Quindi cos’è l’epigenetica?

Un altro modo di guardare all’epigenetica è questo; mentre la genetica tradizionale descrive il modo in cui le sequenze di DNA nei nostri geni vengono passate da una generazione all’altra, l’epigenetica descrive il modo in cui i geni vengono utilizzati. Per fare un’analogia al computer, pensa all’epigenetica come metadati, informazioni che descrivono e ordinano i dati sottostanti. Se si possiede un lettore MP3 per esempio, conterrà un sacco di dati, i file MP3. Pensa a questi come analoghi ai geni. Ma probabilmente avrai anche playlist o potresti riprodurre brani per artista o genere. Queste informazioni, playlist, artista, genere ecc. è metadati. Determina quali tracce vengono riprodotte e in quale ordine, e questo è ciò che l’epigenetica è alla genetica. È un insieme di processi che influenzano quali geni sono attivati o” espressi”, come direbbero i biologi molecolari.

Come funziona l’epigenetica?

Quindi l’epigenetica riguarda il modo in cui i geni vengono espressi e utilizzati, piuttosto che la sequenza del DNA dei geni stessi, ma come funziona? Molti ricercatori hanno studiato l’epigenetica negli ultimi decenni, ed è attualmente un’area di intensa attività di ricerca. Sappiamo che una parte di come funziona l’epigenetica è l’aggiunta e la rimozione di piccoli tag chimici al DNA. Si può pensare a questi tag come note post-it che evidenziano particolari geni con informazioni sull’opportunità o meno di essere accesi o spenti. Infatti il tag chimico in questione si chiama gruppo metilico (vedi Diagramma 1) e viene utilizzato per modificare una delle quattro basi o “lettere chimiche”, A, C, T e G, che costituiscono il codice genetico del nostro DNA. La lettera che viene etichettata è C o citosina e quando viene modificata o metilata viene chiamata 5-metil citosina. I gruppi metilici vengono aggiunti al DNA da enzimi chiamati DNA metiltransferasi (DNMTS).

Lo stato dell’ape regina è in parte determinato da un minor numero di etichette metiliche

Nella maggior parte dei casi, un Cs più metilato nel DNA di un gene provoca lo spegnimento del gene. Le api ci forniscono un buon esempio di come questo può funzionare. Le api operaie e la regina hanno corpi molto diversi; la regina è molto più grande, più longeva, ha un addome allargato e depone molte migliaia di uova, mentre le operaie più piccole sono sterili ma hanno complesse capacità di foraggiamento e comunicazione. Nonostante questo, la regina e i lavoratori in un alveare sono femminili e geneticamente identici. L’indizio di come questo avviene risiede nella pappa reale, una secrezione che viene alimentata ad alcune larve in via di sviluppo, e che si traduce in queste larve diventando regine piuttosto che lavoratori. Torneremo alla pappa reale e alle sue proprietà di produzione della regina più tardi, ma un’affascinante ricerca ha dimostrato che se la quantità del gruppo metilico che aggiunge l’enzima DNMT è stata ridotta artificialmente nelle larve delle api, allora le larve si sono sviluppate in regine, anche se non sono state nutrite con pappa reale. Pertanto, il passaggio tra regina e lavoratore può essere capovolto dall’abbondanza di etichette metiliche sul DNA delle larve delle api. Un minor numero di etichette metiliche porta all’accensione di uno speciale gene o geni nelle larve in via di sviluppo che si traduce nello sviluppo delle larve in regine e non in lavoratori.

Tag su code anche operare interruttori gene

DNA metile tag sono solo una parte della storia però. Nelle cellule di tutte le piante e gli animali, il DNA è confezionato o avvolto in nucleosomi dove la doppia elica del DNA è avvolta attorno a un nucleo centrale di proteine (vedi Diagramma 2). Circa 150 lettere di DNA (o coppie di basi) sono avvolte attorno a ciascun nucleosoma, e questo aiuta a confezionare i 3 miliardi di coppie di basi del codice genetico in ciascuna delle nostre cellule. I nucleosomi sono troppo piccoli per vedere utilizzo di microscopi convenzionali, ma i biologi utilizzano una tecnica chiamata di diffrazione di raggi X a lavorare la forma e l’organizzazione di oggetti, come i nucleosomi, e, nel 1997, questa tecnica ha rivelato la bella struttura dei nucleosomi ad alta risoluzione – vedere (http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1aoi).

