MGMT elimina il gruppo alchilico dalla O6-Alchilguanina dando origine ad un prodotto più corto e meno metilato nel DNA: la O4-Alchiltimina. Sebbene il gruppo metile sia il substrato preferito, MGMT è anche in grado di rimuovere gruppi più complessi e di più grosse dimensioni come i gruppi etil-, propil-, butil Tuttavia studi più recenti hanno smentito l'interazione di MGMT con ER. Questa sua funzionalità rimane, tuttavia, ancora discutibile (Verbeek et al, 2008).La maggior parte degli agenti alchilanti, inclusi quelli usati a scopo terapeutico, utilizzano i pathways di MGMT. Molti agenti alchilanti inducono morte cellulare mediante la formazione di addotti di O 6 -alkilguanine e, ad una frequenza più bassa, di O 4alkylthymine (Gerson, 2004). A dispetto del meccanismo di riparo del DNA BER (Base Excission Repair) coinvolto nel riparo di addotti di N 7-metilguanina e N 3-metiladenina, il meccanismo di MGMT ripara addotti sia in posizione O 6 che O 4 (Gerson, 2004;Helleday et al., 2008), dove i primi sono formati dall'azione di agenti alchilanti. Gli agenti metilanti esogeni sono metilnitrosurea (MNU) e 4-(metilnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK), una sostanza trovata nel tabacco; tra gli agenti metilanti endogeni invece si riconosce solo la S-adenosilmetionina. I prodotti degli agenti etilanti esogeni sono quelli riconosciuti da MGMT. Questi includono etilnitrosurea, dietilnitrosamina e composti derivati (Gerson, 2004;Sabharwal & Middleton, 2006;Pegg et al., 2007;Helleday et al., 2008;Pieper, 1997). MGMT può anche riparare addotti di O 6 -cloroetilguanina formati da agenti chemioterapici come bis-(2-cloretil)-nitrosurea (BCNU), usato nel trattamento dei gliomi, temozolomide, streptozocina, procarbazina e dacarbazina, usati in maniera differente nel trattamento di gliomi, melanomi, carcinoidi e linfoma di Hodgkin (Gerson, 2004;Sabharwal & Middleton, 2006;Kaina et al., 2007;Liu & Gerson, 2006;Pieper, 1997).MGMT interagisce con diversi meccanismi di riparo del DNA di una cellula in seguito all'azione degli stessi agenti alchilanti.MGMT non è il solo un meccanismo di riparo che agisce sugli addotti di DNA formando agenti alchilanti. Altri meccanismi includono NER, BER e il prima menzionato MMR . NER è un pathway multi enzimatico che ripara i danni del DNA con addotti di grossi dimensioni. È un metodo trascrizionale che coinvolge il riconoscimento e la riparazione del DNA danneggiato, e la sintesi seguente di nuovo DNA. Come NER, BER è un pathway multi enzimatico che ripara singole basi di DNA danneggiato attraverso il riconoscimento, la rimozione e la sintesi di singole basi. Gli enzimi chiave di questo processo sono la DNA polimerasi β (pol β) e la DNA glicosidasi (Gerson, 2004;Helleday et al., 2008;Hakem et al., 2008;Wilson et al., 1998). NER è migliore nel riparare lesioni di geni della trascrizione rispetto ad MGMT. Addotti di più grandi dimensioni, come O 6chloroethylguanine che può essere formato dall'esposizione di DNA a BCNU (Engelbergs, 2000), risulta dal riarrangiamento intramolecolare di DNA per formare il legame crociato N 1-guanina N 3-citosina (Gerson, 2004;Pieper, 1997). MGMT è in grado di riparare la lesione prima che il crosslink si sia formato, grazie alla rimozione del gruppo di cloroetile. Comunque, nei casi in cui un legame crociato all'interno del singolo filamento si sia formato durante la fase S, si formano punti di rottura nel doppio filamento di DNA, producendo siti nei quali questi legami crociati bloccano il processo di riparazione. Se queste rotture nel doppio filamento non sono riparate, segue il processo di apoptosi (Gerson, 2004;Kaina et al., 2007). Sia NER che BER sono capaci di riparare il DNA. NER è in grado di rimuovere da 25 a 30 nucleotidi, inclusi i nucleotidi che contengono punti di rottura del doppio filamento. BER è in grado di riparare singole basi o brevi frammenti contenenti DNA danneggiato. Quindi, sia BER sia NER possono