Founder Junior
L’epigenetica: la scienza che studia la regolazione dell’espressione
L'epigenetica (dal greco ἐπί, epì, «sopra» e γεννητικός, gennitikòs, «relativo all'eredità familiare») è una branca relativamente giovane della genetica
che
si occupa dei cambiamenti fenotipici ereditabili da una cellula o un
organismo, in cui non si osserva una variazione del genotipo dato
che pare che più di 2000
anni fa Aristotele aveva ipotizzato che l ’ambiente potesse
condizionare le caratteristiche di un individuo, la sua era una
semplice ipotesi.Pare
infatti, che l’ereditarietà non sia solamente ricollegabile al DNA
come unica informazione genica tramandata dai genitori ai figli e
secondo uno studio pubblicato
sulla rivista Science nel
2017,
i fattori epigenetici permettono alle cellule di regolare la propria
espressione genica senza che venga alterata effettivamente la
sequenza del DNA. Ciò rappresenta una decisiva svolta nel mondo
della biologia in quanto significa che, sebbene i gameti siano
epigeneticamente riprogrammati dopo la fecondazione per stabilire la
totipotenza, i cambiamenti della cromatina indotti dall’ambiente
nella linea germinale possono essere ereditati e influenzare la
prole. Ma vediamo insieme cos’è l’epigenetica e qual è il ruolo
dell’ambiente sul nostro genoma.
La
parola epigenetica significa letteralmente “oltre
ai cambiamenti nella sequenza genetica“
ed
il
termine si è evoluto icludendo
qualsiasi processo che altera l’attività genica senza modificarne
la sequenza del DNA e
che porta
a modifiche, le
quali possono
essere trasmesse alle cellule figlie.
Sono
molti i meccanismi epigenetici che sono stati identificati, tra
cui metilazione e acetilazione del DNA.
Questi
processi possono portare ad
una significativa modifica
della cromatina, la
quale è
il complesso di proteine (in particolare parliamo di istoni) e DNA in
cui è organizzato il genoma cellulare; complesso può essere
modificato da sostanze come i
gruppi
acetilici (in questo caso il processo è chiamato acetilazione), i
gruppi
metilici, gli
enzimi
nonché
alcune
forme di RNA come microRNA e piccoli RNA interferenti. Tale
modifica altera la struttura della cromatina e comporta un
cambiamento nell’espressione genica. In generale
la cromatina maggiormente ripiegata tende ad essere non espressa
mentre la cromatina più aperta è funzionale o espressa.
Potremmo
cosi’
dire
partendo
da queste considerazioni che
il nostro corpo contiene differenti tipi di cellule, le
quali nonostante
abbiano uno stesso punto di partenza (tutte hanno lo stesso genoma),
durante il loro sviluppo tendono a far “tacere” in modo selettivo
un certo numero di geni. Questo silenziamento è regolato dai fattori
epigenetici che
permettono di dare differenti interpretazioni di quella che
rappresenta,
di fatto, un’unica informazione genica.
Pertanto
possiamo
dire che, in sostanza, l’epigenetica studia i cambiamenti nella
trascrizione del nostro DNA che portano a sviluppare le tante
differenze cellulari.
L’epigenetica
va oltre il patrimonio genetico
Ognuno
di noi ha un patrimonio genetico che viene conservato nel DNA; fino
a qualche anno fa si credeva che l’unità ereditaria fondamentale,
ovvero il gene, venisse regolato per la sua attivazione o repressione
solo durante lo sviluppo embrionale ora
invece siamo
a conoscenza che
la
metilazione del DNA può cambiare anche nei neuroni maturi,
dimostrando che ci sono segnali cellulari diretti dagli stimoli
ambientali. Nei piccoli di ratto si è rilevato
che alti livelli di cure materne corrispondono a una demetilazione
del gene del recettore dei glicocorticoidi nell’ippocampo con un
incremento a lungo termine dei livelli di trascrizione e
questo
comporta che nell’adulto ci siano maggiori quantità del recettore
e
ciò
si traduce in un fenotipo caratterizzato da ridotti livelli di
stress.
