Cos'è l'epigenetica?

L'epigenetica si riferisce a tutti quei cambiamenti genetici che avvengono nell'organismo senza la necessità di modificare la natura stessa del suo DNA.

Scritto e verificato el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Ultimo aggiornamento: 13 giugno, 2023

L’epigenetica è un termine che si riferisce allo studio dei meccanismi che regolano l’espressione genica senza un cambiamento nella sequenza del DNA dell’individuo. In altre parole, questa disciplina cerca di descrivere come le variabili ambientali ed estrinseche modificano il fenotipo.

In precedenza, si credeva che il DNA fosse costante per tutta la vita di un individuo, cioè che fosse invariabilmente espresso nel tempo e cambiato solo attraverso la mutazione. Questa idea è sempre più contestata. Se vuoi saperne di più sull’epigenetica e conoscere il mondo dei geni, continua a leggere.

Terminologia iniziale

Troviamo interessante inserire un piccolo glossario che includa vari termini legati al DNA e ai geni. Ti assicuriamo che se dedichi un paio di minuti alla comprensione di questi concetti, le righe a venire ti saranno molto più facili da interpretare.

Il Servizio di Oncologia Medica dell’Ospedale Clínico de San Carlos (SEOM) ci mostra i più importanti:

• DNA: l’acido desossiribonucleico è una biomolecola costituita da una doppia catena che contiene l’informazione genetica degli esseri viventi. Tutte le istruzioni per costruire le proteine nel corpo sono codificate nel DNA della cellula.
• Basi/nucleotidi: l’unità base del DNA è il nucleotide, che si unisce ad altri formando lunghe catene per dare origine al DNA e all’RNA. Ogni nucleotide contiene una base azotata che gli dà il nome: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracile (U).
• Gene: l’unità di informazione fisica di base dell’ereditarietà. I geni sono disposti, uno dopo l’altro, su strutture chiamate cromosomi. Solo un segmento di ciascun cromosoma corrisponde a un gene specifico.
• Cromosoma: lungo filamento di DNA che contiene informazioni genetiche. I cromosomi risiedono nel nucleo di ciascuna delle cellule del corpo.
• Cromatina: le proteine e altri materiali che costituiscono i cromosomi insieme al DNA.
• Genotipo: l’insieme di geni e informazioni genetiche che costituiscono un individuo di qualsiasi specie.
• Fenotipo: insieme di caratteri osservabili che un individuo presenta come risultato dell’interazione tra il suo genotipo e l’ambiente.
• Esone: regione del DNA di un gene che codifica per una parte della proteina. L’esone è inserito tra sequenze o introni non codificanti.
• Intron: una sequenza non codificante di DNA che separa due esoni.

Epigenetica e genoma umano

Come indicato dall’Università di Granada (UGR), il progetto genoma umano, avviato negli anni ’80 e completato nel 2003, ha riportato una serie di dati sorprendenti sulla nostra genetica come specie. Vediamone alcuni:

• Il genoma umano contiene circa 20.000-25.000 geni. Ciò si traduce in circa 3,2 miliardi di paia di basi di DNA.
• La densità dei geni nel nostro genoma è bassa, poiché rappresentano solo l’1,5% di tutte le informazioni genetiche. Il 70% è costituito da DNA extragenico e il 30% correlato a geni.
• Fino a poco tempo fa, il 75% del DNA umano era considerato DNA spazzatura (introni). Ciò significa che non codifica per le proteine.

È quest’ultimo concetto che l’epigenetica cerca di combattere. Come indicano le fonti riportate, il presunto DNA spazzatura è essenziale per la regolazione dell’espressione genica, cioè quando un gene produce una proteina o smette di farlo.