I nucleosomi sono compatti, ma le estremità o “code” delle proteine che compongono il nucleosoma, che sono chiamate istoni, sporgono dalla struttura nucleosoma altrimenti compatta. Come i tag metilici sul DNA, anche piccoli tag chimici possono essere aggiunti a queste code di istoni (vedi Diagramma 3). Due dei tag chimici che vengono aggiunti a queste code sono gruppi acetilici e gruppi metilici. Metile, acetile e pochi altri tipi di tag possono essere aggiunti alle code in un gran numero di combinazioni e questo influenza se un gene sottostante è acceso o spento. Infatti i geni possono essere commutati a destra fuori (questo è chiamato silenziamento), pieno su, o da qualche parte nel mezzo da DNA metile tag e istone tag coda. La combinazione di DNA e istone tag può anche effetto come facilmente un gene è acceso o spento.

Quando le cellule si dividono

Quando le cellule si dividono l’intera sequenza del DNA dalla cellula originaria (3 miliardi di coppie di basi contenute in 23 coppie di cromosomi in una cellula umana) è duplicato in modo che entrambe le cellule figlie ricevere una copia esatta. Che cosa, si potrebbe chiedere, accade a tutti quei tag epigenetici? Sappiamo da tempo che anche i tag DNA-metile vengono copiati, in modo che entrambe le cellule figlie abbiano lo stesso schema di metilazione del DNA. Ora sappiamo che il modello dei tag istonici è anche per lo più duplicato mentre le celle si dividono, anche se questo è attualmente meno ben compreso. Tuttavia, la divisione cellulare è anche un momento in cui i tag epigenetici possono essere modificati più facilmente.

Ritorno del verme longevo

Proprio all’inizio ci siamo imbattuti nella storia dei vermi microscopici longevi chepassato sulla loro longevità alla loro prole anche se la prole individuale non ereditava il gene variante (mutazione) che originariamente causava la durata della vita prolungata. Ora siamo in grado di spiegare questo risultato apparentemente strano. Nella maggior parte dei casi i geni contengono le informazioni per fare una molecola proteica, e le molecole proteiche potrebbero essere enzimi che svolgono reazioni chimiche nella cellula, o parti della struttura della cellula stessa. Si scopre che i geni che sono stati mutati nello studio del verme fanno proteine che lavorano insieme per aggiungere un tag metilico ai nucleosomi. Questo tag è un interruttore. Quando uno o più geni sono stati mutati, questo tag era assente e diversi geni che dovrebbero essere accesi, inclusi alcuni coinvolti nell’invecchiamento, sono stati spenti e i vermi hanno avuto una durata di vita più lunga. La cosa inaspettata è che i tag epigenetici sono stati pensati per essere completamente cancellati o resettati durante la formazione di sperma e uovo, e quindi a differenza dei geni stessi non dovrebbero essere trasmessi alla generazione successiva. Ma questo risultato e altre ricerche che dimostrano che questo non è sempre il caso e che a volte, il modello di tag epigenetici vengono trasmessi.

Come fare una regina

Se un’ape larvale diventa un lavoratore o una regina dipende da un interruttore epigenetico, e questo interruttore sembra essere “capovolto” dalla pappa reale. Ma cos’è la pappa reale che porta una larva che altrimenti crescerebbe fino a diventare un’operaia, a diventare una regina? La risposta sta nel capire che i singoli tag chimici che vengono aggiunti alle code di istoni dei nucleosomi vengono costantemente rivisti dalla cellula. I tag acetilici vengono aggiunti da enzimi chiamati istone acetil transferasi e vengono rimossi o cancellati da un secondo gruppo di enzimi chiamati istone deacetilasi (HDACs). Entrambi questi enzimi sono presenti nella maggior parte delle cellule e questo consente ai geni di essere accesi o spenti nel tempo.