Un
altro interessante esempio dell’importanza dell’epigenetica
risiede nello studio
sociobiologico delle formiche appartenenti a diverse caste:
in questo studio infatti
somministrando
inibitori di HDAC
di
classe I e II è possibile fare in modo che le formiche che
appartengono alla casta dei soldati adottino invece il comportamento
tipico delle formiche operaie, un
cambiamento
inoltre influenzabile dall’età: la somministrazione della sostanza
a formiche già adulte, infatti non provoca alcuna alterazione del
comportamento,questo
perchè esiste una “finestra
di vulnerabilità epigenetica“,
evidentemente legata al periodo di massima plasticità cerebrale.
Nell’uomo
i fattori ambientali che possono influire sullo stato epigenetico
possono essere divisi in:
alimentazione,
nell’ambiente
socio-economico,
i
trattamenti
farmacologici e
le
abitudini
di vita.
Grazie
avanzamento
della biologia oggi abbiamo cosi’
a
disposizione una mappatura del genoma umano, una
mappatura
che ci ha fornito molte informazioni, nonostante
ciò iprocessi
legati al differenziamento cellulare, all’espressione genica e alla
comparsa dei tumori restano ancora “inspiegabili”.
Nel
dicembre 2005 un gruppo di 40 scienziati internazionali ha proposto
un progetto chiamato
“Human
Epigenome Project”
in cui, in aggiunta ai dati relativi alle sequenze di DNA, fu rivolta
molta
attenzione al
profilo della metilazione del DNA, la
quale
è implicata in alcuni tipi di cancro. L’obiettivo del progetto
statunitense è stato quello di mappare in modo completo la
metilazione e le modificazioni istoniche, le due classi principali di
modificazioni epigenetiche, in un insieme diversificato di tessuti
normali. Questi epigenomi servirebbero, pertanto,
come riferimento per il confronto con i tessuti malati ed
in
questo modo l’epigenetica può rivelarsi più importante della
genetica per comprendere le cause ambientali della patologie.
Lo
stato attuale e futuro
dell’epigenetica
Da
diversi studi è emerso che
molti
geni,
malattie
e sostanze ambientali fanno parte del quadro epigenetico;
in modo particolare,
i “segni epigenetici” subiscono una deriva significativa durante
l’invecchiamento (di questo si è parlato approfonditamente
nell’intervento
al BergamoScienza della brava
dottoressa
Blackburn).
Questa perturbazione può, in qualche modo, portare alla perdita dei
punti di riferimento della cromatina causando successivamente
patologie,
le quali
sono sempre più associate all’avanzamento
dell’età. Avviene
di
fatto una
perdita del normale equilibrio tra il meccanismo di regolazione e la
plasticità fenotipica di risposta ai segnali ambientali interni ed
esterni. Una migliore comprensione della deriva epigenetica,
soprattutto quando associata all’età, ci consentirà di manipolare
l’epigenoma: queste sono enormi conquiste
ed al tempo stesso promesse
che potrebbero portare in
futuro alla
prevenzione ed
a un migliore trattamento delle patologie.
Questi
studi hanno avuto
importanti
riscontri anche in ambito psicoterapeutico, infatti
in modo particolare,
dagli studi sui disturbi del neuro-sviluppo è noto che il sistema
nervoso sia sensibile agli stimoli ambientali, i
quali
nella loro interazione negativa, possono essere la causa di
problematiche ricollegabili al linguaggio, alla comunicazione,
all’apprendimento, all’attenzione e all’iperattività e
proprio
in questo contesto si inserisce la chiave di lettura
dell’epigenetica.
Durante
la VI
edizione del Convegno Nazionale di Epigenetica, promosso
dall’Istituto
di Medicina Naturale di Urbino, si è discusso dell’importanza di
integrare nozioni genetiche ed epigenetiche al fine di capire meglio
come le scelte di tutti i giorni, e
quindi il nostro stile di vita
nochè
la nostra storia familiare possano cambiare profondamente ciò che
siamo.
Fonti
: Wikipedia
Microbiologia
Italia Web Page
Profilo
in Cam.TV di Daniele Berti
Immagine
tratta da(by) Microbiologia
Italia Web Page
Francesco
Maccioni consulente G&Life S.p.A. brand Generame – Ricercatore
Indipendente
www.generame.com
Tel.
