Sebbene il DNA di un organismo contenga il progetto della vita, è la regolazione di questo codice che determina quali tratti vengono espressi. L’espressione genica è il processo mediante il quale il DNA di un gene viene trascritto in RNA e quindi tradotto in proteine. Quando segnali esterni o interni alterano questo processo, il risultato è un cambiamento epigenetico.
L’epigenetica è lo studio dei meccanismi molecolari che influenzano l’attività dei geni senza alterare la sequenza sottostante del DNA. I processi epigenetici più comuni implicano il controllo dell’accessibilità dei geni al meccanismo di trascrizione, attivando o disattivando così i geni. Alcune di queste modifiche sono reversibili, mentre altre possono essere tramandate di generazione in generazione tramite eredità epigenetica.
Tutte le cellule di un corpo condividono lo stesso genoma, ma svolgono funzioni distinte a causa di modelli epigenetici specifici della cellula. Anche i gemelli identici, che hanno lo stesso DNA, possono mostrare sottili differenze nell’aspetto e nel comportamento dovute alla variazione epigenetica. I fattori che modellano questi modelli includono ormoni, fattori di crescita, neurotrasmettitori, fattori di trascrizione, segnali chimici e stimoli ambientali.
Il DNA è avvolto attorno alle proteine istoniche per formare la cromatina. I cambiamenti chimici degli istoni alterano la tenuta di questo avvolgimento, influenzando se i fattori di trascrizione possono accedere al DNA:
Le DNA metiltransferasi aggiungono gruppi metilici alle basi della citosina, specialmente nelle regioni del promotore. Questi segni metilici impediscono ai fattori di trascrizione di legarsi, silenziando efficacemente il gene. Durante la divisione cellulare, molti modelli di metilazione vengono copiati fedelmente, consentendo l'ereditarietà dei tratti epigenetici anche se la sequenza del DNA rimane invariata. Fattori ambientali come la dieta, lo stress, gli inquinanti e le radiazioni possono alterare questi modelli di metilazione, con potenziali effetti transgenerazionali.
Oltre al DNA e agli istoni, gli RNA non codificanti (ncRNA) come i microRNA e i piccoli RNA interferenti (siRNA) interferiscono con la trascrizione e la traduzione, regolando l’espressione genica. Questi ncRNA fungono da ulteriore livello di controllo epigenetico.
Cambiamenti epigenetici aberranti possono causare malattie. Ad esempio, l’ipermetilazione dei geni oncosoppressori accoppiata all’ipometilazione degli oncogeni può portare a una crescita cellulare incontrollata. Uno studio fondamentale del 1983 di Feinberg e Vogelstein ha dimostrato che i pazienti affetti da cancro del colon-retto presentano tali modelli di metilazione. Nella sindrome dell'X fragile, i farmaci che inibiscono la proteina iperattiva BRD4, rilasciata quando un gene regolatore chiave viene silenziato, si sono rivelati promettenti terapeutici.
Anche i meccanismi epigenetici influenzano il comportamento. Uno studio della McGill del 1988 ha scoperto che le cure materne nei ratti modificavano la metilazione del DNA nel cervello dei cuccioli, producendo adulti più calmi. Studi sull’uomo sull’esposizione alla carestia durante la gravidanza nei Paesi Bassi (1944-1945) hanno rivelato un aumento dell’obesità e del rischio di malattie cardiache nella prole a causa della ridotta metilazione dei geni del fattore di crescita. Altri effetti intergenerazionali includono:
L’epigenetica colma il divario tra il nostro codice genetico e l’ambiente dinamico in cui viviamo. Modulando l'espressione genetica attraverso la metilazione del DNA, la modificazione degli istoni e l'interferenza dell'RNA, i processi epigenetici aiutano a spiegare perché genomi identici possono produrre fenotipi diversi e come le esperienze dei genitori possono influenzare la salute e il comportamento dei loro discendenti.
