Il sistema di riparazione dei DSBs è il più complesso tra tutti quelli preposti alla riparazione del DNA, comprendendo un numero elevato di complessi proteici che esplicano le loro funzioni in una rete complicata di interazioni.Una rottura cromosomica a doppio filamento (DSB) può avvenire in seguito ad esposizione a radiazioni ionizzanti, a radicali liberi, a svariati composti chimici con proprietà genotossiche (87).Per permettere la saldatura di una rottura a doppio filamento le cellule umane dispongono di due sistemi, che intervengono alternativamente a seconda del momento del ciclo cellulare in cui avviene la rottura.Se la presenza di DSBs viene riscontrata durante la fase S o G2, quando è in corso una attiva sintesi replicativa del DNA, la riparazione delle lesioni avviene preferenzialmente mediante ricombinazione omologa (HR).Il cromatide fratello neosintetizzato o la seconda copia del cromosoma, che in questa fase del ciclo cellulare si trova fisicamente vicino a quello danneggiato, sono utilizzati per il corretto riallineamento delle sequenze interrotte dal DSB ed impiegati come "stampo" per la ricostruzione del tratto danneggiato (88).La via alternativa, denominata "Non Homologous End Joining" (NHEJ), è quella più frequentemente utilizzata nelle cellule di mammifero.Questo sistema non richiede la presenza di estese zone di omologia per esplicare la propria funzione ed è quindi la scelta d'elezione durante la fase G1 quando, non essendoci appaiamento degli omologhi, è più difficile reperire nella complessità del genoma interfasico la seconda copia della regione interessata dalla rottura.Il NHEJ è per sua natura più soggetto ad errori rispetto al precedente, poiché può inserire delezioni di pochi nucleotidi nel punto in cui i due terminali rotti vengono risaldati, ed è quindi causa di mutagenesi.Una delle prime proteine ad intervenire in presenza di un DSB è la protein-chinasi ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated protein), che ha la duplice funzione di attivare p53 mediante fosforilazione promuovendo così l'arresto in fase G1 e di fosforilare la proteina MRE11, attivando il complesso RAD50/MRE11/NBS1.Inoltre, insieme a ATR (Ataxia Telangiectasia Related protein) ed alla proteinchinasi DNA dipendente DNA-PK cs , ATM contribuisce alla fosforilazione dell'istone H2AX nel dominio adiacente a quello contenente il DSB, creando così l'assetto cromatinico necessario per il reclutamento dei successivi componenti del sistema. Quando è reperibile una seconda copia della regione cromosomica interessata dal DSB la via preferenzialmente seguita è quella della ricombinazione omologa.Il complesso RAD50/MRE11/NBS1 si assembla in corrispondenza della rottura e tramite la propria attività 5'-3' esonucleasica, rimuove un certo numero di nucleotidi al 5' del DSB esponendo un tratto a singolo filamento su ciascuna delle due estremità 3' del DSB.I terminali 3' a singolo filamento sono riconosciuti da RAD51, proteina con affinità per il DNA a singolo filamento, che si lega ad essi originando filamenti nucleoproteici. Di questa famiglia sono membri: RAD51 B/C/D, XRCC3, XRCC2, e RAD52 che insieme a RPA contribuisce all'assemblaggio del complesso (89).Questa struttura nucleoproteica non solo ha la funzione di proteggere il terminale 3' protrudente, ma grazie alla proprietà di promuovere lo "strand invasion" propria di RAD51, favorisce lo scambio tra il "single strand" e la corrispondente sequenza "double strand" sul cromosoma omologo o sul cromatide fratello.Sovente è il cromatide fratello ad essere utilizzato come stampo poiché è già mantenuto nel corretto allineamento grazie alla presenza di proteine di adesione tra cromatidi, dette "coesine", che facilitano il riconoscimento della sequenza omologa. Dopo lo "strand invasion" da parte del terminale 3' libero si ha resintesi dei terminali 5' utilizzando la sequenza omologa come stampo.La riparazione del DSBs mediante ricombinazione omologa è la via preferita tutte le volte che le condizioni lo permettono, è un processo molto conservativo in grado di ripristinare esattamente la corretta sequenza nucleotidica nel caso venga usato come stampo il cromatide fratello.Se viene invece utilizzato il cromosoma omologo, si crea inevitabilmente omozigosi per la regione coinvolta dalla riparazione ed è presente il rischio che siano smascherate mutazioni recessive.L'altro sistema di riparazione, NHEJ, consiste semplicemente nell'unione dei due terminali disgiunti. Le due estremità vengono riconosciute dal complesso KU70-KU80 che vi si lega ed ha la duplice funzione di protezione contro l'azione di nucleasi e di riavvicinare tra loro i due frammenti, che sono poi ricongiunti dall'azione di XRCC4-DNA ligasi 4 (90). Questo processo crea frequentemente mutazioni per inserzione o delezione di pochi nucleotidi (91).Figura 8. Sistema di riparazione di rotture cromosomiche