Altri tag acetilici aiutano a fornire lo status di ape regina

Recentemente, i ricercatori hanno deciso di identificare i composti nella pappa reale che potrebbero alterare questo processo, e quello che hanno trovato era qualcosa di noto come un inibitore HDAC. Questo era un composto chimico relativamente semplice che è presente nella pappa reale e che arresta l’azione degli enzimi HDAC che normalmente rimuovono i tag acetilici dagli istoni. Ciò si traduce in un accumulo di tag acetile nelle cellule degli embrioni di api, e come la riduzione dei gruppi DNA-metile descritti in precedenza, questo è pensato per accendere geni chiave necessari per lo sviluppo di una regina. Senza l’inibitore HDAC nella pappa reale, le larve seguono una serie “predefinita” di istruzioni genetiche e si sviluppano in lavoratori.
Gli inibitori dell’HDAC non sono importanti solo per le api regine, ma fanno anche parte di un piccolo ma crescente numero di farmaci medicalmente utili che mirano ai tag epigenetici e che sono utili nel trattamento di alcuni tipi di cancro. Inoltre gli HDAC hanno anche un ruolo nel modo in cui i nostri cervelli formano ricordi e nuovi farmaci che influenzano l’acetilazione degli istoni possono avere un ruolo in futuro nel trattamento della compromissione della memoria nei pazienti anziani.

L’ambiente e l’epigenetica

Abbiamo visto come la differenza tra una regina e le api operaie è determinato dall’esposizione a una sostanza chimica che direttamente altera epigenetici tag, come i gruppi acetile, ma ci sono esempi in cui la nutrizione o di altri aspetti dell’ambiente di influenzare le popolazioni umane in un modo che può essere spiegato con l’epigenetica? Ovviamente non possiamo fare esperimenti su popolazioni umane come possiamo su vermi microscopici o api, ma a volte la storia umana o i fenomeni naturali lo fanno per noi. Uno di questi esempi è quello che è noto come l’inverno della fame olandese. Nell’ultimo anno della seconda guerra mondiale in Europa, un embargo alimentare imposto dalle forze tedesche occupanti alla popolazione civile dei Paesi Bassi ha provocato una grave carestia, in coincidenza con un inverno particolarmente rigido. Circa 20.000 persone morirono di fame mentre le razioni scendevano al di sotto delle 1000 kilocalorie al giorno. Nonostante il caos della guerra, le cure mediche e le registrazioni sono rimaste intatte consentendo agli scienziati di studiare successivamente l’effetto della carestia sulla salute umana. Ciò che hanno scoperto è che i bambini che erano nel grembo materno durante la carestia hanno sperimentato un aumento per tutta la vita delle loro possibilità di sviluppare vari problemi di salute rispetto ai bambini concepiti dopo la carestia. Il periodo più sensibile per questo effetto sono stati i primi mesi di gravidanza. Così, qualcosa sembra accadere all’inizio dello sviluppo nel grembo materno che può influenzare l’individuo per il resto della loro vita.

Gli effetti epigenetici a volte possono passare ai nipoti

Ancora più sorprendentemente, alcuni dati sembrano suggerire che i nipoti di donne che erano incinte durante l’inverno della fame sperimentano alcuni di questi effetti. Da quello che abbiamo già discusso, questo suggerisce fortemente un meccanismo epigenetico. Infatti, la ricerca con le famiglie olandesi Fame inverno continua, e un recente studio guardando un gene galled IGF2 trovato livelli più bassi del tag metile nel DNA di questo gene in individui esposti alla carestia prima della nascita. Sebbene IGF2 non possa essere coinvolto nell’aumentato rischio di cattiva salute in queste persone, mostra che gli effetti epigenetici (cioè la riduzione del numero di etichette metiliche su particolari geni) che vengono prodotti prima della nascita possono durare per molti decenni. Studi su animali hanno anche scoperto che la dieta della madre può avere effetti sulla sua prole. Ad esempio, nutrire le pecore con una dieta priva dei tipi di cibo necessari per creare gruppi metilici porta alla prole con modelli alterati di metilazione del DNA e che hanno tassi più alti del previsto di alcuni problemi di salute.

