L’ EPIGENETICA
A cura di Amelia MEOLA
A.A 2015-2016
L’Epigenetica, dal greco “al di sopra della genetica”, è la scienza che
studia le mutazioni ereditarie nel fenotipo o nell’espressione dei geni causata
da meccanismi diversi dalle mutazioni delle corrispondenti sequenze di DNA.
Mentre la costituzione genetica di un organismo è il genotipo, le
caratteristiche visibili di un organismo, determinate dal genotipo in
associazione con l’ambiente, sono definite fenotipo. Il merito per aver coniato,
nel 1942, questo termine, viene attribuito al biologo e paleontologo inglese
Waddington (1905-1975) che ha appunto definito l’epigenetica come la branca
della biologia che studia “le interazioni casuali fra i geni e il loro prodotto e
pone in essere il fenotipo”. Già alla metà del XIX° secolo si trovano tracce
dell’epigenetica in letteratura, sebbene le sue origini concettuali risalgono ad
Aristotele (384-322 a.C.), il quale credeva nell’epigenesi, ossia nello sviluppo
di forme organiche individuali a partire dal non formato. Questa visione
controversa è stata la prima argomentazione ad opporsi al concetto che l’essere
umano si sviluppi da minuscoli corpi completamente formati.
Le basi molecolari dell’epigenetica sono complesse. Si tratta di
modifiche sull’attivazione di certi geni, ma non sulla loro struttura di base del
DNA. Come afferma lo studioso Bryan Turner, il DNA non è altro che un
nastro su cui sono registrate le informazioni, inutile senza un apparecchio che
consenta di leggerlo. L’epigenetica è il “lettore di nastri”. Anche la definizione
data dallo scienziato Denise Barlow, cioè che l’epigenetica consiste in tutte
quelle cose occulte e meravigliose che la genetica non è in grado di spiegare,
ci fa capire l’importanza di questa nuova scienza che permette interpretazioni
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diverse di un modello fisso come il “codice genetico” e può dare luogo a diverse
letture a seconda delle condizioni variabili con cui il modello viene interrogato.
Anche il famoso biologo statunitense Bruce Lipton, dopo i suoi studi,
trae la conclusione che possiamo cambiare questa lettura del DNA in base al
modo in cui vediamo la vita e che le convinzioni inconsce esercitano un qualche
controllo sulla genetica. Per avvalorare tutto ciò, lo studioso ama citare gli
effetti placebo e nocebo che portano, rispettivamente, a guarigione o malattia,
senza ulteriori interventi.
Queste argomentazioni sono assolutamente interessanti e sicuramente si
può affermare che lo stato di salute di una persona viene influenzato da
molteplici fattori come la predisposizione mentale e le proprie convinzioni.
Anche l’alimentazione, cioè ciò che mangiamo, è ormai certo, influenza
la manifestazione del nostro genoma, andando ad “accendere” o “spegnere” i
geni, determinando una variabilità di risposte possibili.
L’epigenetica infatti, ci descrive le modifiche che regolano in modo
diretto lo stato funzionale dei geni, permettendone un’espressione differente da
individuo a individuo. Ad esempio, gli istoni sono proteine su cui si ripiega il
DNA, responsabili della formazione della cromatina; la loro acetilazione
migliora la loro capacità trascrizionale mentre la metilazione di alcune
specifiche regioni del DNA la riduce.
Un esempio di quanto possa influire il modo di alimentarsi sulla
manifestazione genetica è quello che ci danno le api. Allo stato larvale, l’ape
regina possiede lo stesso corredo genetico e fenotipico delle api operaie; l’unica
differenza con queste ultime è che le larve destinate a procreare vengono nutrite
esclusivamente con pappa reale e questo è l’evento che fa accendere il gene
della fertilità.
Un altro esempio nel mondo animale è quello del colore del mantello
dei topi Agouti.
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Le loro caratteristiche somatiche e metaboliche possono variare in relazione
all’alimentazione materna durante la gravidanza.
A livello umano, l’epigenetica si è avvalsa spesso dello studio di gemelli
omozigoti con corredo genetico uguale, che presentavano aspetti fenotipici
differenti. Un effetto molto importante di modulazione epigenetica è lo
sviluppo di difetti del tubo neurale (spina bifida, anencefalia) per insufficiente
assorbimento di acido folico (contenuto in quantità nelle verdure a foglia) in
fase di sviluppo fetale.
