In uno studio sull'ereditarietà epigenetica, i ricercatori hanno creato embrioni del verme C. elegans che hanno ereditato cromosomi uovo adeguatamente confezionati con il marchio epigenetico H3K27me3 e cromosomi spermatici privi del marchio. L'embrione unicellulare a sinistra ha ereditato i cromosomi rosa dall'uovo e i cromosomi verdi dallo sperma, i colori mostrano la presenza o l'assenza di H3K27me3. L'embrione a due cellule a destra mostra i cromosomi dell'uovo e dello sperma uniti in ciascun nucleo. Credito:Laura Gaydos
Senza alterare il codice genetico nel DNA, le modificazioni epigenetiche possono cambiare il modo in cui i geni vengono espressi, influenzando la salute e lo sviluppo di un organismo. L'idea un tempo radicale che tali cambiamenti nell'espressione genica possano essere ereditati ora ha un crescente corpo di prove alle spalle, ma i meccanismi coinvolti rimangono poco conosciuti.
Un nuovo studio condotto da ricercatori dell'UC Santa Cruz mostra come un tipo comune di modificazione epigenetica possa essere trasmessa tramite lo sperma non solo dai genitori alla prole, ma anche alla generazione successiva ("nipote"). Questa si chiama "eredità epigenetica transgenerazionale" e può spiegare come la salute e lo sviluppo di una persona potrebbero essere influenzati dalle esperienze dei suoi genitori e dei suoi nonni.
Lo studio, pubblicato la settimana del 26 settembre negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) , incentrato su una particolare modifica di una proteina istonica che cambia il modo in cui il DNA è impacchettato nei cromosomi. Questo segno epigenetico ampiamente studiato (chiamato H3K27me3) è noto per disattivare o "reprimere" i geni colpiti e si trova in tutti gli animali multicellulari, dall'uomo al verme nematode C. elegans utilizzato in questo studio.
"Questi risultati stabiliscono una relazione di causa ed effetto tra i segni degli istoni trasmessi dagli spermatozoi e l'espressione e lo sviluppo genici nella prole e nella prole", ha affermato l'autrice corrispondente Susan Strome, professoressa emerita di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo presso l'UC Santa Cruz.
Gli istoni sono le principali proteine coinvolte nel confezionamento del DNA nei cromosomi. Il segno epigenetico noto come H3K27me3 si riferisce alla metilazione di un particolare amminoacido nell'istone H3. Ciò porta il DNA a essere confezionato in modo più denso, rendendo i geni in quella regione meno accessibili per l'attivazione.
Il nuovo studio ha comportato la rimozione selettiva di questo segno dell'istone dai cromosomi dello sperma di C. elegans, che sono stati poi utilizzati per fecondare le uova con cromosomi completamente marcati. Nella prole risultante, i ricercatori hanno osservato modelli di espressione genica anormali, con geni sui cromosomi paterni (ereditari dello sperma) attivati o "sovraregolati" in assenza del segno epigenetico repressivo.
Ciò ha portato i tessuti ad attivare geni che normalmente non esprimerebbero. Ad esempio, il tessuto germinale (che produce uova e sperma) ha attivato geni normalmente espressi nei neuroni.
"In tutti i tessuti che abbiamo analizzato, i geni erano espressi in modo anomalo, ma geni diversi sono stati rilevati in tessuti diversi, dimostrando che il contesto tissutale determinava quali geni erano sovraregolati", ha detto Strome.
L'analisi dei cromosomi nel tessuto germinale della prole ha rivelato che i geni sovraregolati mancavano ancora del segno dell'istone repressivo, mentre il segno era stato ripristinato sui geni che non erano sovraregolati.
"Nella linea germinale della prole, alcuni geni sono stati attivati in modo anomalo e sono rimasti nello stato privo del segno repressivo, mentre il resto del genoma ha riguadagnato il segno e quel modello è stato trasmesso alla progenie", ha spiegato Strome. "Ipotizziamo che se questo modello di confezionamento del DNA viene mantenuto nella linea germinale, potrebbe potenzialmente essere tramandato per numerose generazioni".
Nella prole i ricercatori hanno osservato una serie di effetti sullo sviluppo, inclusi alcuni vermi che erano completamente sterili. Questo mix di risultati è dovuto al modo in cui i cromosomi vengono distribuiti durante le divisioni cellulari che producono spermatozoi e uova, risultando in molte diverse combinazioni di cromosomi che possono essere trasmesse alla generazione successiva.
I ricercatori nel laboratorio di Strome hanno studiato per anni l'ereditarietà epigenetica in C. elegans e ha affermato che questo documento rappresenta il culmine del loro lavoro in quest'area. Ha notato che altri ricercatori che studiano le cellule di mammifero in coltura hanno riportato risultati molto simili ai risultati del suo laboratorio sui vermi, sebbene quegli studi non abbiano mostrato la trasmissione attraverso più generazioni.
"Questa sembra una caratteristica conservata dell'espressione genica e dello sviluppo negli animali, non solo uno strano fenomeno specifico del verme", ha detto. "Possiamo fare incredibili esperimenti genetici su C. elegans che non possono essere eseguiti sugli esseri umani e i risultati dei nostri esperimenti sui vermi possono avere ampie implicazioni in altri organismi". + Esplora ulteriormente
