Nessun limite genetico – Epigenetica
L’acido desossiribonucleico (DNA) è la macromolecola depositaria dell’informazione genica, cioè contiene tutte le informazioni atte a definire le caratteristiche morfologiche e funzionali di un essere vivente (patrimonio genico o genoma). Non solo il patrimonio genico si tramanda di generazione in generazione, ma le informazioni in esso contenuto, i geni, si “esprimono”, cioè si manifestano, attraverso la produzione di specifiche proteine. Sarà quindi l’insieme delle proteine prodotte da un organismo a definirne le specifiche caratteristiche morfo-funzionali (fenotipo).
Il patrimonio genico di un individuo è identico in tutte le cellule che lo costituiscono. Fatta eccezione per alcuni geni attivi, ciò che diversifica dal punto di vista funzionale i differenti tipi cellulari di un organismo è il set di proteine che ciascuno di esso produce. Quindi, durante il ciclo cellulare di una cellula, in maniera finemente regolata, si assiste all’accensione e allo spegnimento di geni specifici. Inoltre, rientra nel pieno interesse della cellula produrre una determinata proteina solo al momento del bisogno accendendone il gene corrispondente per il tempo strettamente necessario.
Ma cosa intendiamo per Epigenetica?
Con epigenetica si intendono tutti quei fattori che non sono scritti nel nostro DNA, ma che riescono a “dare istruzioni” su quali geni esprimere o silenziare e che, quindi, vanno ad influenzare la funzione e le caratteristiche metaboliche delle cellule. Ciò vuol dire che, lo stesso gene potrà essere “acceso” o “spento” e, perciò, si avranno effetti diversi a seconda del profilo epigenetico di ognuno.
Possono le interazioni che il nostro organismo ha con l’ambiente interno ed esterno, lo stile di vita, l’alimentazione e la pratica sportiva influenzare la modalità di espressione di un gene?
Ebbene sì! Le modifiche epigenetiche sono tutte quelle modifiche chimiche a carico del DNA e delle proteine che con esso interagiscono (istoni) la cui conseguenza è una maggiore o minore accessibilità dell’apparato di trascrizione ai geni. Queste modifiche, pur non alterando direttamente l’informazione contenuta in un gene, non solo ne modulano l’attività, ma sono anche ereditabili.
L’epigenetica si sta ponendo al centro della medicina moderna perché, a differenza della sequenza del DNA che è sempre uguale in tutte le cellule di un dato organismo, cambiamenti epigenetici indotti dalla dieta o dell’esposizione a fattori ambientali, potrebbero inficiare le piene funzioni del DNA con conseguenze il più delle volte deleterie. Livelli inappropriati di “metilazione” del DNA, se in eccesso, possono spegnere geni necessari, se in difetto possono attivarli nella cellula sbagliata, o al momento sbagliato, portando al danno tissutale e l’insorgenza della malattia.
Il termine metilazione è usato in chimica per definire l’addizione o la sostituzione di un gruppo metile (1 atomo di carbonio legato a 3 di idrogeno) su vari substrati (molecole sulla quale agiscono gli enzimi).
La metilazione del DNA è uno dei più importanti meccanismi epigenetici di controllo della trascrizione e gioca un ruolo essenziale nel mantenere la funzione cellulare. Le variazioni epigenetiche ed in particolare le metilazioni del DNA potrebbero quindi partecipare non solo nelle differenze tra gli individui, ma anche tra le popolazioni umane. Potrebbero contribuire oltre che nelle differenze osservate nell’aspetto fisico, anche nel comportamento, nella risposta ad agenti esterni di natura ambientale, alimentare o farmacologica e, non meno importante, nella suscettibilità alle diverse malattie. Modiche epigenetiche di geni target sono strettamente associate all’invecchiamento precoce, all’insorgenza del cancro, allo sviluppo di patologie età correlate (es. aterosclerosi), all’insorgenza delle patologie neurodegenerative e del diabete di tipo II. Non a caso l’analisi dei livelli di ipo e iper metilazione del DNA estratto da sangue periferico potrebbe rappresentare un importante marcatore precoce per l’insorgenza di determinate patologie, oltre ad avere una valenza in termini prognostici e diagnostici.