3284930730
Email
:[email protected]
che
si occupa dei cambiamenti fenotipici ereditabili da una cellula o un
organismo, in cui non si osserva una variazione del genotipo dato
che pare che più di 2000
anni fa Aristotele aveva ipotizzato che l ’ambiente potesse
condizionare le caratteristiche di un individuo, la sua era una
semplice ipotesi.Pare
infatti, che l’ereditarietà non sia solamente ricollegabile al DNA
come unica informazione genica tramandata dai genitori ai figli e
secondo uno studio pubblicato
sulla rivista Science nel
2017,
i fattori epigenetici permettono alle cellule di regolare la propria
espressione genica senza che venga alterata effettivamente la
sequenza del DNA. Ciò rappresenta una decisiva svolta nel mondo
della biologia in quanto significa che, sebbene i gameti siano
epigeneticamente riprogrammati dopo la fecondazione per stabilire la
totipotenza, i cambiamenti della cromatina indotti dall’ambiente
nella linea germinale possono essere ereditati e influenzare la
prole. Ma vediamo insieme cos’è l’epigenetica e qual è il ruolo
dell’ambiente sul nostro genoma.
La
parola epigenetica significa letteralmente “oltre
ai cambiamenti nella sequenza genetica“
ed
il
termine si è evoluto icludendo
qualsiasi processo che altera l’attività genica senza modificarne
la sequenza del DNA e
che porta
a modifiche, le
quali possono
essere trasmesse alle cellule figlie.
Sono
molti i meccanismi epigenetici che sono stati identificati, tra
cui metilazione e acetilazione del DNA.
Questi
processi possono portare ad
una significativa modifica
della cromatina, la
quale è
il complesso di proteine (in particolare parliamo di istoni) e DNA in
cui è organizzato il genoma cellulare; complesso può essere
modificato da sostanze come i
gruppi
acetilici (in questo caso il processo è chiamato acetilazione), i
gruppi
metilici, gli
enzimi
nonché
alcune
forme di RNA come microRNA e piccoli RNA interferenti. Tale
modifica altera la struttura della cromatina e comporta un
cambiamento nell’espressione genica. In generale
la cromatina maggiormente ripiegata tende ad essere non espressa
mentre la cromatina più aperta è funzionale o espressa.
Potremmo
cosi’
dire
partendo
da queste considerazioni che
il nostro corpo contiene differenti tipi di cellule, le
quali nonostante
abbiano uno stesso punto di partenza (tutte hanno lo stesso genoma),
durante il loro sviluppo tendono a far “tacere” in modo selettivo
un certo numero di geni. Questo silenziamento è regolato dai fattori
epigenetici che
permettono di dare differenti interpretazioni di quella che
rappresenta,
di fatto, un’unica informazione genica.
Pertanto
possiamo
dire che, in sostanza, l’epigenetica studia i cambiamenti nella
trascrizione del nostro DNA che portano a sviluppare le tante
differenze cellulari.
L’epigenetica
va oltre il patrimonio genetico
Ognuno
di noi ha un patrimonio genetico che viene conservato nel DNA; fino
a qualche anno fa si credeva che l’unità ereditaria fondamentale,
ovvero il gene, venisse regolato per la sua attivazione o repressione
solo durante lo sviluppo embrionale ora
invece siamo
a conoscenza che
la
metilazione del DNA può cambiare anche nei neuroni maturi,
dimostrando che ci sono segnali cellulari diretti dagli stimoli
ambientali. Nei piccoli di ratto si è rilevato
che alti livelli di cure materne corrispondono a una demetilazione
del gene del recettore dei glicocorticoidi nell’ippocampo con un
incremento a lungo termine dei livelli di trascrizione e
questo
comporta che nell’adulto ci siano maggiori quantità del recettore
e
ciò
si traduce in un fenotipo caratterizzato da ridotti livelli di
stress.