Diverse sostanze alimentari possono portare a cambiamenti epigenetici
anche nella vita adulta. Ad esempio i broccoli e le crucifere in generale,
contengono isotiocianati che possono aumentare l’acetilazione degli istoni; la
genisteina, un isoflavone della soia, si ritiene possa diminuire la metilazione
del DNA; un polifenolo contenuto nel tè verde, l’epigallocatechina-3 gallato,
invece, inibisce la metilazione del DNA; la curcumina ha sia effetto di
inibizione sulla metilazione del DNA, sia di modulazione dell’acetilazione
degli istoni, e così via. Sia queste sperimentazioni ma anche la saggezza
popolare ed alcuni studi specifici riportano come molte persone che fanno uso
di certi cibi, sembrano protette da determinati processi patologici.
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Anche le peculiarità cognitive umane sono da ricondurre alla specificità dei
meccanismi di regolazione dell’espressione genica nei neuroni. Lo conferma
uno studio che ha analizzato e confrontato frammenti di cromatina prelevata da
cellule nervose della corteccia frontale di esseri umani e di altri Primati.
Nei neuroni umani sono centinaia le regioni genomiche la cui espressione è
regolata in modo così peculiare da distinguere la nostra specie dagli altri
Primati nell’ambito delle capacità cognitive. E’ il risultato di uno studio
pubblicato su “PLOS Biology”, in cui è stato confermato che alcuni tratti
distintivi del cervello umano siano da ricondurre soprattutto a meccanismi
“epigenetici”, ovvero a quei meccanismi che regolano l’espressione del DNA,
più che ai geni. Il DNA si trova nel suo stato lineare solo durante la
replicazione. In tutte le altre fasi della
vita cellulare questa molecola si trova
ripiegata e associata a gruppi di
proteine, tra cui hanno una funzione
particolare i cosiddetti istoni, a
formare una struttura denominata
cromatina. Gli scienziati hanno
isolato
piccoli
frammenti
di
cromatina prelevata da neuroni della
corteccia frontale del cervello umano
e del cervello di scimpanzé e
macachi, questa regione cerebrale
infatti è responsabile delle capacità cognitive complesse. In particolare, alcuni
studiosi dell’Università del Massachusetts, hanno analizzato i frammenti per
verificare l’eventuale presenza di gruppi metile legati agli istoni, dato che la
metilazione è il meccanismo usato per “accendere” e “spegnere” i geni.
Le analisi hanno permesso di identificare centinaia di regioni in tutto il
genoma in cui si osservano evidenti differenze nella struttura della cromatina
tra gli esseri umani (sia adulti che bambini) e gli altri primati studiati. Più nello
specifico, lo studio ha permesso di mappare la distribuzione sull’intero genoma
di uno specifico istone denominato istone H3 trimetilato alla lisina4
(H3K4me3), considerato un significativo marcatore epigenetico perché
implicato nella regolazione degli specifici siti, denominati TSS, in cui deve
iniziare la trascrizione del codice genetico.
In questo modo sono state individuate 472 sequenze geniche con un tipo
di metilazione specifico per l’essere umano; tra queste vi erano anche 33 loci,
ovvero sequenze nucleotidiche nel DNA che compongono determinati geni,
anche su geni implicati in disturbi neuropsichiatrici, in cui si osservava una
metilazione che non trovava riscontro nella cromatina non neuronale. Un
particolare tipo di regolazione epigenetica, la metilazione del DNA, in cellule
del sistema nervoso centrale emerge durante l’infanzia e l’adolescenza ed è
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conservato nell’età adulta. Lo ha dimostrato una ricerca che fa luce sui
meccanismi neurobiologici alla base della plasticità cerebrale in funzione
dell’esperienza.
Si tratta di un risultato importante non solo per comprendere meglio in
che modo matura il cervello
dall’infanzia fino al termine
dell’adolescenza e perché si
sviluppano
patologie
psichiatriche,
come
la
schizofrenia o i disturbi della
funzione
cerebrale
come
l’autismo.
L’esperienza dalla nascita
all’adolescenza, è in grado di
plasmare in modo sostanziale
conoscenze e comportamento
dell’individuo. Ma qual’è il substrato neurobiologico di questo cambiamento?