I geni maggiormente suscettibili alle modifiche epigenetiche sono coinvolti principalmente nel controllo dei seguenti processi:
- Risposta allo stress
- Stress ossidativo
- Danno del DNA
- Risposta infiammatoria
- Metabolismo energetico
- Turnover proteico
EPIGENETICA ED ATTIVITA’ FISICA
Quali sono i benefici che l’attività fisica apporta alla funzionalità del nostro DNA?
Attraverso modifiche epigenetiche, l’attività fisica è un importante fattore che sembrerebbe creare mutazioni all’epigenoma. L’esercizio fisico modula (in meglio) l’espressione di diversi geni target sia nel muscolo che in diversi altri organi. Il risultato è il potenziamento delle nostre difese antiossidanti con conseguente riduzione del danno ossidativo, l’ottimizzazione del metabolismo energetico e del turnover proteico, nonché il potenziamento dei meccanismi di riparo del danno tissutale. In pratica, uno stile di vita attivo alimenta il benessere psico-fisico di un individuo perché preserva la piena funzionalità del suo genoma. Alcuni studi hanno evidenziato incrementi e decrementi delle metilazioni dopo un periodo di attività fisica sia a livello del tessuto adiposo che di quello muscolare. La contrazione muscolare attraverso l’attività fisica conduce a risposte adattative che migliorano l’efficienza metabolica, la capacità ossidativa e l’attività contrattile, conseguenze dovute dall’alterazione dell’espressione genica e dai livelli delle proteine coinvolte.
La genetica definita “funzionale” ci mette a conoscenza delle attitudini del nostro corpo e grazie ad essa siamo in grado di poter lavorare in maniera mirata per correggere alcuni aspetti psico-neuro-endocrino-immuno-
I nostri muscoli hanno una plasticità incredibile, se non li usiamo li perdiamo e quello che abbiamo scoperto è uno dei meccanismi che permette che ciò avvenga.
Uleen Zierath, del Karolinska Institut svedese
EPIGENETICA ED ALIMENTAZIONE
Dunque riassumendo, con il termine epigenetica indichiamo le modificazioni del DNA (e della cromatina) che influenzano il genoma e l’espressione genica SENZA ALTERARE il DNA stesso, in pratica determinando quale gene deve essere “ON” oppure “OFF” in una singola cellula determinandone l’espressione genica.
L’epigenetica nutrizionale o “nutri-epigenetica”, è la branchia che studia gli effetti che i diversi nutrienti possono avere nei confronti del DNA o della cromatina attraverso modifiche della loro espressione. Ad esempio studiando come l’esposizione a particolari nutrienti durante lo sviluppo possa “programmare” a lungo termine la salute ed il benessere dell’individuo o ancora come la disponibilità di cibo durante la gravidanza possa avere effetti permanenti sull’espressione genica del bambino, così come alcuni studi hanno cercato di verificare come la regolazione epigenetica influisca sull’espressione dei geni che contribuiscono allo sviluppo dell’obesità.
Negli ultimi anni è stato sempre più evidenziato come l’alimentazione sia in grado di indurre cambiamenti in un organismo, inducendo, di conseguenza, dei cambiamenti nell’espressione del genoma umano. Questi cambiamenti, non solo modificano le caratteristiche metaboliche delle cellule, quindi, dell’organismo, ma vanno ad influenzare il rischio di incidenza di malattie croniche come diabete, obesità ed ipertensione (Trujillo et al 2006). Infatti, è stato scoperto che una dieta ricca in vitamine B12, B6, colina e folati, agendo appunto a livello epigenetico, sarebbe in grado di agire da fattore protettivo contro le patologie croniche sopra citate; non solo, questo “effetto protettivo” sarebbe in qualche modo ereditabile (Cropley et al 2006).
