Possiamo con il nostro comportamento, con il nostro stile di vita, alimentare, sportivo, culturale, influire sui meccanismi di espressione del nostro patrimonio genetico ereditario? Sì secondol'epigenetica.
L’epigenetica (dal greco: επί sopra–genetica) è lo studio di mutazioni ereditarie nel fenotipo o nell'espressione dei geni causata da meccanismi diversi dalle mutazioni delle corrispondenti sequenze di DNA .
Il merito per avere coniato, nel 1942, il termine epigenetica, definita come la branca della biologia che studia le interazioni causali fra i geni e il loro prodotto cellulare e pone in essere il fenotipo, viene attribuito a Conrad Waddington, biologo e paleontologo inglese. Già alla metà del diciannovesimo secolo si trovano tracce dell'epigenetica in letteratura, sebbene le sue origini concettuali risalgano 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 a 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.
Il patrimonio genetico umanico, ad esempio, è composto "solamente" da 25.000 geni (cento volte meno numerosi di quelli di un moscerino della frutta), ma è in grado di produrre centinaia di migliaia di proteine.
Modifiche a carico delle proteine della cromatina possono influire sull'espressione dei geni. Questo spiega perché le cellule differenziate in un organismo pluricellulare esprimono solo i geni necessari alla loro attività. I cambiamenti epigenetici sono conservati quando le cellule si dividono e la maggior parte di questi avviene durante il corso della vita di un organismo. Se una mutazione del DNA riguarda uno spermatozoo o un ovulo che viene fecondato, i cambiamenti epigenetici posso essere ereditati dalla generazione successiva. Una questione che è stata sollevata è se i cambiamenti epigenitici in un organismo possano alterare la struttura di base del suo DNA.
Diamo ora uno sguardo all’uomo e al suo rapporto con gli sviluppi epigenetici. Diversi disturbi sono associati all’imprinting genetico, un fenomeno caratteristico dei mammiferi dove il padre e la madre sviluppano diversi modelli epigenetici per specifici loci genici nelle loro cellule germinali, che vengono poi trasferiti alla progenie. I casi maggiormente conosciuti di disturbi nell’uomo dovuti ad imprinting genomici sono la sindrome di Angelman e la sindrome di Prader-Willi; entrambe possono essere dovute alla stessa mutazione genetica, cioè la parziale delezione del braccio lungo del cromosoma 15, e la sindrome che il bambino svilupperà dipende dal fatto che abbia ereditato la mutazione dal padre o dalla madre.
Alcuni effetti epigenetici si possono studiare da generazione a generazione. Marcus Pembrey e colleghi, per esempio, osservarono nello studio "Overkalis", che i nipoti dei nonni paterni (ma non materni) degli uomini svedesi, esposti durante la preadolescenza alla carestia del diciannovesimo secolo, avevano meno probabilità di morire di malattie cardiovascolari; se il cibo era stato abbondante allora la mortalità causata dal diabete nei nipoti aumentava, suggerendo che ciò fosse dovuto ad una eredità epigenetica trans generazionale. L’ effetto opposto si osservò per le femmine: le nipoti dei nonni paterni (non materni) che subirono la carestia in grembo ( e quindi quando le cellule riproduttive erano già formate) avevano vita più corta rispetto alla media.
L'eredità epigenetica somatica è molto importante nello sviluppo di organismi eucarioti pluricellulari. La sequenza del genoma è statica (con alcune notevoli eccezioni), ma le cellule si differenziano in molti tipi cellulari diversi, che svolgono funzioni diverse e rispondono in modo diverso all'ambiente ed ai segnali intercellulari. Così, come gli individui si sviluppano, la morfogenesi attiva o silenzia i geni in modo ereditato epigeneticamente, dando alle cellule una sorta di memoria.
Nei mammiferi, la maggior parte delle cellule sono differenziate in modo definitivo, solo le cellule staminali mantengono la possibilità di differenziarsi in diversi tipi cellulari ("totipotenza" e "multipotenza"). Queste staminali continuano a produrre nuove cellule differenziate per tutta la vita, ma i mammiferi non sono in grado di reagire alla perdita di alcuni tessuti (ad esempio l'incapacità di rigenerare gli arti, cosa che altri animali sono capaci di fare). A differenza di quelle animali, le cellule vegetali non sono differenziate in modo definitivo, ma rimangono totipotenti, con la capacità di dare origine ad una nuova singola pianta. Le piante utilizzano molti degli stessi meccanismi epigenetici degli animali, come il rimodellamento della cromatina, ma è stato ipotizzato che queste non abbiano "memoria", azzerando i loro modelli di espressione genica a ogni divisione cellulare e utilizzando le informazioni provenienti dall'ambiente e dalle cellule circostanti per determinare il loro destino.
L'epigenetica ha molte e varie potenziali applicazioni mediche, in quanto tende ad essere multidimensionale in natura . Le malattie genetiche congenite sono ben conosciute ed è anche chiaro il ruolo che può avere l'epigenetica in esse, per esempio nel caso della sindrome di Angelman e di Prader-Willi. Si tratta di normali malattie genetiche causate dalla delezione o inattivazione dei geni, ma sono insolitamente comuni perché gli individui sono essenzialmente emizigoti a causa dell'imprinting genomico: un singolo gene knockout (inoperativo) è sufficiente a provocare la malattia, la quale nella maggior parte dei casi richiederebbe che entrambe le copie fossero knockedout.
L’ epigenetica, infine, ha una funzione molto importante nell’evoluzione. I tratti epigenetici infatti possono svolgere un ruolo nell'adattamento a breve termine delle specie, consentendo una variabilità fenotipica reversibile. La modifica delle caratteristiche epigenetiche associate a una regione del DNA consente agli organismi, in una scala temporale di più generazioni, di passare da fenotipi che esprimono quel particolare gene a fenotipi che non lo esprimono e viceversa.
Quando la sequenza del DNA della regione non è mutata questa modifica è reversibile . È stato anche ipotizzato che gli organismi possano usufruire di tassi di mutazione differenziale associati alle caratteristiche epigenetiche per controllare la velocità di mutazione di geni particolari.
Si è osservato che i cambiamenti epigenetici possono anche verificarsi in risposta ad esposizioni ambientali; ad esempio topi trattati con alcuni integratori alimentari mostrano cambiamenti epigenetici che interessano l'espressione del gene Agouti, riguardante il colore della pelliccia, il peso e la propensione a sviluppare il cancro .Sono stati riportati più di 100 casi di fenomeni di eredità epigenetica transgenerazionale in una vasta gamma di organismi, tra procarioti, piante e animali.
La tendenza attuale dei genetisti è quella di considerare che con un corretto stile di vita, in particolare ad esempio con l'adozione di una alimentazione ricca di antiossidanti e con la pratica di una buona attività fisica, si possa contribuire a spegnere o, comunque, a ritardare l'attivazione di geni che provocano insorgenza di tumori (modulazione genica). Così come mantenere un buon allenamento delle capacità cognitive e della memoria contribuirebbe a potenziare la generazione di nuove sinapsi, contrastando l'insorgenza di demenze senili. Chi si spinge più in là, sostiene che un'intensa attività intellettuale da parte di donne in gravidanza possa trasmettere al feto segnali chimici utili a un maggior sviluppo del suo sistema nervoso. Ma il bonus, per essere mantenuto, andrà alimentato nel corso dell'intera vita dell'individuo.
