Epigenetica: effetti dei fattori ambientali sul genoma umano
Il comportamento fisico e sociale di un organismo è influenzato dalle sue modificazioni epigenetiche, che comprendono modificazioni degli istoni, metilazione del DNA, espressione di RNA non codificante e rimodellamento della cromatina. A differenza della sequenza genetica, i profili epigenetici variano da una cellula all’altra e subiscono modificazioni dinamiche nel corso dell’intera vita. il periodo prenatale sia una fase cruciale per le modificazioni epigenetiche e la programmazione cellulare, vi sono prove sempre più numerose che dimostrano l’influenza dei fattori nutrizionali e ambientali sull’espressione genica.
Nell’ organismo, diversi tipi cellulari possiedono lo stesso DNA, caratterizzato dalla medesima sequenza di coppie di basi; tuttavia, le cellule di ciascun organo presentano caratteristiche morfologiche e fisiologiche differenti. Ciò è dovuto a una diversa programmazione dell’espressione genica, che risulta altamente sensibile a stimoli di natura evolutiva, fisiologica, patologica e ambientale. La programmazione dell’espressione genica, responsabile delle diverse caratteristiche delle varie cellule, è definita epigenetica . i marcatori epigenetici rivestono un’importanza pari a quella della sequenza nucleotidica ; i profili epigenetici possono essere trasmessi da una cellula all’altra durante la divisione cellulare somatica, così come da una generazione all’altra attraverso la linea germinale . le modificazioni epigenetiche possono essere reversibili
L’ereditarietà epigenetica è riconosciuta come una forma di “memoria cellulare”.
Metilazione del DNA
La metilazione del DNA consiste nell’aggiunta di un gruppo metilico a un residuo di citosina in posizione 5′; tale modifica è talvolta definita come la “quinta base” del genoma. La metilazione del DNA avviene prevalentemente in corrispondenza delle regioni CpG del genoma. I dinucleotidi CpG ripetuti formano le “isole CpG”, situate spesso nella regione promotrice di un gene; la metilazione in tale regione determina il silenziamento del gene corrispondente .
il processo di metilazione della citosina non è un evento casuale o privo di funzione, bensì contribuisce a stabilizzare la doppia elica del DNA . Durante la fecondazione, la metilazione del genoma viene azzerata e poi ripristinata attraverso una serie di eventi di metilazione *de novo*, che conferiscono a ciascun gene un profilo di metilazione specifico. In questa fase avviene anche l’inattivazione dei geni localizzati sul cromosoma X negli embrioni femminili, garantendo che rimanga attiva una sola copia di ciascun gene.
Differenti meccanismi di differenziamento genico
La metilazione del DNA è catalizzata dalla famiglia enzimatica delle DNA citosina-metiltransferasi. Esistono due gruppi di metil-transferasi: la DNMT1, responsabile della metilazione del DNA parentale (processo noto come mantenimento della metilazione), e le DNMT3A e DNMT3B, responsabili della metilazione *de novo* del DNA durante l’embriogenesi. La metilazione del DNA avviene durante lo sviluppo e rimane stabile per tutto l’arco della vita di un individuo; essa svolge pertanto un ruolo chiave nella regolazione e nella stabilizzazione dei geni.
La metilazione del DNA svolge un ruolo centrale anche nell’eziologia di malattie dello sviluppo neurologico umano, come la sindrome dell’X fragile, la sindrome di Rett .Un meccanismo di controllo della metilazione del DNA è rappresentato dal codice genetico stesso: la composizione locale delle basi nel promotore determina la metilazione.
Rimodellamento della cromatina
All’interno della cellula, il DNA è impacchettato sotto forma di cromatina e che il processo di trascrizione genica può coinvolgere solo i geni situati sulla superficie dei nucleosomi .
La trascrizione dei geni localizzati all’interno dei nucleosomi non può avvenire finché la cromatina non viene aperta da proteine specifiche, rendendo i geni accessibili; questo processo è definito “rimodellamento della cromatina”.
La metionina viene sintetizzata a partire dall’omocisteina nel fegato, utilizzando un gruppo metilico proveniente dal tetraidrofolato o dalla betaina, derivata dalla colina, in presenza di zinco, selenio, vitamina B6 e vitamina B12. Di conseguenza, se l’organismo ricava il gruppo metilico dalla colina, utilizzerà una maggiore quantità di folati per soddisfare il proprio fabbisogno, e viceversa .
Le modificazioni epigenetiche legate ai folati possano essere reversibili in età adulta attraverso l’integrazione di donatori di gruppi metilici.
Alcuni studi hanno evidenziato il ruolo degli acidi grassi polinsaturi (PUFA) n-3 e n-6 nello specifico l’acido eicosapentaenoico, l’acido docosaesaenoico e l’acido arachidonico nei processi di metilazione del DNA .
Un basso apporto di magnesio è associato a numerose condizioni patologiche caratterizzate da stress infiammatorio cronico.
L’influenza dell’ambiente durante l’infanzia
Un ambito di grande interesse nella ricerca epigenetica riguarda l’impatto dell’ambiente vissuto durante la prima infanzia sul sistema nervoso centrale e sulla risposta allo stress. Il gene NR3C1 codifica per il recettore dei glucocorticoidi, espresso specificamente nei neuroni; di conseguenza, l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene – responsabile della risposta allo stress – non può essere adeguatamente inibito.
Effetto dei fattori ambientali sulla metilazione del DNA.
La sindrome di Rett, un disturbo progressivo dello sviluppo neurologico che rappresenta una delle cause più frequenti di ritardo mentale nel sesso femminile, è causata da mutazioni nella proteina MeCP2, che lega il DNA metilato . Tali mutazioni, così come una ridotta espressione di MeCP2, determinano difetti neurologici diffusi, associati anche all’autismo .
Il nostro ambiente, il cibo che consumiamo e lo stress a cui siamo sottoposti – al lavoro o a casa – possono modificare i nostri geni, quelli dei nostri figli e persino quelli delle generazioni successive.
Il tipo di alimentazione, l’ambiente in cui si è trascorsa l’infanzia, le cure materne ricevute e la dieta materna durante la vita prenatale possono alterare l’espressione genica. Tali alterazioni sono in grado di modificare la risposta di un individuo allo stress, le sue capacità di apprendimento, le modalità di pensiero e la suscettibilità a diverse patologie, come il diabete mellito, l’ipertensione, l’iperlipidemia e vari disturbi mentali; adottando uno stile di vita sano, possiamo proteggere non solo il nostro patrimonio genetico, ma anche quello delle generazioni future.
Da Chitakar et al. Int J Pharm Pharm Sci, Vol 8, Fascicolo 3, 1-6
