field of potential anticancer
therapy or treatment for genetic syndromes with genomic instability, such as Ataxia
Telangiectasia.
Description: 
Dottorato di ricerca in Evoluzione biologica e biochimica
URI: http://hdl.handle.net/2067/2455
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