Il nuovo concetto di cromosoma

Grazie a nuovi studi in termini di epigenetica, il concetto di cromosoma è cambiato rispetto all’idea che ne avevamo prima. Ora i cromosomi sono divisi in 3 strati:

1. Geni codificanti proteine: quelli che sono conosciuti come gli unici depositari dell’ereditarietà.
2. Geni non codificanti: contrariamente a quanto si credeva, svolgono un ruolo molto importante. Sono essenziali per l’ereditarietà e per lo sviluppo di malattie e danno origine a filamenti attivi di RNA, che alterano il comportamento dei geni codificanti.
3. Strato epigenetico di informazioni: è un fenomeno importante per comprendere lo sviluppo, la crescita, l’invecchiamento e il cancro, tra molti altri eventi. Non altera la sequenza del DNA come farebbe una mutazione, ma ne induce o inibisce l’espressione.

Epigenetica: cambiamenti nei geni senza necessità di mutazioni

L’epigenetica, secondo il National Human Genome Research Institute (NIH), è un campo scientifico emergente che studia i cambiamenti ereditari causati dall’attivazione e disattivazione dei geni senza modificare la sequenza del DNA sottostante dell’organismo. Ciò può essere ottenuto attraverso vari meccanismi.

1. Metilazione del DNA

Questo è un processo mediante il quale, come suggerisce il nome, i gruppi metilici vengono aggiunti alla molecola del DNA. In questi casi la cromatina si condensa, rendendo inaccessibile l’informazione genetica. In parole povere, i geni che codificano per le proteine non possono essere trascritti e le proteine non si formano.

La metilazione del DNA è essenziale per segnalare quali geni devono essere attivati o disattivati definitivamente in determinati processi di sviluppo. Questo viene fatto dagli enzimi, alcuni dei quali sono considerati ereditabili.

2. Modifica dell’istone o segni epigenetici

Gli istoni sono le proteine che formano la cromatina descritte sopra, insieme al DNA. Le modifiche covalenti dell’istone possono essere prodotte da diversi processi: fosforilazione, metilazione, acetilazione e altri.

I portali informativi indicano che la premessa è simile al caso precedente. Inibiscono o migliorano la trascrizione di alcuni geni. Queste modifiche sono reversibili, cioè ci sono enzimi che sono responsabili dell’annullamento di questi cambiamenti.

3. Rimodellamento della cromatina ATP-dipendente

La cromatina può essere modificata in un processo di rimodellamento dipendente dall’ATP, una molecola di energia carica. In modo molto riassuntivo possiamo dire che questo processo permette movimenti, scivolamenti e srotolamenti della cromatina e degli istoni. Pertanto, rimangono liberi segmenti di DNA che verranno trascritti in proteine.

Uso dell’epigenetica in medicina

Secondo portali di informazione scientifica come Euroespes Health, l’epigenetica può essere la risposta a molteplici patologie, ma deve continuare a essere studiata. Ecco alcuni esempi dei suoi usi clinici come nota finale:

• Metilazione globale del DNA: nel cancro e nei processi metastatici, la metilazione globale si verifica a livelli inferiori al previsto. Pertanto, lo studio dei livelli di metilazione potrebbe fornire informazioni su una patologia prima che peggiori.
• Metilazione di singoli geni: alcune malattie sono caratterizzate dal tasso alterato di metilazione in alcuni geni importanti. La descrizione di questi tassi di metilazione atipici può portare a una diagnosi precoce.
• Espressione genica: l’espressione di alcuni geni può variare in alcune patologie. Conoscere l’epigenetica potrebbe significare che, in futuro, questi cambiamenti potrebbero essere invertiti per cercare il recupero del paziente.

Naturalmente, tutti questi usi sono più che promettenti e, anche se potrebbe non sembrare così, alcuni dei marcatori epigenetici sono già stati approvati dall’Unione Europea e dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti per la diagnosi precoce di alcuni tipi di cancro. Il futuro dell’epigenetica è brillante.

Come avrete visto, l’epigenetica è arrivata a sfidare dogmi consolidati. Contrariamente a quanto si credeva, gran parte di questo DNA spazzatura sembra essere essenziale quando si tratta di attivare o disattivare i geni, il che si traduce in patologie e altri eventi fisiologici.

Per questo motivo, lo studio dell’epigenetica è promettente nel campo della scienza. Comprendere come la regolazione genica influisce sull’espressione fenotipica dell’individuo può essere il primo passo per affrontare molteplici patologie che non sono state in grado di essere trattate con mezzi tradizionali.