Durante la vita, i nutrienti possono modificare i processi fisiologici e patologici, attraverso meccanismi epigenetici, infatti con la modulazione di questi processi, attraverso la dieta che è più fisiologica di qualsiasi farmacoterapia o attraverso specifici nutrienti, è possibile prevenire le diverse malattie (compreso cancro ed obesità) ed è quindi utile per il mantenimento della buona salute. Ad esempio, se non assumiamo il calcio, non solo le nostre ossa si indeboliscono, ma anche i nostri geni si modificano, cioè, possiamo trasmettere ai nostri figli questa caratteristica e magari i nostri figli saranno più soggetti all’osteoporosi perché gli abbiamo trasmesso un gene che non lavora come quello di una persona sana. Queste “modifiche” genetiche, fortunatamente, non sono permanenti. Si possono trasmettere per qualche generazione, infatti, quello che mangiamo non solo modifica giorno per giorno i nostri geni, ma anche gli stessi geni che passeremo ai figli e ai nipoti, ma se modifichiamo in meglio il nostro modo di alimentarci e di vivere possiamo rieducare i geni a riprendere il loro comportamento originario.
Un esempio clamoroso e indimenticabile, credo, lo troviamo in uno studio fatto dal dottor Fred Hale alla fine degli anni ‘30. Egli riuscì a privare il cibo di una scrofa di vitamina A prima che rimanesse gravida. La scrofa partorì dei maialini senza occhi. Alla gravidanza successiva la scrofa si nutrì normalmente e i maialini nacquero perfettamente normali; questo suggerisce che la modificazione genetica non era permanente, ma reversibile. La Vitamina A deriva dai retinoidi che si trovano nelle piante che come sappiamo devono la loro vita alla luce. L’assenza di Vitamina A è stata interpretata dal DNA della scrofa come assenza di luce. Ma se manca la luce a che diavolo servono gli occhi? A nulla: risparmiamo quindi ed evitiamo di farli, ha ragionato il DNA.
E’ come se il nostro DNA facesse delle prove. Per qualche generazione la modifica è reversibile, dato che potrebbero cambiare le cose da una generazione all’altra. Solo se gli stimoli che il gene riceve sono persistenti per molte generazioni diventa difficile se non impossibile tornare alla situazione originaria. È come quando un programmatore di software crea un nuovo prodotto. Lo chiama Beta perché è pronto a rimodificarlo a seconda delle esigenze; ma se il software dimostra di funzionare il programmatore lo integra magari nel sistema operativo e lo rende in tal modo immodificabile e parte della macchina stessa.
Ma da dove vengono questi “controllori”, queste molecole che interagiscono con i nostri geni e li educano e controllano?
Dal cibo: vitamine, minerali, macronutrienti che prendiamo dal cibo diventano i controllori dei nostri geni e delle loro azioni. Capite ora l’enorme importanza del cibo? Quello che mangiamo non solo modifica giorno per giorno i nostri geni, ma anche quegli stessi geni che passeremo ai figli e ai nipoti. Come Umani abbiamo la grande responsabilità di salvaguardare il nostro patrimonio genetico perché le conseguenze di quello che facciamo a noi graveranno anche sui nostri discendenti.
Ciò che i nostri genitori e nonni mangiavano, quanto esercizio fisico hanno fatto, a quali sostanze chimiche sono stati esposti, sono tutti fattori che influenzano l’aspetto e il funzionamento del nostro organismo adesso, ma possiamo in qualsiasi momento prenderne atto e modificarlo tramite uno stile di vita più “sano” possibile.
La genetica non è tutto. L’impegno costante e perseverante può battere la genetica che non si impegna.
Riferimenti:
Prof.ssa Rosaria Meccariello P.Ass. di Biologia applicata (BIO13) Dipartimento di Scienze Motorie e del Benessere
Comunicazionescientifica.eu
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