La scienza

E se la tua decisione oggi di mangiare un altro pacchetto di patatine o fumare un'altra sigaretta potesse influire non solo sulla tua salute, ma anche su quella dei tuoi figli? Inoltre, cosa succede se il tuo stile di vita influisce sulla salute dei tuoi figli, nipoti e pronipoti? A quanto pare, dalle nostre scelte quotidiane dipende molto più di quanto immaginassimo.

La visione tradizionale del DNA è che esso si esprima attraverso i nostri geni, che ci aiutano a sopravvivere, riprodurci, svilupparci, e anche che il DNA sia una costante, stabilita dalla natura nel corso di molti millenni. Ora, tuttavia, sembra che le condizioni ambientali come lo stress, l'alimentazione e l'ambiente abbiano un impatto sul comportamento non solo del nostro DNA, ma anche del DNA dei nostri figli, anche se sono ancora in fase di sviluppo.

Tutto questo appartiene a una scienza relativamente nuova chiamata epigenetica. Di seguito diamo uno sguardo alle cinque scoperte più significative dell’epigenetica e al loro significato per la nostra salute.

5. Ciò che il DNA può fare è più importante della sua struttura

Il DNA è una struttura importante, tuttavia non è responsabile di tutto. Funzioni di supervisione simili appartengono all'epigenoma. Come ha descritto John Cloud, l’epigenoma prende le redini nella parte superiore del genoma e dice a ciascun gene di funzionare o meno attraverso marcatori epigenetici. Questa è la base dell’epigenetica, lo studio dei cambiamenti nel comportamento dei nostri geni che possono essere trasmessi senza modificare effettivamente il nostro codice genetico. Potenzialmente, ciò significa che il nostro corpo può avere risposte biologiche alle condizioni ambientali che influenzano positivamente o negativamente la nostra salute senza modificare il nostro DNA.

Ad esempio, Cloud suggerisce di illustrare l’epigenetica osservando i gemelli che hanno materiale genetico identico. Perché allora i gemelli non soffrono delle stesse malattie, come ad esempio l'asma o i disturbi mentali? L’epigenetica ha un ruolo in questo caso? Queste sono le domande di cui si occupa attualmente la scienza. Inoltre, i ricercatori stanno esaminando se esistono farmaci o metodi che possono essere utilizzati per migliorare il comportamento genetico.

4. Quando si tratta di progressione della malattia, l’epigenetica dà il tono

È positivo poter utilizzare il DNA come capro espiatorio, ma ci sono altri fattori che aumentano le nostre possibilità di sviluppare una malattia, tra cui: problemi ambientali, cattiva alimentazione, interazioni sociali e influenze ambientali che promuovono cambiamenti epigenetici.

Come sottolinea Sarah Baldauf, epigenetista, l'espressione dei cambiamenti epigenetici più avanti nella vita potrebbe essere responsabile di malattie legate all'età come il morbo di Alzheimer. "Invecchiando, i nostri geni invecchiano, quindi possono semplicemente spegnersi, il che porta alla malattia", dice. Cosa significa questo? I ricercatori sperano di sviluppare farmaci che guideranno cambiamenti epigenetici e che ci proteggeranno o fermeranno le malattie.

Prosegue fornendo un esempio del lavoro di un gruppo di ricerca che ha scoperto cambiamenti epigenetici nei topi che hanno portato allo sviluppo del lupus nei roditori. Tuttavia, sono riusciti a curare completamente i topi creando un farmaco che ha causato cambiamenti epigenetici.

3. L'epigenetica è strettamente legata allo sviluppo del cancro

In precedenza, i tumori erano già stati inclusi nell’elenco delle potenziali malattie associate a cambiamenti epigenetici. Questo argomento merita un’ulteriore discussione a causa della probabilità della sua stretta connessione con la scienza.

I ricercatori stanno valutando la possibilità che i cambiamenti nell’epigenoma causino la crescita del tumore. Qualche tempo fa, gli esperti credevano che il cancro fosse dovuto a mutazioni che fanno sì che le nostre cellule non ci proteggano più, oppure alla perdita di questa protezione quando le cellule si dividono. Questo è vero, tuttavia esiste una terza ragione. I tumori possono crescere perché cellule buone con eccellenti difese ricevono un segnale epigenetico di non svolgere il loro lavoro. Con l’aiuto di farmaci e persino di cambiamenti nello stile di vita, in futuro potremmo essere in grado di modificare il comportamento epigenetico e riportare al lavoro queste cellule protettive.

