CONTENUTO VERIFICATOAutore: Karolina Karabin, MD, PhD, biologa molecolare, diagnostica di laboratorio, consulente di nutrizione e stile di vita

La dieta può cambiare i nostri geni? I nostri traumi infantili potrebbero influenzare i nostri figli e nipoti? Le risposte a queste domande possono essere fornite dall'epigenetica, ovvero dalla scienza che studia il cosiddetto modificazioni epigenetiche. Attualmente, le modificazioni epigenetiche sono considerate una delle scoperte più importanti della biologia molecolare, in quanto hanno permesso di comprendere la relazione tra il background genetico e i fattori ambientali.

Epigeneticaè una branca della scienza che studia i cambiamenti nell'espressione genica che non risultano da modifiche di sequenza in un filamento di DNA. Tali modificazioni sono dette epigenetiche e sono un tipo di marcatori molecolari che vengono aggiunti ai filamenti di DNA da enzimi appropriati, ad esempio le metiltransferasi.

Per mezzo di modificazioni epigenetiche, il corpo può controllare il corso di molti processi biologici chiave, come lo sviluppo di singoli tessuti e organi nell'utero.

Il termine "epigenetica" fu usato per la prima volta da Waddington nel 1942. Il prefisso "epi-" deriva dal vocabolo greco "sopra", che tradotto liberamente significa qualcosa che è al di sopra della genetica classica.

Epigenetica - cosa sono le modificazioni epigenetiche?

I marcatori molecolari aggiunti a un filamento di DNA durante le modificazioni epigenetiche possono determinare se un gene è espresso o meno, agendo come "interruttori" molecolari e "interruttori" che regolano l'espressione di particolari geni.

Soprattutto, questi tipi di modificazioni non modificano la struttura del filamento di DNA, cioè non sono un tipo di mutazione genetica irreversibile, ma qualcosa che subisce cambiamenti dinamici sotto l'influenza di fattori ambientali.

Inoltre, i marcatori molecolari appropriati vengono aggiunti o rimossi dopo ogni divisione cellulare e duplicazione del filamento di DNA.

Quindi, ogni cellula ha il proprio pattern caratteristico di marcatori molecolari, che determina il suo specifico profilo di espressione genica. La raccolta di tali marcatori molecolari èepigenom .

La modifica epigenetica più nota èmetilazione del DNA , che coinvolgelegando un gruppo metilico alla citosina (un composto di base che fa parte del DNA).

La modifica epigenetica inversa alla metilazione èdemetilazione , che consiste nella rimozione del gruppo metilico dalla citosina.

Epigenetica - tipi di modificazione epigenetica

Le modificazioni epigenetiche possono influenzare direttamente il filamento di DNA:

  • Metilazione del DNA, ovvero unione di gruppi metilici alla citosina mediante DNA metiltransferasi
  • Demetilazione del DNA, ovvero la separazione dei gruppi metilici della citosina mediante DNA demetilasi
  • Inoltre, le modificazioni epigenetiche sono costituite da proteine ​​su cui non è avvolto il DNA, ovvero gli istoni:
  • metilazione dei residui di lisina e arginina degli istoni con istone metiltransferasi
  • demetilazione dei residui di lisina e arginina degli istoni con istone demetilasi
  • acetilazione dei residui di lisina dell'istone con acetiltransferasi dell'istone
  • deacetilazione dei residui di lisina dell'istone da parte dell'istone deacetilasi
  • fosforilazione di residui di serina istonica da parte di chinasi
  • ubiquitinazione dei residui di lisina dell'istone legando la proteina ubiquitina agli istoni utilizzando gli enzimi E1, E2 ed E3
  • ribosilazione dell'istone glutammina e residui di arginina che coinvolgono l'attacco di nucleotidi ADP-ribosio mediante polimerasi e transferasi

Le cosiddette modificazioni epigenetiche atipiche molecole di RNA non codificanti, ad esempio microRNA (miRNA). Sono brevi molecole di RNA a filamento singolo (composti simili al DNA) che possono regolare l'espressione genica bloccando la formazione di proteine.

Epigenetica - il ruolo delle modificazioni epigenetiche

  • espressione genica potenziata
  • silenziamento dell'espressione genica
  • controllo della differenziazione cellulare nel corpo
  • sviluppo embrionale
  • regolazione del grado di condensazione della cromatina, ad esempio inattivazione del cromosoma X, grazie al quale nelle donne è attiva solo una copia dei geni legati al sesso.