Epigenetica e imprinting, perché i geni di mamma e papà non sono sempre equivalenti

Abbiamo tutti 23 coppie di cromosomi nelle nostre cellule. Per ogni coppia, uno veniva dalla madre e uno dal padre. Quindi, ereditiamo una copia di ciascun gene da ciascun genitore e generalmente assumiamo che la funzione del gene non dipenda da quale genitore provenga. Tuttavia, per i geni impressi le cose sono diverse. Per questi geni, la copia materna o paterna del gene è attiva, mentre l’altro è tenuto in silenzio. Ci sono almeno 80 geni impressi negli esseri umani e nei topi, molti dei quali sono coinvolti nella crescita dell’embrione o della placenta. Come si può spegnere una copia di un gene, mentre l’altra copia nella stessa cella è accesa? La risposta è epigenetica. Probabilmente il gene impresso più studiato è IGF2 (vedi sopra). Una parte di IGF2 funziona come un interruttore. Se il DNA è metilato qui il gene IGF2 può essere espresso. L’interruttore è solo metilato nella copia di papà del gene e quindi solo questa copia è espressa, mentre la copia materna è silenziosa. Questo interruttore è pensato per essere impostato nei gameti (uova e sperma) quindi fin dall’inizio, i geni ricevuti da mamma e quelli da papà sono etichettati in modo diverso con tag epigenetici e quindi non sono equivalenti.

Imprinting e disturbi mentali

Le sindromi di Angelmann e Prader-Willi sono due condizioni genetiche distinte con sintomi diversi, entrambe causate dalla perdita di una parte del cromosoma 15. I bambini che ereditano una copia di questo cromosoma difettoso sviluppano la sindrome di Angelmann o di Prader-Willi, pur avendo una copia normale del cromosoma dall’altro genitore. Quindi, come fa la stessa mutazione (perdita di parte del cromosoma 15) a portare a queste due condizioni diverse? La risposta sta nella scoperta che questo particolare pezzo di cromosoma 15 contiene un numero di geni che sono impressi, quindi solo la copia paterna o materna di questi geni sono espressi; quale delle due sindromi appare dipende dal fatto che la delezione fosse nel cromosoma materno o paternalmente ereditato. Quando il cromosoma difettoso viene ereditato dal papà, non esiste una copia funzionale dei geni impressi che sono spenti sul cromosoma materno 15 e il risultato è la sindrome di Angelmann e viceversa per la sindrome di Prader-Willi. Questo è molto diverso dalla maggior parte delle condizioni genetiche come la fibrosi cistica, dove un effetto sullo sviluppo o sulla salute si vede solo quando un gene o geni mutati viene ereditato da entrambi i genitori.

Ragazzi contro ragazze, come spegnere un intero cromosoma

Un po ‘ di genetica che molti di noi conoscono è ciò che rende un ragazzo un ragazzo e una ragazza una ragazza. Sono i cromosomi X e Y. All’inizio della nostra esistenza ognuno di noi ha ricevuto un cromosoma X dalle nostre mamme attraverso l’uovo, e mentre le ragazze hanno ricevuto un altro cromosoma X dai loro papà, attraverso lo sperma, i ragazzi hanno ottenuto un cromosoma Y. Il cromosoma Y nelle cellule di un embrione maschile lo indirizza a svilupparsi in un ragazzo, mentre con due cromosomi X e nessun cromosoma Y l’embrione femminile si sviluppa in una ragazza. Ora, si potrebbe notare che c’è uno squilibrio qui. Abbiamo tutti due cromosomi ciascuno di tutti gli altri, ma per i cromosomi sessuali (X e Y) le ragazze hanno due Xs mentre i ragazzi hanno solo una X (e una Y). Mentre il cromosoma Y contiene pochi geni, principalmente coinvolti nella “mascolinità”, il cromosoma X contiene alcuni geni coinvolti in processi importanti come la visione dei colori, la coagulazione del sangue e la funzione muscolare. Al fine di uniformare il “dosaggio” dei geni del cromosoma X tra cellule maschili e femminili, un intero cromosoma X viene spento nelle cellule femminili. Questo è chiamato inattivazione del cromosoma X e avviene molto presto nel grembo materno. In questo processo le cellule si spengono casualmente il cromosoma X paterno o materno, in modo che quando nasce una bambina il suo corpo sia una miscela o una chimera di cellule in cui viene spento il cromosoma X materno o paterno. Il modo in cui questo accade coinvolge il tipo di tag epigenetici che abbiamo discusso ed è noto da decenni che le cellule femminili contengono un cromosoma X molto compatto chiamato corpo di Barr che può essere visto al microscopio, e questo è il cromosoma X inattivo.