Una recente conferenza dell’American Institute for Cancer Research ha esaminato la connessione tra epigenetica e cancro. Ad esempio, uno degli esperti Roderick Dashwood (Roderick Dashwood) ha descritto uno studio che ha dimostrato che con l'aiuto di alcuni alimenti, come i broccoli, è possibile "spegnere" il lavoro di proteine ​​speciali che si sviluppano nel corpo umano lungo con il cancro e non permettono alle cellule di morire in modo naturale.

2. Le cure prenatali sono essenziali per monitorare i cambiamenti epigenetici

Cosa succede se una ratta incinta viene esposta a insetticidi e fungicidi? Influirà sulla sua prole? Certamente sì. Nel corso dello studio, durante tale esposizione si sono verificati cambiamenti epigenetici che hanno portato ad un aumento dell’infertilità maschile o hanno contribuito a una produzione di sperma molto scarsa. Inoltre, questi cambiamenti epigenetici persistettero per le successive quattro (!) generazioni. Pertanto, l’assistenza prenatale è la chiave per la salute dei nostri discendenti e delle generazioni future.

Quindi, se le cure prenatali sono importanti, c’è un certo periodo della gravidanza durante il quale è necessario un monitoraggio speciale? Sembra così. Uno studio della Columbia University collega la malnutrizione durante la gravidanza a conseguenze negative sulla salute del bambino per tutta la vita. Tuttavia, ancora più intrigante è il fatto che la malnutrizione è particolarmente pericolosa nelle prime 10 settimane di gravidanza.

1. L’epigenetica non riguarda solo l’ecologia, ma anche le interazioni sociali.

Quando si parla di epigenetica, contare quante volte al giorno abbracci il tuo bambino assume un significato completamente diverso. Sembra che i cambiamenti epigenetici siano associati anche alle interazioni sociali e comportamentali.

Uno studio ha dimostrato che il modo in cui un ratto si prende cura dei suoi cuccioli influenza il comportamento futuro dei cuccioli e i loro marcatori epigenetici. Inoltre, il gruppo di ricerca ha dimostrato che è possibile colmare la mancanza di cure con l'aiuto di farmaci speciali, modificando così il contesto epigenetico.

Per quanto riguarda le persone, quando si verificano situazioni stressanti nella loro vita, anche queste lasciano il segno nel comportamento del nostro genoma. Inoltre, i cambiamenti epigenetici persistono anche dopo che l’ormone dello stress lascia il nostro corpo.

La genetica suggerisce e l’epigenetica dispone.

La genetica suggerisce e l’epigenetica dispone. Perché le donne incinte dovrebbero assumere acido folico?

Sono sempre stato colpito da un fatto interessante: perché alcune persone, che cercano così zelantemente di condurre uno stile di vita sano, non fumano, dormono il numero di ore prescritto ogni giorno, mangiano i cibi più freschi e naturali, in una parola, tutto ciò che amano raccontare in modo così istruttivo a medici e nutrizionisti, a volte vivono molto meno dei forti fumatori o dei teledipendenti che preferiscono non limitarsi troppo nel cibo? Forse i medici stanno semplicemente esagerando?

Cosa sta succedendo?

Il fatto è che le cellule del nostro corpo hanno memoria, e questo è già un fatto ampiamente dimostrato.

Le nostre cellule contengono nei loro nuclei lo stesso insieme di geni: sezioni di DNA che trasportano informazioni su una proteina o una molecola di RNA che determina il percorso di sviluppo dell'organismo nel suo insieme. Nonostante il fatto che la molecola del DNA sia la molecola più lunga del corpo umano, che contiene l'informazione genetica completa dell'individuo, non tutte le sezioni del DNA funzionano in modo altrettanto efficace. In ciascuna cellula specifica possono funzionare diverse parti della macromolecola e la maggior parte dei geni umani sono completamente inattivi. La quota di geni del DNA che codificano per le proteine ​​nell'uomo rappresenta meno del 2% del genoma e, di fatto, sono considerati portatori di tutti i tratti genetici. Quei geni che trasportano le informazioni di base sulla struttura della cellula sono semplicemente attivi per tutta la vita della cellula, ma una serie di altri geni “lavorano” in modo intermittente e il loro lavoro dipende da molti fattori e parametri, compresi quelli esterni.

Esiste un numero abbastanza elevato di malattie ereditarie, tra cui spiccano le malattie genetiche - le cosiddette malattie monogeniche che si verificano quando il DNA viene danneggiato a livello genetico - si tratta di numerose malattie del metabolismo dei carboidrati, dei lipidi, degli steroidi, delle purine e pirimidine, bilirubina, metalli, tessuto connettivo e così via. È noto che la predisposizione a una particolare malattia è spesso ereditaria, quindi una persona può essere portatrice solo di mutazioni nei geni strutturali e non soffrire di una malattia genetica.

