La dieta può cambiare i nostri geni? I nostri traumi infantili possono influenzare i nostri figli e nipoti? Le risposte a queste domande possono essere fornite dall'epigenetica, ovvero la 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 la comprensione della relazione tra background genetico e fattori ambientali.
Sommario:
- Epigenetica: cosa sono le modificazioni epigenetiche?
- Epigenetica: tipi di modificazioni epigenetiche
- Epigenetica: il ruolo delle modificazioni epigenetiche
- Epigenetica - dieta
- Epigenetica - polimorfismi del gene MTHFR
- Epigenetica - stress
- Epigenetica: impatto sulla salute
L'epigenetica è una branca della scienza che studia i cambiamenti nell'espressione genica che non sono dovuti a modifiche di sequenza nel filamento di DNA. Tali modifiche sono chiamate modificazioni epigenetiche e sono un tipo di marcatori molecolari che vengono aggiunti ai filamenti di DNA da enzimi appropriati, ad esempio metiltransferasi.
Tramite modifiche epigenetiche, il corpo può controllare il corso di molti processi biologici chiave, come lo sviluppo di specifici tessuti e organi nell'utero.
Il termine "epigenetica" fu usato per la prima volta da Waddington nel 1942. Il prefisso "epi-" deriva dalla parola greca "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 la modificazione epigenetica possono decidere se un dato gene è espresso o meno, agendo come "interruttori" e "interruttori" molecolari che regolano l'espressione di particolari geni.
Ancora più importante, questi tipi di modifiche non cambiano 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, marcatori molecolari appropriati vengono aggiunti o rimossi dopo ogni divisione cellulare e duplicazione del filamento di DNA.
Quindi, ogni cellula ha il proprio modello caratteristico di marcatori molecolari che determina il suo profilo di espressione genica specifico. La raccolta di tali marcatori molecolari è chiamata epigenoma.
La modifica epigenetica più nota è la metilazione del DNA, che consiste nell'attaccare un gruppo metile alla citosina (un composto basico che fa parte del DNA).
A sua volta, la modifica epigenetica inversa alla metilazione è la demetilazione, che consiste nella rimozione del gruppo metile dalla citosina.
Epigenetica: tipi di modificazioni epigenetiche
Le modifiche epigenetiche possono influenzare direttamente i filamenti di DNA:
- Metilazione del DNA, cioè legare gruppi metilici alla citosina mediante DNA metiltransferasi
- Demetilazione del DNA, ovvero la rimozione dei gruppi metilici dalla citosina mediante DNA demetilasi
- Inoltre, vengono apportate modifiche epigenetiche alle proteine su cui non è avvolto nulla di DNA, cioè gli istoni:
- metilazione dei residui di lisina e arginina degli istoni con metiltransferasi istoniche
- demetilazione di residui di lisina e arginina di istoni con demetilasi istone
- acetilazione dei residui di lisina istonica con acetiltransferasi istoniche
- deacetilazione dei residui della lisina dell'istone da parte dell'istone deacetilasi
- fosforilazione dei residui di serina istonica da chinasi
- ubiquitinazione dei residui di lisina istonica legando la proteina ubiquitina agli istoni con l'uso degli enzimi E1, E2 ed E3
- ribosilazione dell'istone glutammina e residui di arginina che coinvolgono l'attaccamento di nucleotidi ADP-ribosio con l'uso di polimerasi e transferasi
La modificazione epigenetica atipica è la cosiddetta 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
- maggiore espressione genica
- silenziare l'espressione genica
- controllo della differenziazione cellulare nel corpo
- sviluppo embrionale
- regolazione del grado di condensazione della cromatina, es. inattivazione del cromosoma X, grazie alla quale nelle donne è attiva solo una copia dei geni legati al sesso.
Le api sono un interessante esempio del ruolo della modificazione epigenetica nello sviluppo animale. In questi insetti, la regina è la madre di tutte le api in un alveare, con la conseguenza che hanno tutte la stessa sequenza di DNA.