Una nuova ricerca presso un istituto californiano, ha dimostrato che la risposta
va cercata nell’epigenoma, cioè nell’insieme dei meccanismi di regolazione
dell’espressione dei geni. Lo studio, il primo che ha considerato questi
meccanismi sull’intero genoma di topi e di esseri umani dalla prima infanzia
fino all’età adulta, dimostra che un particolare tipo di metilazione, uno dei
processi chimici cruciali per la regolazione genica, riguarda in modo specifico
i neuroni e viene progressivamente incrementato fino al termine
dell’adolescenza, quando la maturazione del sistema nervoso è compiuta.
I risultati di questi studi hanno una grande importanza per chiarire meglio
alcuni aspetti della capacità di cambiamento del sistema nervoso centrale che
va sotto il nome di plasticità neurale. Questa capacità è alla base non solo
dell’apprendimento ma anche di patologie psichiatriche come la schizofrenia,
il disturbo bipolare o la depressione.
Negli ultimi decenni, lo studio della genetica ha mostrato quanto siano
importanti per la vita di un organismo non solo i geni, ma anche i meccanismi
che regolano l’espressione dei geni, attivandoli o silenziandoli. Uno dei risultati
importanti in questo campo è che la metilazione del DNA avviene tipicamente
nei cosiddetti siti CpG, in cui una citosina si trova adiacente alla guanina (basi
azotate, che insieme all’adenina e alla timina, costituiscono i mattoni
elementari di cui sono costituite le molecole di DNA).
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Inoltre è stato osservato che questo tipo di metilazione è estremamente diffusa
nel genoma degli esseri umani adulti e riguarda addirittura l’80-90 % dei siti
CpG. Per questa, che sembrerebbe una regola, c’è tuttavia un’eccezione.
Gli stessi ricercatori dell’Istituto californiano, infatti, hanno scoperto in
passato che le cose stanno molto diversamente nelle cellule staminali
embrionali umane e nelle staminali pluripotenti indotte, in cui la metilazione
del DNA si osserva solo nei siti in cui la G non segue la C. Sulle prime si era
ipotizzato che questa metilazione “non-CG” dovesse scomparire una volta che
le cellule staminali si fossero differenziate in linee cellulari specifiche.
Quest’ultimo studio ha dimostrato che questo non è vero per quanto riguarda il
cervello, in cui la metilazione non-CG appare anche nelle cellule differenziate,
e va via via accumulandosi durante l’infanzia e l’adolescenza, per rimanere
conservate anche nelle età successive. Questo mostra che il processo di
maturazione delle circuitazioni cerebrali e in particolare la formazione di nuove
sinapsi, che procede molto rapidamente, è accompagnato da un parallelo
processo di riconfigurazione su larga scala dell’epigenoma. In particolare,
questi processi riguardano la corteccia frontale, che ha un ruolo cruciale nei
processi cognitivi, nei processi decisionali e nell’azione. Tenuto conto che i
meccanismi epigenetici sono influenzati dall’interazione con l’ambiente,
prende corpo l’ipotesi che proprio i processi di metilazione siano il tramite
grazie al quale l’esperienza rimane fissata in modo permanente nel
funzionamento del sistema nervoso, anche nei casi patologici. Questa scienza,
con i suoi apporti, sta offrendo nuove prospettive e importanti contributi sullo
studio del cancro. L’incontrollata proliferazione cellulare che caratterizza il
cancro può essere scatenata non solo da mutazioni nei geni ma anche da
processi che bloccano la trascrizione di geni, che hanno una funzione protettiva.
La scoperta apre le porte a nuove prospettive terapeutiche per i tumori che
hanno origine da un simile processo epigenetico, dato che esso è
potenzialmente reversibile. All’origine di alcune forme di cancro possono
esserci cambiamenti epigenetici, ovvero nel modo in cui viene letta la sequenza
del DNA senza che essa sia stata alterata da mutazioni a carico di geni.
