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Epigenetica: la parte del DNA che ci rende unici

Epigenetica: la parte del DNA che ci rende unici

Il DNA è l'eredità dei nostri genitori. Quanto ci influenza? È possibile cambiarlo in base alle esperienze che viviamo? L'epigenetica suggerisce di sì.

 Una branca sempre in evoluzione e particolarmente affascinante delle scienze è la genetica, la materia che ci permette di comprendere ciò che siamo in relazione alle informazioni trasferite a noi dai nostri genitori. Di recente, però, un nuovo ramo della genetica ha destato molto clamore in ambito scientifico: l'epigenetica. In questo articolo scopriremo cos'è l'epigenetica, qual è il suo raggio d'azione e perché è tanto importante studiarla.

 

Quando si parla di genetica ciò che salta subito alla mente è il DNA, la molecola che racchiude in sé tutte le informazioni necessarie a generare un essere umano. In ogni singola cellula delle oltre trentasettemila che compongono il nostro organismo, si nasconde una molecola di DNA lunga due metri.

La molecola di DNA è la stessa in tutte le cellule del corpo: estrarla da una cellula epidermica o da un neurone non fa differenza dal punto di vista genetico. È questo, grossomodo, il concetto alla base delle terapie che utilizzano le cellule staminali.

 

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Se il DNA è lo stesso in ogni parte dell'organismo, qual è il fattore che indirizza lo sviluppo delle cellule? Partendo dalla nostra prima cellula, quella nata dalla fusione della cellula uovo e dello spermatozoo, cosa determina la formazione di tutte le differenti cellule che svolgono il proprio ruolo?

 

L'espressione genica è la chiave del differenziamento cellulare

All'interno della molecola di DNA è possibile distinguere singoli geni cioè sequenze che serviranno per produrre determinate proteine. Non tutti i geni sono però attivi nelle stessa cellula: in base alla funzione che ognuna di esse dovrà svolgere, saranno attivati alcuni geni e silenziati altri.

 

Per comprendere bene questo concetto che è alla base dell'epigenetica, possiamo pensare all'officina di un meccanico: in essa sono disponibili tutti gli attrezzi necessari alla riparazione dei veicoli ma non tutti vengono utilizzati per la stessa operazione.

Nella cellula accade lo stesso. Ad esempio, il neurone avrà attivati i geni responsabili della produzione dei neurotrasmettitori, il fegato quelli per la produzione degli enzimi implicati nella digestione, il cuore attiverà i geni che sono alla base della funzione di contrazione e così via. Ovviamente questo è un quadro molto generalizzato, ma rende bene l'idea dell'inattivazione genica.

 

È sempre l'epigenetica a spiegare perché i gemelli omozigoti, pur avendo lo stesso DNA, non sono cloni, ma hanno indole diversa e vivono esperienze che li differenziano nel pensiero e nell'azione.

 

Quali meccanismi comunicano alla cellula gli enzimi da attivare e quelli da silenziare?

Tutti i meccanismi che regolano il modo in cui il DNA viene utilizzato all'interno di una cellula (espressione genica) fanno parte del raggio d'azione dell'epigenetica.

L'epigenetica è una branca della genetica relativamente giovane e ancora in gran parte sconosciuta.

I meccanismi chimici che sono alla base dell'inattivazione dei geni potrebbero essere diversi, ma quello attualmente più studiato è la metilazione del DNA ovvero l'aggiunta di un particolare gruppo chimico (metile) in alcuni punti della molecola. La metilazione crea una specie di "ingombro" sul DNA che ne ostacola la lettura tendendo a nascondere alcuni geni.

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Le ricerche condotte negli ultimi anni nel campo dell'epigenetica hanno aperto scenari nuovi e impensabili.

I processi di inattivazione del DNA non sono casuali – cosa mai potrebbe essere casuale in natura? – ma regolati attraverso specifiche reazioni chimiche e sono ereditari. E fin qui nulla di nuovo.

Ciò che ha destato sorpresa nei ricercatori, e ultimamente anche nell'opinione pubblica, è la constatazione che alcuni meccanismi di espressione genica possono essere influenzati dall'ambiente e dalle esperienze vissute e possono essere poi trasmessi (modificati) ai figli.

 

La prima ricerca a formalizzare la possibilità di un'eredità postnatale (dopo la nascita) è stata quella pubblicata nel 2004 su Nature Neuroscience da Michael Meany, neurobiologo, e Moshe Szyf, genetista e biologo molecolare.

Gli esperimenti condotti dai due ricercatori hanno messo in relazione le cure parentali con lo stress nei cuccioli di topo.