Anche così, un alveare è abitato da insetti che hanno un aspetto e si comportano diversamente. Gli operai sono più piccoli della regina e hanno un temperamento 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 degli alveari.
Un meccanismo simile si osserva durante lo sviluppo fetale degli animali, quando silenziare e migliorare l'espressione di geni specifici influisce sul destino di una data cellula staminale, sia che si tratti di una cellula nervosa cerebrale che di una cellula epiteliale gastrica.
Epigenetica - dieta
Le modificazioni epigenetiche si verificano già durante la vita fetale e quindi possono 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 sulle modificazioni epigenetiche 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 viene 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, una ridotta disponibilità di questi composti può comportare una ridotta sintesi di SAM e disturbi del processo di metilazione
- modulando l'attività degli 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 nel 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 da una predisposizione all'obesità, al diabete e al cancro.
Il colore giallo della pelliccia in questi topi è una sorta di indicatore di una metilazione genica insufficiente.
Nell'esperimento, topi "agouti" gravidi sono stati alimentati con un mangime con un alto contenuto di donatori di metile, tra gli altri. acido folico e colina.
Con sorpresa degli scienziati, la prole 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 genitori.
Come si è scoperto, questa era una conseguenza di una dieta modificata e del ripristino della normale metilazione del DNA.
Queste osservazioni supportano il fatto che l'epigenoma può essere alterato dalla dieta e può avere conseguenze sulla salute di vasta portata.
Negli ultimi anni è stato anche 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 le fibre alimentari solubili, 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'efficienza delle modificazioni epigenetiche può anche essere influenzata da polimorfismi genetici, cioè piccoli cambiamenti nel genoma, la cui conseguenza è la presenza di varie varianti geniche nella popolazione umana.
Una delle conseguenze dei polimorfismi genetici è, tra le altre. la risposta diversa di ognuno 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 metilenetetraidrofolato 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 alterato la conversione della forma inattiva di acido folico nella sua forma attiva 5-metiltetraidrofolato (5-MTHF), quindi hanno una maggiore necessità di donatori di metile.
E sebbene la ricerca non abbia chiaramente confermato che tali persone possano aver ridotto la metilazione dei filamenti di DNA, nel loro caso vale la pena prestare attenzione a un apporto adeguato nella dieta o all'integrazione aggiuntiva di donatori di metile come l'acido folico o la colina.
Epigenetica - stress
Ormoni dello stress in eccesso, tra gli altri il cortisolo può influenzare le modificazioni epigenetiche del 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 tale epigenoma sia modellato da esperienze traumatiche infantili e / o situazioni stressanti croniche.
Questo profilo epigenetico viene mantenuto per tutta la vita e probabilmente viene trasmesso a figli e nipoti (noto come eredità extra-genetica).
Epigenetica: impatto sulla salute
Errori durante le modifiche epigenetiche, come il silenziamento dell'espressione del gene sbagliato, possono causare gravi conseguenze nel funzionamento del corpo, ad esempio causare il cancro.
Inoltre, sempre più studi indicano che le modificazioni epigenetiche, oltre a partecipare a processi fisiologici, possono partecipare allo sviluppo di malattie come:
- autismo
- schizofrenia
- depressione
- malattia cardiovascolare
- malattie neurodegenerative
- Malattie autoimmuni
- allergie
Particolarmente ricercata è la relazione tra modificazioni epigenetiche, dieta e rischio di malattie specifiche.
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 nel 1944-1945 avevano un rischio maggiore di malattie cardiovascolari, obesità e schizofrenia rispetto ai figli di madri che non soffrivano la fame.
Nei bambini di madri affamate è stato trovato ridotta metilazione del gene che codifica per il fattore di crescita insulino-simile 2 (IGF2).
Vale la pena saperloLe conquiste dell'epigenetica sono attualmente oggetto di intense ricerche nella scienza nutrizionale. Esiste persino una nuova disciplina che si occupa dell'influenza dei nutrienti sull'espressione genica, ovvero la nutrigenomica.
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