Il cancro è considerato una malattia essenzialmente genetica, in cui
mutazioni alterano il funzionamento di geni portando la cellula a proliferare in
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modo incontrollato. Negli ultimi decenni, però, numerosi indizi hanno portato
a sospettare che nella genesi di un tumore possano essere coinvolti fattori
epigenetici. Quando un gruppo metilico, una specie chimica composta da un
atomo di carbonio e tre di idrogeno, si aggancia a un gene, il gene in questione
non può più essere trascritto. Nella nuova ricerca, una studiosa Lanlan Shen,
con i suoi collaboratori, ha studiato un gene che normalmente codifica per una
proteina, nota con la sigla p16, che ha la funzione di bloccare il ciclo cellulare
e impedire all’occorrenza la mitosi, ossia il normale processo di duplicazione
delle cellule. Per questo motivo, il gene di p16 è considerato un gene
oncosoppressore, cioè che protegge dallo sviluppo dei tumori. Questa studiosa
ha creato una linea di topi geneticamente modificati in modo che un piccolo
frammento del DNA limitrofo a quel gene si comportasse come una sorta di
calamita per i gruppi metilici, che in questo modo si attaccano al promotore del
gene (la parte che ne permette l’attivazione), bloccandone la possibilità di
trascrizione. Gli scienziati hanno scoperto che in questa popolazione di topi
adulti, il periodo della vita in cui il gene che codifica per p16 entra in azione,
l’incidenza di tumori spontanei era superiore a quella presente nella
popolazione di controllo di topi normali, nei quali invece il gene
oncosoppressore continuava ad agire regolarmente.
“Sapevamo che al cancro sono associati dei cambiamenti epigenetici,
ma non sapevamo se fossero la causa o la conseguenza della malattia”.
Lo sviluppo di questo nuovo approccio di “ingegneria epigenetica” ha
permesso di verificare che anche cambiamenti a carico solo della metilazione
del DNA possono indurre il cancro”, conclude Shen. Questo risultato ha
profonde implicazioni per gli studi futuri, perché i cambiamenti epigenetici
sono potenzialmente reversibili.
Gli studi della Shen offrono una speranza di nuove terapie epigenetiche sia per
i tumori in cui si potrà scoprire un’analoga componente epigenetica a carico
degli svariati geni che possono essere coinvolti, sia per altre patologie, come le
malattie dello sviluppo neurologico, l’obesità e il diabete.
La ricerca epigenetica è importante anche per la tecnologia delle staminali.
Dato che le cellule staminali sono in grado di produrre qualunque tipo di
cellula, si ritiene che il loro DNA sia maggiormente aperto alle istruzioni e alla
manipolazione.
Decifrando queste istruzioni, ovvero come le modifiche epigenetiche
vengono implementate e mantenute e in che modo l’ambiente cellulare
influisce su di esse, è possibile secondo questi studi, migliorare le tecniche di
coltura per riuscire a convertire le staminali in tipi di cellule specifiche.
L’epigenetica è una nuova ed affascinante disciplina che affianca e in un certo
senso completa la genetica, infatti essa studia i fattori che determinano i
cambiamenti ereditabili ma reversibili nell’espressione dei geni, senza
modificare la sequenza dei nucleotidi. Questa scienza studia appunto
l’interazione tra il nostro patrimonio genetico e l’ambiente circostante.
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Ciò che rende ciascuno di noi un certo tipo di individuo, non è solo quello che
è scritto nel messaggio genetico, ma è il risultato di tutta una serie di fattori:
quello che mangiamo, lo stress cui siamo sottoposti, il luogo dove viviamo, il
nostro stile di vita, i farmaci che assumiamo, etc… Questa scienza moderna
sicuramente nei prossimi decenni sarà di grande aiuto a tutti gli operatori del
benessere cioè biologi nutrizionisti, erboristi, naturopati, farmacisti e in primis
i medici stessi che operano nel settore. Gli studi nel campo dell’epigenetica
sono molto importanti per restituire potere all’ individuo, contrariamente al
determinismo genetico che non lasciava alla singola persona alcuna speranza
di poter incidere sull’ espressione dei propri geni.
Oggi si sa che le nostre scelte di vita, comprese quelle alimentari, possono
influire in modo determinante sulla nostra salute.
Si può cambiare la lettura del DNA in base al modo in cui “vediamo” e
“viviamo” la vita. Se cambiamo il nostro modo di vivere, avremo potere sulla
nostra genetica e non saremo più vittime dell’ereditarietà perché avremo
cambiato la lettura del DNA. Ciò ci rende padroni del nostro futuro e non
vittime del nostro passato.
Bibliografia e Sitografia:
:
“Scienza natura” di Ivo Bianchi
“Il diario del benessere” di Fabrizio Duranti
“Meglio
crudo”-Benessere
a
http://www.megliocrudo.it
www.fivehundredwords.it.epigenetica
www.naturessere.it/.../genetica-ed-epigenetica
http://epigenome.eu/it
www.lescienze.it/topics/
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trecentosessanta
gradi-