Monumento vicino all'Istituto di citologia e genetica SB RAS, Akademgorodok, Novosibirsk

Nel corpo umano esistono meccanismi speciali per il controllo dell'espressione genica e della differenziazione cellulare che non influenzano la struttura stessa del DNA. I “regolatori” possono essere localizzati nel genoma o rappresentare sistemi speciali nelle cellule ed esercitare il controllo sul lavoro dei geni in base a segnali esterni ed interni di varia natura. Tali processi sono opera dell’epigenetica, che lascia il segno anche nella genetica super-prospera, e quest’ultima alla fine potrebbe non essere realizzata. In altre parole, l’epigenetica fornisce una spiegazione di come i fattori ambientali possono influenzare il genotipo “attivando” o “disattivando” diversi geni. Il premio Nobel per la biologia e la medicina, Peter Medawar, la cui ampia espressione è stata inserita nel titolo dell'articolo, ha formulato in modo molto accurato l'importanza dell'influenza dell'epigenetica sul risultato finale.

Cos'è e con cosa si mangia?

L'epigenetica è una scienza molto giovane: la sua esistenza ha meno di cento anni, il che, tuttavia, non le impedisce di essere allo status di una delle discipline più promettenti dell'ultimo decennio. Questa direzione è così popolare che le note sulla ricerca epigenetica appaiono abbastanza spesso di recente sia in riviste scientifiche serie che in riviste mensili per una vasta gamma di lettori.

Il termine stesso apparve nel 1942 e fu coniato da uno dei biologi più famosi di Foggy Albion: Conrad Waddington. E quest'uomo è noto soprattutto per il fatto che è stato lui a gettare le basi di una direzione interdisciplinare, denominata nel 1993 con il termine "biologia dei sistemi" e fondendo insieme biologia e teoria dei sistemi complessi.

Conrad Hal Waddington (1905-1975)

Nel libro del neuroscienziato tedesco Peter Spork “Leggere tra le linee del DNA”, l'origine di questo termine è spiegata come segue: Waddington propose un nome che fosse qualcosa tra il termine stesso “genetica” e “epigenesi” che venne a us dalle opere di Aristotele - così quando veniva chiamata la dottrina dello sviluppo embrionale sequenziale dell'organismo, durante il quale avviene la formazione di nuovi organi. Tradotto dal greco epi" significa "su, sopra, sopra", l'epitenetica è come qualcosa "sopra" la genetica.
Inizialmente, l'epigenetica è stata trattata in modo molto sprezzante, il che, ovviamente, è il risultato di idee poco chiare su come i vari segnali epigenetici possano essere realizzati nel corpo e quali conseguenze possano portare. Al momento della pubblicazione delle opere di Conrad Waddington, nel mondo scientifico aleggiavano congetture sparse e la spina dorsale della teoria stessa non era ancora stata costruita.
Ben presto divenne chiaro che uno dei segnali epigenetici nella cellula è la metilazione del DNA, cioè l'aggiunta di un gruppo metilico (-CH3) a una base di citosina nella matrice del DNA. Si è scoperto che tale modifica del DNA porta ad una diminuzione dell'attività genetica, poiché questo processo può influenzare il livello di trascrizione. Fu da quel momento che l'epigenetica subì la reincarnazione e alla fine si trasformò in una branca della scienza a tutti gli effetti.
Negli anni '80 fu pubblicato un lavoro che dimostrava che la metilazione del DNA era correlata alla repressione - "silenziamento" - dei geni. Questo fenomeno può essere osservato in tutti gli eucarioti tranne il lievito. I nostri compatrioti hanno successivamente scoperto la specificità del tessuto e dell'età della metilazione del DNA negli organismi eucarioti, ed è stato anche dimostrato che la modificazione enzimatica del genoma può regolare l'espressione genica e la differenziazione cellulare. Poco dopo è stato dimostrato che la metilazione del DNA può essere controllata a livello ormonale.
Il professor Moshe Zif (della McGill University, Canada) fa questo paragone figurato: “Immaginiamo i geni nel DNA come frasi composte da lettere nucleotidiche ricevute dai genitori. Quindi la metilazione è come la disposizione dei segni di punteggiatura, che può influenzare il significato delle frasi, gli accenti delle frasi, la suddivisione in paragrafi. Di conseguenza, tutto questo "testo" può essere letto in modo diverso nei diversi organi: il cuore, il cervello e così via. E, come ormai sappiamo, la collocazione di tali “segni di punteggiatura” dipende anche dai segnali che riceviamo dall’esterno. A quanto pare, questo meccanismo aiuta ad adattarsi in modo più flessibile alle mutevoli circostanze del mondo esterno”.
Oltre alla metilazione del DNA, esistono numerosi segnali epigenetici di diversa natura: demetilazione del DNA, codice istonico (modificazione dell'istone - acetilazione, metilazione, fosforilazione e altri), posizionamento degli elementi della cromatina, repressione trascrizionale e traslazionale dei geni da parte di piccoli RNA. È interessante notare che alcuni di questi processi sono correlati tra loro e persino interdipendenti: questo aiuta a esercitare in modo affidabile il controllo epigenetico sul funzionamento selettivo dei geni.

