Un gruppo di ricercatori di IFOM ha identificato un secondo percorso con cui si forma il DNA circolare extracromosomico: frammenti di materiale genetico situati all'esterno dei cromosomi e noti per agire da acceleratori dei tumori. I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Molecular Cell che ha dedicato allo studio anche la cover, hanno dimostrato che anche danni al DNA a singolo filamento, molto più comuni di altre lesioni finora considerate, possono generare molecole di DNA circolare quando sono colpite le sequenze ripetute del genoma. La scoperta amplia significativamente la comprensione dei meccanismi alla base dell'instabilità genomica nei tumori e apre nuove prospettive per intercettarne l'evoluzione. Lo studio è stato sostenuto da Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro e da Concern Foundation for Cancer Research.

Milano, 21 maggio 2026 - Nei tumori più aggressivi alcune cellule cancerose riescono a modificare rapidamente il proprio genoma, diventando più eterogenee e resistenti alle terapie. Una delle ragioni di tali capacità è la comparsa di DNA circolare extracromosomico (ecDNA). Si tratta di piccoli o grandi frammenti di DNA di forma circolare che si staccano dai cromosomi: le strutture che normalmente contengono e organizzano il materiale genetico. Poiché l'ecDNA può contenere oncogeni, questi ultimi possono essere moltiplicati molte volte da queste strutture che non rispondono alla regolazione da parte dei tipici meccanismi di controllo cellulare. Anche per questo gli oncogeni contenuti nell'ecDNA sono oggi considerati uno dei principali motori dell'evoluzione tumorale.

Fino a oggi si riteneva che il DNA circolare si formasse principalmente a partire da rotture a doppio filamento del DNA: il tipo di lesione più grave per le molecole di materiale genetico , in cui entrambi i filamenti della doppia elica vengono recisi simultaneamente. I risultati dello studio guidato da Ylli Doksani, all'IFOM di Milano, e recentemente pubblicati sulla rivista Molecular Cell che ha dedicato anche la cover, hanno mostrato che esiste un secondo meccanismo, complementare al primo, in grado di produrre anch'esso ecDNA.

Danni a singolo filamento, molto più frequenti e subdoli di altri tipi di lesioni genetiche, possono innescare la formazione di ecDNA quando vengono colpite sequenze ripetute del genoma. Queste ultime sono regioni del DNA in cui una stessa breve sequenza si ripete anche migliaia di volte e che costituiscono circa la metà del genoma umano.

"Sapevamo già che i danni ai telomeri, le strutture protettive alle estremità dei cromosomi, potevano portare alla formazione di piccoli circoletti di DNA attraverso strutture che abbiamo battezzato 'i-loop': anse interne che si formano nelle sequenze ripetute danneggiate e vengono poi escisse come DNA circolare", spiega Ylli Doksani, responsabile del laboratorio Replication Stress Response all'IFOM. "La scoperta nuova è che questo meccanismo non è limitato ai telomeri: opera in molte altre regioni ripetute del genoma e potrebbe contribuire anche alla formazione degli ecDNA di grandi dimensioni che si accumulano nei tumori."

Ylli Doksani e Elia Zanella

"Il punto di svolta è arrivato quando abbiamo osservato che queste strutture i-loop si formavano con efficienza molto maggiore a partire da danni a singolo filamento che da rotture a doppio filamento, e che lo stesso principio poteva operare in regioni ripetute distribuite nell'intero genoma", spiega Elia Zanella, primo autore dell'articolo, che ha avuto un ruolo centrale nella parte sperimentale del progetto. Analizzando sequenze di DNA di campioni tumorali umani, i ricercatori hanno identificato segni compatibili con questo meccanismo, suggerendo una rilevanza diretta per la biologia dei tumori.

"I danni a singolo filamento sono enormemente più frequenti di quelli a doppio filamento", sottolinea Doksani. "Per la loro natura più comune e più difficile da rilevare, potrebbero contribuire all'instabilità genomica in modo più pervasivo di quanto si pensasse. Questo cambia il modo in cui dobbiamo guardare alla formazione dell'ecDNA nei tumori."

Lo studio è il frutto di un approccio multidisciplinare in cui sono state integrate la biologia molecolare con la microscopia elettronica e la genomica. Michele Giannattasio, responsabile dell'unita tecnologica di microscopia elettronica a singole molecole, ha contribuito alla visualizzazione delle strutture i-loop. Sara Bisi e Francesco Nicassio, del Center for Genomic Science dell'IIT, hanno contribuito allo studio con la loro expertise in analisi "genome-wide" attraverso Nanopore sequencing, una tecnologia di sequenziamento del DNA di nuova generazione che consente di leggere lunghi tratti del genoma in modo continuo.

"Proprio questa miscela di competenze ha reso possibile il passaggio da un'osservazione locale a una proposta generale sul ruolo delle sequenze ripetute nella formazione di ecDNA", conclude Doksani. "Il prossimo obiettivo è identificare le proteine e le condizioni biologiche che regolano questo meccanismo, per capire in quali tipi di tumore il suo ruolo sia più rilevante e, in prospettiva, individuare nuovi punti di intervento terapeutico."

Lo studio è stato reso possibile grazie al sostegno di Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro e di Concern Foundation for Cancer Research.

Parole chiave

DNA extracromosomico (ecDNA): frammenti di DNA a forma circolare che si formano al di fuori dei cromosomi. Nei tumori possono contenere oncogeni, ossia geni che promuovono la crescita cellulare, che possono così essere amplificati e diventare più difficili da colpire con le attuali terapie.

Sequenze ripetute: regioni del genoma in cui una breve sequenza di DNA si ripete molte volte in tandem. Costituiscono circa la metà del genoma umano e includono i telomeri, i centromeri e altri elementi ripetitivi.

Danno a singolo o a doppio filamento: il DNA è composto da due molecole sotto forma di filamenti intrecciati. Una rottura a doppio filamento recide entrambe le molecole contemporaneamente — è il danno più grave ed è già noto come punto di partenza per la formazione di ecDNA. Il danno a singolo filamento colpisce invece uno solo dei due filamenti ed è molto più frequente. I risultati di questo studio hanno mostrato che, nelle sequenze ripetute, ciò può essere sufficiente a generare ecDNA.

i-loop: struttura ad ansa che si forma all'interno di sequenze ripetute danneggiate. Quando viene escissa, dà origine a un cerchio di DNA extracromosomico. Il nome è stato coniato dal gruppo di ricerca guidato da Doksani in uno studio precedente sulle sequenze telomeriche.

Telomeri: sequenze ripetute poste alle estremità dei cromosomi, con funzione protettiva. Il loro accorciamento progressivo rappresenta una barriera alla trasformazione tumorale, ma è associato alla senescenza cellulare e all'invecchiamento.

Zanella E, Giannattasio M, Bisi S, Nicassio F, Doksani Y.
Damage-induced i-loops generate eccDNA from repetitive elements.
Mol Cell. 2026 Apr 30:S1097-2765(26)00237-6. doi: 10.1016/j.molcel.2026.04.003. Epub ahead of print. PMID: 42066753.