Il caso del gatto tartaruga

Probabilmente tutti conosciamo i gatti tartaruga e i loro cappotti screziati con macchie di pelliccia arancione e nera. Quello che potresti non sapere è che quasi tutti i gatti con questo tipo di cappotto sono femminili! La ragione di ciò è che un gene per il colore del mantello si trova sul cromosoma X del gatto. Ci sono due versioni di questo gene, chiamato “O” e “o”; uno dà pelliccia di zenzero e l’altro nero. Due copie della stessa versione in un gatto femmina si traduce rispettivamente in pelliccia di zenzero o nero, ma una copia di ciascuna dà un effetto tartaruga. Questo è dovuto all’inattivazione del cromosoma X. La pelle di questi gatti è composta da chiazze di cellule in cui il cromosoma X materno o paterno è inattivato. Ciò si traduce in pelle con il gene O acceso e o silenziato in alcune patch (pelliccia arancione) e o gene acceso e O silenziato in altre patch (pelliccia nera), quindi il modello di tartaruga. Poiché i gatti maschi hanno solo un cromosoma X e nessuna inattivazione del cromosoma X, sono arancioni o neri dappertutto.

Eredità epigenetica, gli stati epigenetici possono essere passati da una generazione all’altra?

Come abbiamo visto dall’esempio di nematodi, gli effetti epigenetici (in questo caso durata della vita prolungata) possono talvolta essere passati da una generazione all’altra, anche se gli effetti sembrano durare solo per poche generazioni. Ci sono esempi in cui gli effetti epigenetici si ripercuotono sulle generazioni successive negli esseri umani o in altri mammiferi? Ci sono alcune prove che gli effetti dell’inverno della fame olandese hanno colpito i nipoti delle donne che erano incinte durante la carestia. Allo stesso modo, in uno studio di una popolazione svedese settentrionale del 19 ° secolo che ha subito cicli di carestia e abbondanza, la quantità di cibo disponibile sembra aver influenzato la salute e la longevità della prossima generazione.

Il colore dei capelli nel topo può essere determinato da un effetto epigenetico

Forse l’esempio più noto di effetti epigenetici transgenerazionali è fornito dal gene Agouti del topo. Questo gene controlla il colore dei capelli e viene acceso al momento giusto nelle cellule del follicolo pilifero per produrre una striscia gialla nei capelli altrimenti scuri, con conseguente quello che viene chiamato un cappotto agouti. Ma i topi con una particolare variante del gene Agouti chiamato Avy hanno cappotti che sono ovunque tra il giallo e il normale scuro (agouti) modello di topi wild-type. I topi gialli diventano anche obesi e soffrono di altri problemi di salute. Quindi il gene Avy sembra avere un effetto variabile (in realtà l’Avy sta per Avariable yellow). Come funziona ha perplesso genetisti per anni, ma ora possiamo riconoscere questo come un effetto epigenetico. La pelliccia gialla si verifica perché la versione Avy del gene Agouti ha controlli difettosi e viene accesa tutto il tempo. Tuttavia, i tag metilici vengono spesso aggiunti alla sequenza di DNA di controllo difettosa e questo tende a spegnere il gene, con conseguente pelliccia di agouti screziata o scura nei singoli topi. I cuccioli nati da dighe con il gene Avy variano di colore dal giallo al scuro, ma la proporzione dipende dal colore del mantello della madre; le cucciolate di femmine scure (agouti) hanno maggiori probabilità di contenere cuccioli scuri. Inoltre, una percentuale più elevata di prole scura si osserva se sia la madre che la nonna hanno la colorazione scura. Quindi la colorazione agouti, che è determinata epigeneticamente (dal numero di tag metilici sul gene Avy) può in una certa misura, passare da una generazione all’altra.

