Come un vecchio cavo telefonico attorcigliato, il DNA all’interno delle nostre cellule non è mai davvero fermo. Si avvolge, si tende, si rilassa e si riordina continuamente, con una precisione dinamica che gli consente di entrare nello spazio ristretto del nucleo cellulare e, allo stesso tempo, di restare funzionale ai processi vitali come trascrizione e duplicazione. Ma proprio questa sua natura “torsionata” può diventare un fattore decisivo quando entra in gioco una minaccia invisibile: la radiazione.

Un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica Physics in Medicine & Biology esplora infatti il DNA non solo come bersaglio biologico, ma come struttura meccanica attiva, capace di reagire in modo diverso agli urti radiativi a seconda della sua forma. A firmarlo sono Manuel Micheloni, Raffaello Potestio e Lorenzo Petrolli del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento e dell’INFN-TIFPA, già impegnati in precedenti ricerche sul tema.

L’idea centrale è tanto semplice quanto rivoluzionaria: il DNA non subisce passivamente il danno, ma lo “interpreta” attraverso la sua configurazione tridimensionale. Il modo in cui è super-avvolto può infatti determinare se una lesione si arresta o se si trasforma in una rottura irreversibile della doppia elica.

«Il nostro obiettivo è capire se e come la naturale torsione del DNA influenzi la sua stabilità quando viene sottoposto a radiazione», spiega Raffaello Potestio, principal investigator dello studio. «Il superavvolgimento accumula stress meccanico nella molecola e questo può favorire o ostacolare la frattura. In particolare, nelle regioni più piegate, come le estremità degli anelli strutturali, lo stress locale è più elevato e la probabilità di rottura aumenta sensibilmente».

Quando la radiazione colpisce il DNA e provoca un danno su entrambi i filamenti – le cosiddette rotture a doppio filamento – il destino della molecola dipende da un equilibrio sottile tra distanza delle lesioni e tensione interna. Se le rotture sono troppo vicine, la forza elastica del DNA super-avvolto contribuisce a “strappare” definitivamente la struttura. Se invece sono più distanziate, la doppia elica può ancora resistere.

Il lavoro si basa su sofisticate simulazioni computazionali che permettono di osservare ciò che avviene su scale nanometriche e in tempi estremamente brevi, impossibili da catturare sperimentalmente. «Abbiamo utilizzato un approccio di modellizzazione per analizzare alcuni aspetti ancora controversi emersi dalla letteratura», spiega Manuel Micheloni, primo autore dello studio. «La torsione del DNA può accelerare la separazione dei filamenti o, al contrario, contribuire alla stabilità, a seconda delle condizioni locali di stress meccanico».

Uno degli aspetti più interessanti riguarda la differenza tra superavvolgimento positivo e negativo. Le simulazioni mostrano infatti un comportamento asimmetrico: quando la torsione è eccessiva e stringe la molecola, il DNA diventa più fragile. Quando invece è leggermente rilassato, la struttura può risultare addirittura più stabile rispetto a una configurazione neutra.

«È come se la biologia avesse sviluppato una sorta di strategia difensiva», osserva Lorenzo Petrolli, coordinatore della ricerca. «Attraverso le simulazioni possiamo vedere fenomeni che avvengono in tempi e spazi inaccessibili agli strumenti sperimentali, come in un microscopio virtuale ad altissima risoluzione».

Le implicazioni dello studio vanno oltre la fisica teorica. Comprendere come la forma del DNA influenzi la sua vulnerabilità alle radiazioni potrebbe infatti avere ricadute importanti nella radioterapia oncologica, contribuendo a rendere i trattamenti più precisi ed efficaci, e a prevedere meglio la risposta delle cellule tumorali.

«Questo lavoro aggiunge un tassello alla comprensione dei meccanismi di danno e riparazione cellulare», conclude Potestio. «In futuro, conoscere quali configurazioni del DNA sono più fragili potrebbe aiutarci a modulare meglio l’efficacia delle terapie radianti contro il cancro».

Lo studio, intitolato “Dynamical insights on the role of supercoiling on DNA radiosensitivity”, è stato pubblicato in Open Access sulla rivista Physics in Medicine & Biology, segnando un nuovo passo nella comprensione della fisica nascosta dentro la vita.

Foto, Lorenzo Petrolli, Manuel Micheloni e Raffaello Potestio/© UniTrento