Che cos’è l’epigenetica, di Silvia Giannella

Come l’ambiente, l’alimentazione, il pensiero influenzano gli organismi viventi

L’epigenetica è una nuova scienza che ha rappresentato una vera e propria  rivoluzione nelle conoscenze scientifiche di vari ambiti di studio quali la biologia, la genetica, la medicina e la farmacologia determinando un  capovolgimento nell’approccio allo studio di queste discipline.

Infatti, mentre fino a pochi anni fa si pensava che i geni di un individuo  ne determinassero il destino, oggi sappiamo che l’ambiente in cui l’organismo vive (le sostanze chimiche, l’ambiente intrauterino, l’alimentazione, lo stress) riveste un ruolo altrettanto importante per l’individuo stesso ma anche per i suoi figli.

L’epigenetica nasce in seguito alla genetica, la scienza dell’ereditarietà: essa descrive tutte quelle modificazioni  che insorgono nel corso della vita di una cellula o di un organismo a causa dell’interazione con l’ambiente; l’aspetto particolare di tali modificazioni è che esse possono essere ereditabili pur non trasformando direttamente il DNA, il materiale ereditario per definizione.

Per capire bene l’importanza dell’epigenetica sia dal punto di vista teorico sia per le possibili applicazioni mediche, bisogna definire che cos’è la genetica e  descrivere sommariamente le principali conoscenze che la caratterizzano.

La genetica viene definita anche come la scienza dell’ereditarietà; essa riconosce nei geni, piccoli segmenti di DNA, le unità ereditarie. I geni sono contenuti in gruppi all’interno dei cromosomi, organelli presenti all’interno del nucleo di ogni cellula, in numero definito per ogni specie animale e vegetale (per es. nell’uomo ce ne sono 46).

I geni, oltre ad essere trasmessi dai genitori ai figli mediante la riproduzione sessuale, hanno il compito di far funzionare ogni singolo organismo, e, più in generale, ogni singola cellula in cui sono contenuti. Possiamo dire che essi si esprimono nella cellula cioè determinano la produzione di sostanze, le proteine, che a loro volta determinano la struttura e  permettono il funzionamento delle cellule. Per fare un esempio, possiamo dire che nelle cellule del pancreas alcuni geni permettono la produzione della proteina insulina la quale ha il compito di regolare il metabolismo del glucosio. Se i geni in questione sono alterati (per esempio a causa di una mutazione), l’insulina non viene prodotta e l’organismo risulta affetto dal diabete, la malattia per cui il glucosio non viene smaltito nell’organismo e si accumula nel sangue provocando gravi alterazioni patologiche.

In sintesi, tutti i geni di un organismo costituiscono il suo genotipo mentre i caratteri fisici e funzionali dell’organismo ne costituiscono il fenotipo.

Gli studi che si sono susseguiti nel XX secolo hanno portato a una conoscenza dettagliata della struttura degli acidi nucleici (DNA, RNA) della cellula e delle strutture cellulari implicate nel meccanismo di costruzione delle proteine (sintesi proteica).

Verso la metà del 1900, si è arrivati addirittura a definire il cosiddetto dogma centrale della biologia,secondo il quale il flusso di informazione procede in un’unica direzione:

          trascrizione                                                      traduzione

   DNA ————————>   RNA —————-> proteine

Secondo questo schema, il DNA contiene il codice genetico di un determinato organismo; esso viene trascritto in un altro tipo di acido nucleico, l’acido ribonucleico (RNA), poi, attraverso una serie di complesse reazioni chimiche, dalle istruzioni presenti nell’RNA si costruiscono le proteine. Queste ultime vanno a formare le strutture di cui sono composte le cellule e i cosiddetti enzimi che permettono alla cellula di svolgere tutte le sue funzioni. Il codice genetico rimane sempre invariato e quindi si esprime sempre nello stesso modo. Esso si modifica soltanto in seguito ad errori, le mutazioni, che avvengono in modo casuale. Queste portano, nella maggior parte dei  casi, ad alterazioni in alcune strutture e funzioni cellulari determinando malattie nell’individuo che ne è portatore.

 Si definiscono invece epigenetici quei cambiamenti che influenzano il fenotipo senza  alterare il genotipo. Questi cambiamenti vengono spesso trasmessi alle cellule figlie attraverso la riproduzione cellulare però essi non sono permanenti, ma possono essere cancellati o modificati in risposta a diversi stimoli, come, per esempio, i fattori ambientali.  Sono epigenetici per esempio, i fenomeni di differenziamento cellulare, quel processo che permette alla prima cellula uovo fecondata da uno spermatozoo, lo zigote, di dare luogo alle diverse linee cellulari, cellule nervose, muscolari, epidermiche, connettivali, senza modificare il DNA presente nello zigote, ma silenziandone alcune parti e stimolandone altre ad “esprimersi”; si formano così solo quelle proteine che caratterizzano un determinato tessuto. 

Ed è proprio a causa della natura epigenetica del differenziamento che una cellula differenziata può essere riprogrammata e diventare totipotente (cellula staminale), permettendo così la clonazione cioè la formazione di un intero organismo a partire dal suo nucleo.

Altri importanti studi in campo epigenetico riguardano l’influenza dell’alimentazione nel determinare l’insorgenza di una malattia: si è visto, per esempio, che esiste una correlazione tra l’aumento di assunzione di cibo di un soggetto e un maggior rischio di diabete e di malattie cardiovascolari . Molti studi hanno dimostrato che spesso questo rischio viene trasmesso anche alle generazioni  successive: ciò dimostra  che anche alcune modificazioni epigenetiche possono essere trasmesse  dai genitori ai figli.

Molto interessanti si sono rivelati gli studi sui gemelli monozigoti (i gemelli uguali, che derivano dalla scissione di una cellula fecondata da uno spermatozoo). Questi, pur avendo lo stesso DNA, nel corso della crescita si possono differenziare l’uno dall’altro a causa dell’ambiente cioè delle diverse esperienze affrontate, dei differenti stili di vita; questo può determinare cambiamenti nell’espressione di alcuni geni, attivandoli o disattivandoli.

Un altro campo in cui l’epigenetica si sta rivelando fonte di nuove conoscenze è quello oncologico.

Si è sempre pensato che all’origine del cancro ci sia una mutazione genetica: uno dei più noti risultati di questa alterazione è l’incontrollata riproduzione cellulare che, insieme ad altre trasformazioni patologiche, porta a morte l’individuo affetto dal cancro. Attualmente sappiamo  che la malattia può essere causata anche da processi epigenetici che modificano la trascrizione di alcuni geni bloccandoli o attivandoli in modo incontrollato. Questa scoperta  ha rivoluzionato le conoscenze sul cancro nel senso che non si pensa più a questa malattia come a qualcosa di scritto nel destino di un individuo – i suoi geni – ma  a qualcosa che può essere determinata dal nostro stile di vita, dalla nostra alimentazione dalle sostanze inquinanti con cui entriamo in contatto.

Non solo, ma anche l’approccio terapeutico cambia: mentre appare arduo andare a modificare a monte l’alterazione genica causa del cancro, sembra molto più fattibile sintetizzare farmaci in grado di interagire con un prodotto genico alterato come per esempio una proteina modificata e dannosa per l’organismo. L’alterazione diventa così potenzialmente reversibile, individuando il percorso terapeutico mirato a un bersaglio più accessibile.

E’ così che l’epigenetica nata come un corollario della genetica (epì-genetica), si è trasformata in una disciplina a sé stante in grado di aprire importanti prospettive di studio.

Silvia Giannella

10 novembre 2018