Le uova e lo sperma di solito non “portano” gli effetti epigenetici

Anche se possiamo trovare casi in cui gli effetti epigenetici apparentemente durano dai genitori alla prole, questo di solito non è il caso e quasi tutti gli interruttori o segni epigenetici vengono ripristinati nelle cellule germinali (uova e spermatozoi) e nelle primissime fasi di sviluppo di un embrione. Infatti, se questo non fosse il caso, lo straordinario sviluppo di un ovulo fecondato in una creatura completamente formata sarebbe impossibile.

Ottenere da un ovulo fecondato in un formato completamente umano, è tutto (epi) genoma

finora abbiamo descritto alcuni casi specifici di regolazione epigenetica, ma ora sappiamo che l’epigenetica in senso ampio, (come i geni sono espressi e usato, piuttosto che la sequenza del DNA dei geni stessi) è centrale come un uovo fecondato può eventualmente dare luogo ad un intero organismo e di come le cellule del, diciamo che la vostra pelle, rimangono cellule della pelle e sono diverse dalle vostre cellule cerebrali, nonostante che contiene esattamente gli stessi geni. Poco dopo la fecondazione, un embrione umano in via di sviluppo è costituito da una sfera di cellule chiamate cellule staminali embrionali. Ciascuna di queste cellule ha la capacità di dare origine a uno qualsiasi dei tipi di cellule nel corpo man mano che l’embrione cresce (ad esempio, cellule cerebrali, cellule della pelle o cellule del sangue). Al contrario, 9 mesi più tardi, quando un bambino è nato, la maggior parte delle cellule che compongono il suo corpo sono impegnati ad essere un tipo specifico di cellula con funzioni specifiche. Così come le cellule si dividono, la palla di cellule staminali embrionali si sviluppa gradualmente in tutti i tipi di cellule e le strutture del bambino a termine. Perché ciò accada, migliaia di geni devono essere accesi o spenti al momento giusto e nelle cellule giuste man mano che un embrione cresce. Ad esempio, i geni che rendono la proteina cheratina fibrosa che dà la nostra pelle la sua forza, sono accesi solo nelle cellule della pelle e non nel cervello in via di sviluppo e geni necessari per le cellule cerebrali per sviluppare e rendere le loro interconnessioni sono nel cervello, ma non nella pelle.

Durante lo sviluppo i geni devono essere attivati e disattivati. I tag epigenetici aiutano con questo

Una grande area di ricerca oggi riguarda il modo in cui tutto questo gene che accende e spegne funziona, e gran parte di questo processo utilizza i tag chimici epigenetici, in particolare i tag acetile e metil istone. Affinché quelle cellule staminali embrionali possano dare origine a tutti gli altri tipi di cellule, i loro interruttori epigenetici sono (quasi) completamente resettati rispetto alle cellule adulte. Ho messo” quasi ” tra parentesi come sappiamo dai geni impressi e dall’eredità epigenetica transgenerazionale che ci sono delle eccezioni.

Epigenetica, Dolly the sheep and friends

Nel febbraio 1997, una pecora chiamata Dolly divenne l’esempio più famoso della sua specie, diventando brevemente anche una celebrità televisiva. La ragione della sua fama è che fu il primo mammifero ad essere “creato” da un processo chiamato trasferimento nucleare delle cellule somatiche, o in altre parole il primo clone artificiale (fatto dall’uomo per essere distinto dai gemelli identici, che sono cloni naturali). Il processo che ha portato alla sua nascita ha richiesto un ovocita maturo (un uovo non fecondato) da una pecora femmina e una cellula ordinaria dalla mammella di una seconda pecora. Prima il nucleo (la parte contenente il DNA) è stato rimosso dall’ovocita. Questo è stato fatto utilizzando un microscopio speciale come anche se gli ovociti sono abbastanza grandi rispetto ad altre cellule, sono ancora troppo piccoli per vedere ad occhio nudo. Quindi il nucleo della cellula mammaria è stato inserito nell’ovocita enucleato. Così, Dolly aveva tre “madri”: il donatore dell’ovocita, il donatore della cellula mammaria e la pecora che portava l’embrione in via di sviluppo a termine. Nessun padre era coinvolto. Anche se questo processo era, e rimane, molto inefficiente, è stata la prima prova che i geni di una cellula di mammifero adulta possono essere” riprogrammati epigeneticamente ” allo stato delle cellule staminali embrionali che possono svilupparsi in qualsiasi altro tipo di cellula. Successivamente lo stesso processo è stato applicato ad altre specie e può avere usi medici nella generazione di cellule che potrebbero riparare i tessuti danneggiati da lesioni o malattie.