 

Per comprendere a fondo lo studio, è necessario ricordare che, nei topi, l'ormone cortisolo è rilasciato in situazioni di stress. Nell'ippocampo, una regione cerebrale implicata anche nella risposta allo stress, ci sono delle proteine chiamate recettori ai quali si legano gli ormoni come il cortisolo. Quando il cortisolo si lega ai recettori dell'ippocampo, il cervello "comprende" che c'è una situazione di stress.

 

[Dell'ippocampo abbiamo parlato anche qui: l'ippocampo e la formazione dei ricordi]

Primo esperimento: differenze di espressione genica

I ricercatori Meaney e Szyf hanno cercato in primo luogo delle differenze nell'espressione genica tra topi cresciuti da madri amorevoli e altri figli di madri distratte e assenti.

I cuccioli di madri distratte presentavano un'alta metilazione nei geni associati alla produzione di recettori per il cortisolo nell'ippocampo. Gli stessi geni nei topi figli di madri amorevoli erano metilati sono raramente.

 

Secondo esperimento: le cure parentali modificano l'espressione genica

Per dimostrare che la differenza di metilazione (e quindi di espressione genica) era imputabile al comportamento della madre, i ricercatori scambiarono i cuccioli: i figli di madri distratte furono affidati a madri amorevoli e quelli di madri amorevoli affidati a madri distratte.

Nel primo caso i cuccioli crebbero con alti livelli di recettori per il cortisolo e diventarono adulti calmi mentre i cuccioli cresciuti da madri distratte avevano bassi livelli di recettori e crebbero ansiosi e volubili.

 

Terzo esperimento: l'espressione genica è reversibile

Per dare un'impronta decisiva alla ricerca, Meaney e Szyf hanno infine preso dei cuccioli di madri distratte e, a danno avvenuto, hanno iniettato nel loro cervello una sostanza in grado di annullare la metilazione. Dopo il trattamento, tutti i topi hanno presentato uno sviluppo normale senza nessuna manifestazione da carenze di cure parentali. Il danno trasmesso dalla madre negligente è stato completamente annullato.

 

L'epigenetica rivela che è possibile modificare il DNA anche dopo la nascita

Il DNA è la molecola che trasferisce le informazioni della vita dai genitori ai figli, l'ereditarietà trasmessa tutta in una sola volta al momento del concepimento.

Gli esperimenti di Meaney e Szyf dimostrano che esiste invece un'altra forma di ereditarietà che può essere trasmessa anche dopo la nascita con atteggiamenti, esperienze e aspetti dell'ambiente in cui si vive.

 

Gli studi condotti sui topi sono stati poi ripetuti, con le opportune modalità, anche sugli esseri umani.

I risultati dimostrano che esistono differenze di metilazione per i geni implicati nella risposta allo stress in quegli individui che hanno avuto un'infanzia particolarmente difficile.

 

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Sono numerosi gli studi che confermano l'effetto positivo del contatto con la mamma subito dopo la nascita e nei mesi successivi poiché stimola la produzione di ormoni fondamentali per la crescita.

 

Un esperimento condotto su neonati prematuri ha dimostrato questa relazione in maniera inconfutabile. Di norma, i nati prematuri vengono a contatto con gli adulti solo in seguito a procedure mediche, per lo più dolorose. I neonati sottoposti allo studio, invece, sono stati manipolati e massaggiati spesso durante il giorno e la loro crescita ha mostrato un aumento del 50% rispetto ai neonati lasciati nelle incubatrici. Inoltre si mostravano più attivi e vigili sotto l'aspetto neurocomportamentale e venivano dimessi dall'ospedale una settimana prima.

 

Il DNA si adatta all'ambiente

I ricercatori spiegano questi risultati in termini di adattamento all'ambiente. Condurre nei primi mesi di vita un'esistenza non felice fatta di privazioni, paure, mancato contatto fisico, dieta povera induce l'organismo a prepararsi a un tipo di vita che non sarà facile. Il meccanismo che è alla base di queste regolazioni è la metilazione del DNA, un processo che, come abbiamo visto, può essere reversibile.

 

I risultati degli studi sull'epigenetica aprono nuove prospettive: i primi contatti con gli adulti, l'alimentazione, la serenità dell'ambiente familiare determinano modifiche al DNA che saranno attive fino all'adolescenza e spesso anche nell'età adulta.

 

Ma le sorprese dell'epigenetica non si esauriscono con queste constatazioni.

 

Diversi studi hanno ormai dimostrato che le modificazioni epigenetiche al DNA si trasmettono non solo da genitori a figli ma anche da nonni a nipoti. Un'ereditarietà che supera l'arco temporale della singola generazione e che quindi dona una responsabilità maggiore al nostro stile di vita.

 

Malattie come obesità e diabete, traumi come quelli dell'Olocausto possono essere trasmessi ai nipoti attraverso meccanismi epigenetici. Di questi argomenti tratteremo nel prossimo articolo.

 

 

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