Il sensore di danno al DNA ATM-CHK2 potenzia le difese antiossidanti attivando Nrf2

Lo stress ossidativo è un fattore centrale dell'invecchiamento e delle malattie correlate all'età; le cellule si affidano al fattore di trascrizione Nrf2 per coordinare l'espressione dei geni antiossidanti. Sebbene da tempo sia noto che Nrf2 è regolato dall'adattatore dell'E3 ligasi Keap1, gli eventi di segnalazione a monte che traducono i segnali ROS in attivazione di Nrf2 sono rimasti poco compresi. Questo studio identifica una via diretta e precedentemente sconosciuta: i ROS attivano la chinasi CHK2 della risposta al danno del DNA (DDR), che a sua volta stabilizza e attiva Nrf2.

I ricercatori hanno impiegato una combinazione di saggi cellulari, analisi biochimiche, mappatura fosfoproteomica, co-immunoprecipitazione e modelli murini in vivo per dissezionare il meccanismo. Hanno dimostrato che i ROS generati dal perossido di idrogeno o dall'agente ossidante modello tert-butil idroperossido attivano ATM, che fosforila e attiva CHK2. CHK2 attiva agisce quindi attraverso due vie complementari per potenziare la funzione di Nrf2.

Nella prima via, CHK2 fosforila la proteina adattatrice dell'autofagia p62 (SQSTM1) in serina-349. Questo evento di fosforilazione aumenta notevolmente l'affinità di p62 per Keap1, sequestrando efficacemente Keap1 lontano da Nrf2. Poiché Keap1 normalmente collega Nrf2 al complesso E3 ubiquitina ligasi basato su Cullin3 per la degradazione proteasomale, l'interruzione dell'interazione Keap1-Nrf2 consente l'accumulo della proteina Nrf2. Nella seconda via, CHK2 fosforila direttamente Nrf2 stesso in serina-566 e serina-577, modificazioni che ne potenziano l'attività trascrizionale indipendentemente dalla stabilizzazione proteica.

La validazione in vivo ha utilizzato topi Chk2−/− sottoposti a danno da ischemia/riperfusione (I/R) renale, un modello consolidato di danno d'organo ROS-dipendente. Rispetto ai topi wild-type, i topi privi di Chk2 hanno mostrato un'espressione marcatamente compromessa dei geni bersaglio di Nrf2 (tra cui HO-1, NQO1 e GCLM), marcatori elevati di danno ossidativo e un danno renale istologico più grave. Questi risultati confermano che l'asse CHK2-Nrf2 è fisiologicamente necessario per la protezione dei tessuti contro lo stress ossidativo.

Questo studio riconfigura la DDR non solo come guardiana del genoma, ma come un sistema di rilevamento dello stress più ampio che mobilizza attivamente le difese antiossidanti. L'asse ATM-CHK2-Nrf2 fornisce una spiegazione meccanicistica del motivo per cui le risposte al danno del DNA e allo stress ossidativo sono così frequentemente co-attivate, e suggerisce che l'attività delle chinasi della DDR faccia parte del normale programma antiossidante cellulare. Questi risultati hanno implicazioni per la biologia dell'invecchiamento, il danno da ischemia-riperfusione, il cancro e qualsiasi contesto in cui stress ossidativo e integrità del genoma si intersecano.