Sommario: l’epigenoma e il progetto ENCODE – il “Large Hadron Collider” di Biologia

Considerando che il termine “genoma” si riferisce a tutta la sequenza di DNA di un organismo (tre miliardi di lettere di esso per l’uomo), l’epigenoma si riferisce a tutto il modello di modifiche epigenetiche in tutti geni, tra metil DNA tag, metil istone tag, istone acetil tag e altre sostanze chimiche tag che non abbiamo citato, in ogni tipo di cellula di un organismo. Questo rappresenta una quantità quasi inimmaginabile di informazioni, sminuendo anche il progetto genoma umano. Tuttavia, la conoscenza dell’epigenoma è essenziale per rispondere pienamente ad alcune delle più grandi domande in biologia come: come ci sviluppiamo da una sfera di cellule identiche in un intero organismo? perché invecchiamo? e come possiamo capire meglio malattie come il cancro? Non sorprende quindi, epigenetica e l’epigenoma è una grande area di ricerca. Alcune delle ricerche in questo campo sono incluse nel progetto ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), un’impresa in corso per identificare modelli di tag epigenetici in molti diversi tipi di cellule per l’intero genoma umano (http://genome.ucsc.edu/ENCODE/). Il progetto ENCODE è talvolta paragonato al Large Hadron Collider o LHC in Svizzera. L’LHC è il più grande pezzo di equipaggiamento scientifico mai costruito e gli esperimenti che il fisico conduce con esso mirano a sondare i dettagli fondamentali della materia che compone il nostro Universo. Sebbene i biologi non abbiano (o abbiano bisogno) di un kit così spettacolare per la loro ricerca, lo sforzo di esaminare la complessità dell’epigenoma umano è stato paragonato al progetto LHC a causa della sua scala, complessità e quantità di informazioni create.

Errori epigenetici

L’epigenetica è un’area in cui la nostra conoscenza scientifica sta rapidamente aumentando. Una cosa che gli scienziati hanno scoperto è che gli errori epigenetici sono comuni in malattie come il cancro e nelle cellule che invecchiano. Di conseguenza, gli scienziati stanno sviluppando farmaci che mirano a epigenomi difettosi e uno dei primi esempi è l’uso di inibitori HDAC, simili al composto trovato nella pappa reale. Dallo studio di strani modelli di eredità come l’imprinting genetico, il topo giallo/agouti Avy, la popolazione di gatti di tartaruga tutta femmina e altri fenomeni correlati, i biologi hanno scoperto un nuovo livello di informazioni che si trova “in cima” alla sequenza del DNA dei nostri geni. Queste nuove scoperte spiegano queste precedenti osservazioni sconcertanti, ma hanno anche un grande potenziale per nuove conoscenze e trattamenti per le malattie umane.

Ulteriori letture:

• Bird, Adrian. ’Epigenetica. Instant Expert No. 29′, New Scientist, 5 gennaio 2013, No. 2898.Carey, Nessa. “The Epigenetics Revolution: How Modern Biology is Rewriting Our Understanding of Genetics, Disease and Ereditary”. Editore: Libri icona. Brossura 1 marzo 2012. ISBN-10: 1848313470. Prezzo RRP £9-99.

Influenze epigenetiche e malattie sul sito web:

• http://www.nature.com/scitable/tpicpage/epigenetic-influences-and-disease-895