DNA: struttura, funzione, replicazione, mutazioni e applicazioni cliniche

L'acido desossiribonucleico (DNA) è il materiale ereditario in quasi tutti gli organismi. La sua struttura a doppia elica, elucidata nel 1953, codifica le istruzioni per costruire e regolare ogni proteina del corpo.

Architettura molecolare

• Nucleotidi: Desossiribosio + fosfato + base azotata (A, T, G, C).
• Accoppiamento basi: A↔T (2 legami H), G↔C (3 legami H) — regole di Chargaff.
• Fili antiparalleli: Direzionalità 5'→3'; sequenza complementare permette replicazione & trascrizione.
• Organizzazione cromatina: DNA + istoni → nucleosomi → fibra 30-nm → anse → cromosomi (46 in cellule somatiche umane).

Dogma centrale

DNA → (trascrizione) → pre-mRNA → (splicing) → mRNA maturo → (traduzione) → polipeptide → proteina funzionale.

• Codice genetico: 64 codoni → 20 aminoacidi + stop; degenere, universale (lievi variazioni mitocondriali).
• Regolazione: promotori, enhancer, silencer, fattori trascrizione, segni epigenetici (metilazione, modifiche istoni).

Replicazione del DNA

• Semi-conservativa (Meselson-Stahl): ogni duplice figlia mantiene un filamento parentale.
• Origine replicazione → elicasi svolge → primasi pone primer RNA → DNA pol δ/ε estendono → ligasi sigilla frammenti Okazaki (filamento ritardato).
• Proofreading (3'→5' esonucleasi) + mismatch repair → tasso errore ~10⁻⁹/base.

Mutazioni e riparazione

• Tipi: Sostituzione (missense, nonsense, silent), indel, CNV, traslocazione, espansione ripetizioni trinucleotidiche.
• Vie riparazione: BER, NER, MMR, HR, NHEJ, FA — difetti causano predisposizione cancro (es. BRCA1/2 → difetto HR).
• Somatiche vs germline: Somatiche = cancro/evoluzione; germline = malattie ereditarie.

Applicazioni cliniche

• Diagnostica: pannelli NGS, esoma/genoma sequencing, PCR, FISH, microarray.
• Farmacogenomica: CYP2C19, DPYD, TPMT, HLA-B*57:01 guidano dosaggio.
• Riproduttiva: Screening portatori, PGT-A/M/SR, NIPT (cfDNA).
• Oncologia: Profilazione tumore (MSI, TMB, mutazioni actionable), biopsia liquida (ctDNA).
• Forense: Profilazione STR (CODIS), pannelli SNP, genealogia genetica investigativa.
• Terapia genica: Vettori AAV, CRISPR-Cas9, base/prime editing (trial clinici).

Il DNA non è un "progetto" statico ma una molecola dinamica, regolata, riparabile — centrale per biologia, medicina, e identità.