Un esempio interessante del ruolo delle modificazioni epigenetiche nello sviluppo animale sono le api. In questi insetti la regina è la madre di tutte le api di un alveare, con la conseguenza che hanno tutte la stessa sequenza di DNA.

Tuttavia, un alveare è abitato da insetti che hanno un aspetto e si comportano in modo diverso. Le operaie sono più piccole della regina e hanno un carattere mite, mentre i soldati sono più grandi e aggressivi.

Queste differenze sono causate da modificazioni epigenetiche che determinano l'aspetto e il comportamento delle api adattate al ruolo che svolgono nella comunità dell'alveare.

Durante lo sviluppo si osserva un meccanismo simileanimali fetali, quando silenziare e potenziare l'espressione di geni specifici influisce sul destino di una determinata cellula staminale, sia essa una cellula nervosa del cervello o una cellula epiteliale dello stomaco.

Epigenetica - dieta

Le modificazioni epigenetiche si verificano durante la vita fetale e possono quindi subire cambiamenti dinamici nel corso della vita sotto l'influenza di fattori ambientali.

Uno dei fattori più importanti che influenzano la forma dell'epigenoma è il cibo e le sue sostanze bioattive.

L'influenza della dieta sulla modificazione epigenetica è stata confermata in molti studi preclinici e clinici.

Esistono almeno due meccanismi attraverso i quali la dieta può influenzare la modificazione epigenetica, principalmente il processo di metilazione:

  • modificando la disponibilità di donatori di metile come la S-adenosilmetionina (SAM), che è sintetizzata nel ciclo della metionina da diversi precursori presenti negli alimenti, tra cui metionina, colina e il suo derivato betaina, acido folico e vitamine B2, B6 e B12. Pertanto, la ridotta disponibilità di questi composti può comportare una ridotta sintesi di SAM e disturbi nel processo di metilazione
  • modulando l'attività di enzimi legati al processo di metilazione (es. DNMT metiltransferasi) attraverso il consumo di polifenoli contenuti in frutta, verdura e spezie. Esempi di tali composti sono il resveratrolo nel vino rosso, l'epigallocatechina gallato (EGCG) nel tè verde, la curcumina nel rizoma della curcuma, la genisteina nei semi di soia, il sulforafano nei broccoli, la quercetina negli agrumi e il grano saraceno

L'influenza della dieta sull'epigenoma in utero è stata documentata dal famoso esperimento sui topi da laboratorio "agouti", che sono caratterizzati da un colore del mantello giallo e una predisposizione all'obesità, al diabete e al cancro.

Il colore giallo della pelliccia di questi topi è una sorta di indicatore di una metilazione genica insufficiente.

Nell'esperimento, topi "agouti" gravidi sono stati nutriti con cibo con un alto contenuto di donatori di metile, tra gli altri. acido folico e colina

Con sorpresa degli scienziati, la progenie di questi topi non assomigliava ai loro genitori. Il primo tratto evidente è stato il cambiamento del colore del mantello in marrone, ma la cosa più sorprendente è stata che i topi hanno perso la predisposizione alle malattie di cui soffrivano i loro genitori.

Come si è scoperto, era una conseguenza di una dieta modificata e del ripristino della corretta metilazione del DNA.

Queste osservazioni supportano il fatto che l'epigenoma può essere alterato attraverso la dieta e può avere conseguenze di vasta portata sulla salute.

Nell'ultimonel corso degli anni è stato inoltre dimostrato un ruolo significativo del microbiota intestinale nel processo di modificazione epigenetica

I microrganismi intestinali producono varie sostanze bioattive, ad esempio acidi grassi a catena corta, e la loro quantità dipende dalla composizione delle specie del microbiota e dalla qualità della dieta.

Un elevato apporto di prodotti prebiotici nella dieta, come la fibra alimentare solubile, ad esempio l'amido resistente, aumenta la concentrazione di acidi grassi a catena corta, che influenzano positivamente l'epigenoma delle cellule epiteliali intestinali.

Epigenetica - Polimorfismi del gene MTHFR

L'efficacia delle modificazioni epigenetiche può essere influenzata anche da polimorfismi genetici, cioè piccoli cambiamenti nel genoma, la cui conseguenza è la presenza di diverse varianti geniche nella popolazione umana.

Una delle conseguenze dei polimorfismi genetici è, tra le altre. ognuno ha una risposta diversa ai nutrienti.

Si stima che il 15-30% delle persone possa avere un maggiore bisogno di donatori di metile (soprattutto acido folico) a causa di polimorfismi sfavorevoli del gene MTHFR, che codifica per l'enzima metilentetraidrofolato reduttasi.