riparare lesioni tossiche del DNA (Helleday et al., 2008;Pieper, 1997).BER, come detto in precedenza, è di grande importanza nella riparazione delle lesioni indotte da diversi agenti alchilanti. Le lesioni N-metilate riparate includono N 7methylguanine, N 3-methyladenine e N 3-methylguanine (Gerson, 2004;Engelbergs et al., 2000). Può succedere che parti di proteine intermedie del pathway di BER possiedano effetti citotossici e mutageni; quindi, dovuto alla sua avanzata funzione protettiva legata agli agenti alchilanti, danni di questo tipo sono di minore importanza.Come menzionato precedentemente, le DNA glicolasi sono importanti per la funzione di BER così come quella di pol β. Infatti, è risaputo che le cavie murine con difetto in pol β sono ipersensibili agli agenti alchilanti (Wilson et al., 1998). Un'altra importante proteina, la poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP-1), è coinvolta nella riparazione delle rotture di singoli filamenti di DNA. I topi che mostrano una deficienza in PARP-1 sono ipersensibili a MNU; ciò suggerisce che una deficienza di PARP-1 possa dare una miglior risposta alla terapia con MNU (Sabharwal et al., 2006). Studi recenti hanno dimostrato che BER gioca un ruolo importante nel proteggere le cellule perenni da danni del DNA (Wilson et al., 1998).Un esempio è quello del meccanismo di riparo Mis Match Repair (MMR), responsabile del riparo coppie di basi spaiate nel DNA (Helleday et al., 2008;Casorelli et al., 2008). Per quanto detto è stato ipotizzato che l'azione terapeutica degli agenti alchilanti possa essere più efficace in un ambiente deficitario di MGMT. Nel dettaglio la formazione indotta chimicamente di O 6 -MG, porta alla formazione di un disappaiamento tra questo e la timina, in seguito alla preferenza della guanina non metilata con la citosina. Tale ingombro stechiometrico induce l'attivazione del meccanismo di MMR, che prova a ripararlo. Facendo così, quindi, ripara il mismatch O 6 -MG:T con un altro residuo di timina, il risultato è quello chiamato "the futile cycle". In assenza di MGMT, il meccanismo MMR continua a riparare O 6 -MG:T con altre molecole di timina, senza 29 successo con conseguente rottura della doppia elica che porta all'attivazione della morte cellulare programmata (apoptosi) (Gerson, 2004;Sabharwal et al., 2006;Kaina et al., 2007;Liu & Gerson, 2006;Soejima et al., 2005, Pieper, 1997Casorelli et al., 2008).La perdita dell'espressione di MGMT è stata riportata in molti tumori, inclusi i gliomi, i linfomi, il cancro della mammella e della prostata, così come il retinoblastoma (Pegg et al., 2007;Bugni et al., 2007;Sharma et al., 2009). Questo silenziamento si pensa essere dovuto alla metilazione del promotore, un processo anche osservato in vitro. Dopo la metilazione del promotore, i fattori trascrizionali non possono legare ed iniziare la replicazione del gene (Tano et al., 1990;Day et al., 1980). Siccome MGMT protegge contro gli addotti del DNA, è plausibile che la perdita di MGMT sia un meccanismo tumorigenico (Soejima et al., 2005;Pieper, 1997). Sebbene non ci sia un chiaro ordine cronologico nella metilazione dei geni nella carcinogenesi, e nemmeno una relazione tra silenziamento del promotore di MGMT e silenziamento di altri geni, la mancata espressione di MGMT è stata collegata a mutazioni in altri geni quali: p53 nei LCNEC e tumori astrocitici (Gerson, 2004;Sabharwal & Middleton, 2006); k-ras nei cancri gastrici e colon retto; CDKN1A (p21) e CDKN2A (p16) (Soejima et al., 2005). Alterazioni a carico di questi geni, così come la perdita di MGMT, sono dei markers che mostrano una prognosi sfavorevole nei tumori del polmone, delle vie epatobiliari, dello stomaco e della mammella. Viceversa, la perdita di MGMT in altri tipi di tumore è predittivo di risposta al trattamento con agenti alchilanti, incoraggiando terapie con agenti inibenti MGMT, come O 6 -benzylguanine (O 6 -BG) e Lomeguatrib (Sharma et al., 2009).