La responsabilità dell’epigenetica

Il materiale genetico non è fisso e immutabile, ma dipende dalle nostre scelte di vita. Eccoci ancora responsabilità nei confronti della discendenza

Lamarck vs Darwin

Una giraffa tende per tutta la vita il collo per cibarsi delle foglie più alte di un albero. La sua discendenza avrà il collo più lungo dei progenitori.

Questa la teoria di Lamarck, smentita successivamente dallo studio dell’ereditarietà. Essendo infatti il patrimonio genetico “fisso” sin dall’incontro della cellula uovo e dello spermatozoo al momento del concepimento, come poteva essere possibile che una caratteristica acquisita durante la vita potesse essere trasmessa ai figli? Non poteva certo modificare il DNA che è tutto strizzato e ben protetto nel nucleo delle nostre cellule. In alternativa, la teoria Darwiniana dell’evoluzione propone una spiegazione. Avendo più probabilità di trovare cibo, saranno le giraffe con il collo più lungo a sopravvivere e riprodursi. La progenie sarà appunto di quegli organismi, favorendo la prevalenza nelle generazioni successive di questi caratteri vincenti. E fin qui tutto liscio. Ma la Scienza non si accontenta mai, nemmeno delle cose che sembrano coerenti, e un altro plot twist non tarda ad arrivare. Lo studio dell’Epigenetica appunto.

Epigenetica

L’enciclopedia Britannica definisce Epigenetica come studio delle modifiche chimiche di specifici geni o proteine. Queste modifiche possono definire come l’informazione nei geni sarà espressa e usata dalle cellule. Il termine entra in uso negli anni ’40 del secolo scorso, quando l’embriologista inglese Waddington lo adottò per descrivere le interazioni tra geni e prodotti dei geni, che poi portano allo sviluppo del fenotipo dell’organismo (caratteristiche osservabili di un individuo, mentre il genotipo sarebbe l’informazione genetica di base). In particolare, ad oggi si conoscono una serie di modifiche specifiche sia sul DNA, che sulle proteine associate (istoni).

Queste determinano se un gene debba essere espresso o meno, quando e in che quantità, in un organismo o in uno specifico tipo cellulare. Ecco perché risulta fondamentale per lo sviluppo, come se dirigesse i lavori, e spiegando finalmente in che modo a partire dalla stessa informazione di base, ogni cellula possa differenziarsi dall’altra, spegnendo o accendendo diversi geni. Ogni cellula riceve in dotazione lo stesso DNA di base, e in più una serie di istruzioni specifiche a seconda del tessuto di appartenenza. In altre parole, non basta il DNA con la sua sequenza nuda e cruda, ma un complesso sistema lo regola a posteriori.

Una metilazione è per sempre?

La principale modifica conosciuta è la metilazione (paronimo della parola mutilazione, ma in realtà si tratta dell’aggiunta di un gruppo metile -CH₃).

La cosa più interessante in questa sede è il fatto che possa essere transiente, quindi cambiare anche nel corso della vita (ci sono anche metilazioni permanenti ovviamente). Interessa principalmente la Citosina, una delle quattro basi azotate del DNA (insieme a Timina, Guanina e Adenina). Altre sono aggiunte di piccoli gruppi come forforil o acetil gruppi e riguardano gli istoni, per lo più. Possiamo immaginarli come dei cartellini: alcuni dicono agli enzimi che trascrivono il genoma di passare oltre quel punto, altri ne promuovono anzi la lettura, favorendo la produzione di determinati prodotti. Di solito, se gli istoni hanno un alto numero di acetilazioni, quel particolare pezzo di DNA associatovi, sarà trascritto (quindi letto e tradotto in prodotti a livello cellulare) più frequentemente.

Una bella eredità: il ritorno di Lamarck

Quello che è particolarmente interessante è che alcune modifiche epigenetiche sono ereditabili, sebbene il meccanismo non sia poi tanto chiaro. Altre sono invece cancellate nel passaggio da generazione a generazione cellulare. Anzi, nella maggioranza dei casi avviene una specie di reset durante la formazione delle cellule sessuali. Ma alcune rimangono. Adesso la domanda ritorna: queste modifiche è possibile acquisirle nel corso della nostra vita? E se possono essere ereditate, allora non era poi del tutto errato il concetto di Lamarck. Possiamo trasmettere qualcosa che abbiamo acquisito nel corso della vita. Ma vediamo meglio.

Intanto il discorso ha rilevanza nel campo della medicina. L’epigenetica sembra essere coinvolte in alcune malattie o nella protezione da alcune di esse. Il primo caso come la sindrome di Angelman o quella di Prader-Willi, dipende non solo dall’aver ereditato il gene o no, ma anche la modifica epigenetica che ne regola l’espressione.

Orologio molecolare

Da sempre si cerca di individuare il motivo dell’invecchiamento, per contrastarlo o soltanto per capirlo. Lo studio dei gemelli è una delle modalità preferite: monitorando il loro invecchiamento, visto che possiedono gli stessi geni e la stessa età. E grazie a loro è stato possibile avanzare timidamente una correlazione tra la percentuale di cellule metilate e l’età. Il quadro delle metilazioni sembra rispondere anche all’invecchiamento, di cui è solo una misura parziale, ma aggiunge una tessera al puzzle.

Niente è lasciato al caso

Non tutte le modifiche sono permanenti e presenti dalla nascita, alcune infatti possono dipendere da fattori ambientali e comportamentali. Lampante l’esempio dei fumatori. Fumare può diminuire il numero di metilazioni in un gene (AHRR) coinvolto nella divisione e crescita cellulare. Dopo aver smesso, il numero incrementa nuovamente. Non sono ancora chiare le implicazioni per la salute. Certi cartellini epigenetici possono poi proteggere dal cancro o tristemente aumentarne le probabilità di esserne colpiti. Oppure, sembra essere chiaro che incrementate metilazioni nel BRCA1 possono diminuire la sua espressione e dunque aumentare il rischio di cancro al seno. Altri studi hanno investigato lo stesso sul cancro al colon retto.

Più discussa è la nutrizione durante la gravidanza. Il modo in cui la madre si alimenta, o si comporta, possono influenzare moltissimo lo sviluppo del nascituro. Questo tipo di evidenze proviene da studi in casi “estremi”. I bambini concepiti e sviluppati nel corso di una carestia in Danimarca (durante la Seconda Guerra Mondiale), hanno dimostrato più probabilità di sviluppare alcune malattie cardiovascolari o schizofrenia e diabete tipo 2. Lo studio del loro profilo epigenetico ha dimostrato che il numero di metilazioni era alterato in alcuni geni, rispetto ai loro fratelli nati in altri periodi.

In continua evoluzione

In definitiva, queste osservazioni ci ritraggono un DNA molto più dinamico di quello che ci si aspettava, con modifiche acquisibili nel corso della vita ed ereditabili (mettendo da parte per un momento la scottante ingegneria genetica).

Povero Lamarck, qualche ragione l’aveva. Ha delle profonde implicazioni, che rende il campo della genetica un universo da investigare in continua espansione. E quel che più riguarda noi singoli nel corso della nostra vita, la conoscenza dell’epigenetica ci restituisce molta più responsabilità per come gestiamo la quotidianità, la salute, l’alimentazione. Non solo per noi stessi, ma anche per chi si ritroverà ad ereditare il nostro patrimonio genetico, di cui dobbiamo avere cura anche per gli altri.

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Darwin (credits to Hulki Okan Tabak (@hulkiokantabak) | Unsplash Photo Community)