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Epigenetica

Se la nostra dotazione genetica (DNA) è il nostro Karma, l’Epigenetica è il libero arbitrio e cioè la possibilità di modificarne gli effetti. 

L’anatomia  (DNA) è il destino” Sigmund Freud

“L’epigenetica consiste in tutte quelle cose occulte e meravigliose che la genetica non è in grado di spiegare”. Denise Barlow (Vienna, Austria)

Il “dogma centrale” della biologia molecolare sostiene che le informazioni ereditarie sono trasmesse attraverso meccanismi genetici. In realtà, lungo le generazioni, una cellula scambia con le cellule figlie anche informazioni non contenute nella sequenza di basi del DNA. L’epigenetica studia la trasmissione di caratteri ereditari non attribuibili direttamente alla sequenza di DNA.

“…viene voglia di chiedersi se questo nastro attorcigliato di zuccheri e basi puriniche e pirimidiniche sia, effettivamente, Dio.” James Watson

Sono passati più di 50 anni dalla scoperta della struttura a doppia elica  del DNA da parte di James Watson e Francis Crick. Questa scoperta, insieme alla diffusione della teoria darwiniana dell’evoluzione, ha contribuito a rendere di dominio pubblico l’idea che il DNA codifica caratteristiche ereditarie.  In un certo senso però, le teorie evoluzionistiche che spiegano tutto con l’esistenza dei geni,  hanno mostrato di avere dei limiti. Il programma genetico, come un complesso spartito musicale, rimarrebbe privo di vita senza un’orchestra di cellule (i musicisti) e di fattori epigenetici (gli strumenti musicali) per poterlo interpretare.

La scienza sta ora iniziando a comprendere chi sia ad interpretare il nostro “spartito” genetico e sembra anche che “l’interpretazione” possa cambiare  radicalmente da una generazione all’altra senza che ci sia alcun mutamento nel DNA. L’epigenetica cerca di capire come il nostro genoma sia influenzato dai meccanismi che regolano l’espressione genica. Fattori epigenetici sono, ad esempio, l’arrangiamento spaziale del DNA, come l’avvolgimento intorno agli istoni per formare la cromatina, oppure la modificazione biochimica.

Il nostro corpo è formato da centinaia di tipi diversi di cellule  ma ciascuna di esse deriva dalla stessa cellula di partenza. Una cellula nervosa è, però, molto diversa da una cellula del fegato.

Se pensiamo che il genoma umano è formato da circa 30 000 geni è facile rendersi conto che, proprio come nell’interpretazione di un pezzo musicale, il silenzio ha un ruolo fondamentale. Lo sviluppo di una cellula è governato dal silenziamento selettivo di geni, e a sua volta, il silenziamento, è il risultato di fattori epigenetici come la metilazione (l’aggiunta di un gruppo metilico). Quindi la metilazione ha un effetto in tutti quei fenomeni in cui i geni vengono “accesi” o “spenti”, sia che si tratti della formazione di una macchia di colore viola su un petalo di petunia o della crescita di un tumore.

Errori nel silenziamento dei geni possono produrre pericolose “stonature”. Anomalie nella metilazione del DNA possono alterare l’organizzazione spaziale della cromatina. Questo a sua volta può determinare quali geni sono resi silenti dopo la divisione cellulare. L’ipermetilazione può inibire l’azione di geni che agiscono come soppressori di tumori o geni responsabili della riparazione del DNA. Non a caso tali epimutazioni sono state riscontrate in molti tipi di tumore. Pertanto lo studio dell’epigenetica  può aprire la strada alla sperimentazione di nuove terapie.

L’epigenetica fornisce anche una spiegazione di come il materiale genetico si adatti ai cambiamenti ambientali. Ad esempio le piante, che pure non hanno un sistema nervoso, possono “memorizzare” i cambiamenti stagionali. In alcune specie biennali questa capacità è fondamentale per poter produrre fiori durante la primavera. Esperimenti hanno dimostrato che l’esposizione al freddo durante la stagione invernale provoca cambiamenti nella cromatina che silenziano i geni coinvolti nella fioritura. Questi geni sono poi riattivati durante la stagione primaverile, quando ci sono le condizioni migliori per la riproduzione.

L’ambiente può anche provocare cambiamenti epigenetici i cui effetti sono visibili sulle generazioni successive. Recenti esperimenti condotti sui topi hanno dimostrato che il colore del pelo, che può essere marrone, giallo o a chiazze a seconda del grado di metilazione del gene agouti durante lo sviluppo embrionale, è influenzato dalla dieta. Se durante la gravidanza le madri venivano nutrite con supplementi a base di acido folico o vitamina B12, che sono ricchi in gruppi metilici, la progenie aveva soprattutto pelo di colore marrone, mentre le madri nutrite normalmente (senza supplemento) avevano progenie con pelo giallo.

Proprio come un direttore d’orchestra controlla la dinamica dell’interpretazione musicale, i fattori epigenetici controllano l’interpretazione del DNA in ogni cellula vivente. La comprensione profonda di questi fattori potrebbe avere un impatto grandissimo sulla biologia evoluzionistica e dello sviluppo e avere anche risvolti pratici in medicina e in agricoltura.

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