Un base scientifica dell’epigenetica e suoi riflessi sull’evoluzione e il benessere.
Il codice genetico DNA consiste in una sequenza definita di quattro basi di nucleotidi (timina, guanina, adenina, citosina), il cui ordine nella disposizione rende possibile la vita sulla terra. È evidente come tali informazioni di sequenza da sole non bastino a spiegare in che modo un organismo multicellulare possa generare cellule specializzate come i 200 diversi tipi di cellule note nel corpo umano. Per questo serve un secondo strato informativo e, ormai da alcuni anni, è evidente come tale strato sia fortemente basato sulla chimica. Istoni, DNA e RNA sono l’obiettivo di sofisticate modifiche chimiche che stabiliscono un secondo livello di informazioni che decodifica questo codice chimico sulle molecole di RNA, in particolare di RNA messaggero. Sono noti più di 150 derivati chimici dei nucleotidi di RNA e molti altri attendono la scoperta. È quindi fondamentale studiare le modifiche dell’RNA e decifrarne la funzione. Più di recente, la “segnalazione” intercellulare sta fornendo maggiori informazioni sulle reazioni che avvengono tra le cellule. In biologia, la segnalazione fa parte di qualsiasi processo comunicativo che regola le attività di base delle cellule e coordina le azioni multicellulari. La capacità delle cellule di percepire e rispondere correttamente al loro microambiente è la base dello sviluppo, della riparazione tissutale e dell’immunità, oltre alla normale omeostasi dei tessuti. Dal momento che alcune delle basi modificate forniscono all’RNA una reattività ancora sconosciuta, che potrebbe essere generata dalla ”segnalazione cellulare”, occorre cercare di comprendere gli aspetti funzionali delle basi reattive, che consentono di affrontare alcune delle questioni più importanti associate alla teoria dell’RNA. Questi studi nel nuovo campo dell’epigenetica dell’RNA hanno il potenziale di diventare la prossima grande ondata di innovazione scientifica 63 anni dopo la scoperta della struttura a doppia elica del DNA. Secondo il prof. Thomas Carell dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera, l’evoluzione potrebbe quindi in parte basarsi sull’adattamento ambientale e non solo su mutazioni casuali, riaprendo il dibattito vecchio un secolo, quello tra Charles Darwin e Jean-Baptiste Lamarck. Com’è cambiata la comprensione dei nostri geni da parte degli scienziati negli ultimi anni. Una branca nota come epigenetica studia il modo in cui vengono, tramite segnalazione cellulare, attivati e disattivati i geni nel corso della nostra vita. Il DNA è stato ritenuto un sistema chiuso e stabile di memorizzazione statica di informazioni, ma recentemente è stato scoperto un secondo codice genetico sul DNA (epigenetico). Ci sono sempre le quattro paia di basi del DNA (C, T, G e A). La loro sequenza è come l’hardware del computer, ma ora sappiamo che al di sopra si trova il software di “segnalazione cellulare” che interpreta queste informazioni. Chimicamente parlando, lo fa alterando e ottimizzando segnali chimici sulle paia di basi della citosina (la C nel nostro codice), dette isole CpG. La sequenza univoca di DNA è ancora corretta ed è la stessa stringa di basi di DNA in tutte le cellule. Questo però non si applica alle informazioni epigenetiche, che si sovrappongono alle informazioni genetiche della sequenza di DNA. Quindi l’espressione del genoma non è statica ma dinamica, perché cambia guidata dai segnali cellulari epigenetici, benché la maggior parte delle persone ancora non sappia dell’esistenza di questo secondo livello di informazioni.
Qual è lo scopo di questi segnali cellulari per il DNA?
I vari tipi cellulari presenti nel nostro corpo hanno un aspetto diverso e assolvono funzioni diverse. Per diventare una cellula epidermica o un neurone, nel passaggio di informazioni scritte nel DNA di una cellula all’RNA secondo un meccanismo detto di sintesi proteica che serve alla produzione di proteine specifiche, l’RNA esegue le istruzioni del DNA ma è controllato dai segnali cellulari epigenetici che attivano o silenziano determinati geni. I segnali chimici e cellulari epigenetici agiscono come interruttori posti davanti ai geni, che non solo attivano o disattivano i geni ma intervengono per sintonizzarli e renderli funzionali, alterando il livello di attività dei geni nell’invio di istruzioni per produrre proteine. Esistono altri tipi di segnali di questo tipo, alcuni significano fermarsi, altri significano proseguire, altri ancora possono cambiare l’attività genetica in modo più sottile.
Come questa nuova conoscenza può cambiare le teorie evolutive?