Questo enzima è responsabile della conversione dell'acido folico nella sua forma attiva.

Le persone con una variante sfavorevole del polimorfismo del gene MTHFR hanno una ridotta conversione della forma inattiva dell'acido folico nella sua forma attiva 5-metiltetraidrofolato (5-MTHF), quindi hanno un maggiore bisogno di donatori di metile.

E sebbene gli studi non abbiano confermato inequivocabilmente che queste persone possono avere una ridotta metilazione del filamento di DNA, nel loro caso vale la pena prestare attenzione a un apporto adeguato nella dieta o ad un'integrazione aggiuntiva di donatori di metile, come acido folico o colina

Epigenetica - stress

Eccesso di ormoni dello stress, incl. il cortisolo può influenzare le modificazioni epigenetiche nel sistema nervoso e aumentare il rischio di disturbi psichiatrici.

È stato documentato che le persone che soffrono di disturbi d'ansia, disturbo da stress post-traumatico, disturbo da stress post-traumatico e depressione hanno un caratteristico profilo di modificazione epigenetica (principalmente ridotta metilazione del DNA).

Si ritiene che sviluppino tale epigenoma a seguito di esperienze traumatiche infantili e/o situazioni di stress cronico.

Questo profilo epigenetico è mantenuto in loro per tutta la vita ed è probabilmente trasmesso a figli e nipoti (noto come eredità extragenica).

Epigenetica - impatto sulla salute

Errori durante le modificazioni epigenetiche, come il silenziamento dell'espressione di un gene sbagliato, possono avere gravi conseguenze sul funzionamentol'organismo, ad esempio causare il cancro.

Inoltre, sempre più studi indicano che le modificazioni epigenetiche, oltre a partecipare ai processi fisiologici, possono partecipare allo sviluppo di malattie quali:

  • autismo
  • schizofrenia
  • depressione
  • malattie cardiovascolari
  • malattie neurodegenerative
  • malattie autoimmuni
  • allergie

È particolarmente ricercato il rapporto tra modificazioni epigenetiche, dieta e rischio di alcune malattie.

È stato dimostrato che nell'utero si verificano modificazioni epigenetiche significative, che possono avere implicazioni nell'età adulta.

Pertanto, ciò che la madre mangia durante la gravidanza può aumentare il rischio di alcune malattie e persino influenzare la generazione successiva.

È stato dimostrato che i figli di madri che erano incinte durante l'inverno della fame nei Paesi Bassi del 1944-1945 avevano un rischio maggiore di malattie cardiovascolari, obesità e schizofrenia rispetto ai figli di madri che non morivano di fame.

Nei figli di madri che soffrono la fame è stato riscontrato, tra gli altri, ridotta metilazione del gene che codifica per il fattore di crescita insulino-simile 2 (IGF2)

Vale la pena saperlo

I progressi dell'epigenetica sono attualmente oggetto di intense ricerche nelle scienze nutrizionali. Esiste anche una nuova disciplina che si occupa dell'influenza dei nutrienti sull'espressione genica, ad es.nutrigenomica .

Circa l'autoreKarolina Karabin, MD, PhD, biologa molecolare, diagnostica di laboratorio, Cambridge Diagnostics PolskaBiologo di professione, specializzato in microbiologia, e diagnostico di laboratorio con oltre 10 anni di esperienza nel lavoro di laboratorio. Laureato al College of Molecular Medicine e membro della Società Polacca di Genetica Umana, è responsabile delle borse di ricerca presso il Laboratorio di Diagnostica Molecolare del Dipartimento di Ematologia, Oncologia e Malattie Interne dell'Università di Medicina di Varsavia. Ha difeso il titolo di dottore in scienze mediche nel campo della biologia medica presso la 1a Facoltà di Medicina dell'Università di Medicina di Varsavia. Autore di numerosi lavori scientifici e divulgativi nel campo della diagnostica di laboratorio, della biologia molecolare e della nutrizione. Quotidianamente, in qualità di specialista nel campo della diagnostica di laboratorio, dirige il dipartimento dei contenuti presso Cambridge Diagnostics Polska e collabora con un team di nutrizionisti presso la CD Dietary Clinic. Condivide le sue conoscenze pratiche sulla diagnostica e la terapia dietetica delle malattie con specialisti in conferenze, sessioni di formazione e in riviste e siti web. È particolarmente interessata all'influenza dello stile di vita moderno sui processi molecolari nel corpo.

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Categoria:

Malattie genetiche