Un
altro interessante esempio dell’importanza dell’epigenetica
risiede nello studio
sociobiologico delle formiche appartenenti a diverse caste:
in questo studio infatti
somministrando
inibitori di HDAC
di
classe I e II è possibile fare in modo che le formiche che
appartengono alla casta dei soldati adottino invece il comportamento
tipico delle formiche operaie, un
cambiamento
inoltre influenzabile dall’età: la somministrazione della sostanza
a formiche già adulte, infatti non provoca alcuna alterazione del
comportamento,questo
perchè esiste una “finestra
di vulnerabilità epigenetica“,
evidentemente legata al periodo di massima plasticità cerebrale.
Nell’uomo
i fattori ambientali che possono influire sullo stato epigenetico
possono essere divisi in:
alimentazione,
nell’ambiente
socio-economico,
i
trattamenti
farmacologici e
le
abitudini
di vita.
Grazie
avanzamento
della biologia oggi abbiamo cosi’
a
disposizione una mappatura del genoma umano, una
mappatura
che ci ha fornito molte informazioni, nonostante
ciò iprocessi
legati al differenziamento cellulare, all’espressione genica e alla
comparsa dei tumori restano ancora “inspiegabili”.
Nel
dicembre 2005 un gruppo di 40 scienziati internazionali ha proposto
un progetto chiamato
“Human
Epigenome Project”
in cui, in aggiunta ai dati relativi alle sequenze di DNA, fu rivolta
molta
attenzione al
profilo della metilazione del DNA, la
quale
è implicata in alcuni tipi di cancro. L’obiettivo del progetto
statunitense è stato quello di mappare in modo completo la
metilazione e le modificazioni istoniche, le due classi principali di
modificazioni epigenetiche, in un insieme diversificato di tessuti
normali. Questi epigenomi servirebbero, pertanto,
come riferimento per il confronto con i tessuti malati ed
in
questo modo l’epigenetica può rivelarsi più importante della
genetica per comprendere le cause ambientali della patologie.
Lo
stato attuale e futuro
dell’epigenetica
Da
diversi studi è emerso che
molti
geni,
malattie
e sostanze ambientali fanno parte del quadro epigenetico;
in modo particolare,
i “segni epigenetici” subiscono una deriva significativa durante
l’invecchiamento (di questo si è parlato approfonditamente
nell’intervento
al BergamoScienza della brava
dottoressa
Blackburn).
Questa perturbazione può, in qualche modo, portare alla perdita dei
punti di riferimento della cromatina causando successivamente
patologie,
le quali
sono sempre più associate all’avanzamento
dell’età. Avviene
di
fatto una
perdita del normale equilibrio tra il meccanismo di regolazione e la
plasticità fenotipica di risposta ai segnali ambientali interni ed
esterni. Una migliore comprensione della deriva epigenetica,
soprattutto quando associata all’età, ci consentirà di manipolare
l’epigenoma: queste sono enormi conquiste
ed al tempo stesso promesse
che potrebbero portare in
futuro alla
prevenzione ed
a un migliore trattamento delle patologie.
Questi
studi hanno avuto
importanti
riscontri anche in ambito psicoterapeutico, infatti
in modo particolare,
dagli studi sui disturbi del neuro-sviluppo è noto che il sistema
nervoso sia sensibile agli stimoli ambientali, i
quali
nella loro interazione negativa, possono essere la causa di
problematiche ricollegabili al linguaggio, alla comunicazione,
all’apprendimento, all’attenzione e all’iperattività e
proprio
in questo contesto si inserisce la chiave di lettura
dell’epigenetica.
Durante
la VI
edizione del Convegno Nazionale di Epigenetica, promosso
dall’Istituto
di Medicina Naturale di Urbino, si è discusso dell’importanza di
integrare nozioni genetiche ed epigenetiche al fine di capire meglio
come le scelte di tutti i giorni, e
quindi il nostro stile di vita
nochè
la nostra storia familiare possano cambiare profondamente ciò che
siamo.
Fonti
: Wikipedia
Microbiologia
Italia Web Page
Profilo
in Cam.TV di Daniele Berti
Immagine
tratta da(by) Microbiologia
Italia Web Page
Francesco
Maccioni consulente G&Life S.p.A. brand Generame – Ricercatore
Indipendente
www.generame.com
Tel. 3284930730
Email : [email protected]