Le controversie nella ricerca evolutiva risalgono alla disputa tra Charles Darwin e Jean-Baptise Lamarck. La teoria darwiniana sostiene che l’evoluzione si fonda su mutazioni casuali che forniscono a determinati organismi un vantaggio in termini di adattamento, consentendo loro di sopravvivere. Secondo Lamarck l’evoluzione segue invece certi percorsi, così che se un organo diventa particolarmente importante (per un organismo), può essere rafforzato nella generazione successiva. La teoria di Darwin si impose sulla base del fatto che le mutazioni possono avvenire solo per caso e poi diventare stabili, apportando un vantaggio o uno svantaggio in termini di sopravvivenza. Non erano stati trovati meccanismi a sostegno delle idee di Lamarck. Attualmente questi interruttori dinamici epigenetici, da poco scoperti, potrebbero riaprire il dibattito e spiegare in che modo l’ambiente influisca sulla nostra genetica, riaprendo la teoria lamarkiana sulla base delle conoscenze epigenetiche. L’epigenetica, ovvero lo studio di questi segnali cellulari chimici, è di enorme importanza per l’evoluzione della medicina e del benessere. Comprendendo meglio questi interruttori epigenetici dinamici, potremmo essere in grado di riattivare geni che ci consentono di rigenerare tessuti che sono stati danneggiati, persino gli organi. “Ci sono situazioni in cui le bandiere di DNA sono particolarmente importanti?” I neuroni formano connessioni quando impariamo, e i dendriti ramificati (i rami di un neurone) aiutano a immagazzinare i ricordi. Per far crescere nuovi dendriti, dobbiamo attivare certi geni, e di nuovo intervengono i segnali epigenetici che preparano il corpo ad apprendere. Un altro esempio arriva dall’inizio della vita. I geni presenti in spermatozoi e ovociti si trovano per lo più in stato silente, ma quando si uniscono nella fecondazione si attiva un numero enorme di geni, la cui accensione e spegnimento deve essere strettamente controllata per ottenere la sequenza del feto in via di sviluppo (embriogenesi); anche qui, a farlo sono i segnali epigenetici. From Carell, Vermeulen Cell 2013; Carell Nat. Chem. Biol. 2014. Note aggiunte* È risaputo che i processi biologici si basano sulle modificazioni strutturali proteiche, come la trasmissione dei segnali neurali intercellulari e il trasporto di ossigeno. L’apertura e chiusura dei canali ionici per far passare le informazioni di segnalazione cellulare dipende dalle modificazioni strutturali della proteina di transmembrana. Nel caso dell’emoglobina, la proteina deputata al trasporto di ossigeno nel sangue, la modificazione strutturale globale con il legame iniziale dell’ossigeno in un dominio singolo induce la struttura a legarsi a ulteriori domini, aumentando l’efficacia di trasporto. Da anni si ipotizza che la modificazione strutturale proteica essenziale alla funzione sia mediata attraverso la segnalazione cellulare a lungo raggio e dai moti vibrazionali che coinvolgono le reti dinamiche estese per tutta la proteina. Alle segnalazioni cellulari a lungo raggio e ai moti vibrazionali sono stati attribuiti cambiamenti drastici nell’efficienza e nella velocità di trasferimento degli elettroni con mutazioni lontano dal sito attivo.
La tecnologia di mappatura nutrizionale epigenetica si basa sugli influssi delle informazioni contenute nei segnali ambientali, alimentari e di stile di vita odierni, tutti profondamente diversi rispetto a quelli dei nostri antenati. Oggi, i fattori di stress moderni sono gli elementi principali che influiscono su longevità e benessere. La tecnologia evidenzia gli indicatori ottenuti e digitalizzati dal segnale epigeneratore, che risuona nelle informazioni cellulari prima che vengano espresse sotto forma di sintomi. Pertanto, la mappatura epigenetica genera una serie di indicatori soggiacenti che possono fornire un indizio per capire la causa dello stress biologico. La tecnologia si basa su una prospettiva preventiva più che su un’espressione curativa e pertanto non è in alcun modo diagnostica. L’ampia gamma di informazioni fornite nei report permette ai professionisti di condurre ulteriori e più approfonditi esami. Il segnale epigeneratore può influire sul fenotipo epigenetico ed è innescato da variazioni nell’ambiente. Ogni cosa che avviene a monte del primo evento fa parte del segnale epigeneratore, inclusi indizi o nicchie ambientali/nutrizionali e i successivi pathway segnalatori che conducono all’iniziatore. Una volta ricevuto il segnale epigeneratore, viene convertito in un pathway epigeneratore intracellulare che culmina nella “attivazione” dell’iniziatore. Il pathway di segnalazione dell’epigeneratore è influenzato da diversi elementi, dalla semplice interazione proteina-proteina fino all’evento basato su una modifica che libera l’attività latente dell’iniziatore. Il segnale dell’epigeneratore è transitorio e rimane nelle cellule quanto basta per innescare il fenotipo epigenetico ma non a sufficienza per scatenare eventi successivi. Tuttavia se il segnale ambientale si ripete spesso, allora possono insorgere degli eventi sintomatici.
Sei un professionista della Sanità? Scopri S-Drive.