Proviamo a capire le basi

Secondo Waddington, l'epigenetica è "la branca della biologia che studia le interazioni causali tra i geni e i loro prodotti che formano il fenotipo". Secondo i concetti moderni, il fenotipo degli organismi multicellulari è il risultato dell'interazione di un numero enorme di prodotti genetici nell'ontogenesi. Pertanto, il genotipo di un organismo in via di sviluppo è in realtà un epigenotipo. Il lavoro dell'epigenotipo è strettamente coordinato e stabilisce una certa direzione nello sviluppo. Tuttavia, oltre a questa direzione, che alla fine porta alla realizzazione della linea fenotipica principale della popolazione (il fenotipo norma), ci sono "percorsi" - sottotraiettorie, grazie alle quali gli stati fenotipici stabili, ma diversi dalla norma sono realizzato. È così che si realizza la polivarianza dell'ontogenesi.
È interessante pensare al fatto che tutte le cellule di un individuo in via di sviluppo sono inizialmente totipotenti, cioè hanno lo stesso potenziale di sviluppo e sono in grado di dare origine a qualsiasi tipo di cellula corporea. Nel tempo avviene la differenziazione, durante la quale le cellule acquisiscono proprietà e funzioni diverse, diventando neuroni, eritrociti, miociti e così via. La divergenza delle proprietà si verifica a causa dell'espressione di diversi modelli genetici: in determinate fasi di sviluppo, la cellula riceve segnali speciali, ad esempio, di natura ormonale, che implementano l'uno o l'altro “percorso” epigenetico che porta alla differenziazione cellulare.
Conrad Waddington ha introdotto una metafora di successo: il "paesaggio epigenetico", grazie al quale diventa chiaro il meccanismo dell'influenza dei fattori naturali e ambientali sullo sviluppo di un giovane organismo eucariotico. Il processo di ontogenesi è un campo di possibilità, che è una serie di traiettorie epigenetiche lungo le quali viene tracciata una strada nello sviluppo di un individuo dallo zigote allo stato adulto. Ogni "pianura" di questo paesaggio esiste per una ragione: porta alla formazione di un tessuto o di un organo, e talvolta di un intero sistema o parte di un organismo. Le traiettorie che ottengono vantaggio sono chiamate creodi nelle opere di Waddington, e le colline e le creste che separano le traiettorie sono chiamate repulsori - "repulsori". Negli anni '40 del secolo scorso, gli scienziati non avevano idea del modello fisico del genoma, quindi le proposte di Waddington furono una vera rivoluzione.

Paesaggio epigenetico secondo Waddington

Un organismo in via di sviluppo è una palla che può rotolare, seguendo varie "variazioni" del suo sviluppo. Il terreno impone alcune restrizioni sulla traiettoria della palla mentre scende dalla collina. Un fattore proveniente dall'ambiente esterno può influenzare il cambiamento nel corso della palla, provocando così la caduta della palla in una cavità più profonda, dalla quale non è così facile uscire.
Gli spazi tra le cavità epigenetiche sono punti critici per un organismo giovane, in cui il processo di sviluppo assume forme chiare, anche in funzione di fattori ambientali. Le transizioni tra avvallamenti di collegamento indicano lo sviluppo tra grandi cambiamenti e le pendenze degli avvallamenti caratterizzano la velocità di questo processo: avvallamenti delicati sono un segno di condizioni relativamente stabili, mentre pendii ripidi sono un segnale di rapidi cambiamenti. Allo stesso tempo, nei luoghi di transizione, i fattori esterni causano conseguenze più gravi, mentre in altre aree del paesaggio la loro influenza può essere insignificante. La bellezza dell'idea di paesaggio epigenetico sta nel fatto che illustra bene uno dei principi dello sviluppo: si può arrivare allo stesso risultato in modi completamente diversi.

Punti critici del paesaggio epigenetico, analogia con una palla: 2 possibili traiettorie

Dopo che la traiettoria epigenetica è stata costruita, le cellule non possono più deviare liberamente dal loro percorso di sviluppo: è così che si forma un organismo eucariotico da uno zigote, un'unica cellula “partente”, con un insieme di cellule completamente diverse nell'aspetto e funzioni. Pertanto, l'eredità epigenetica è l'eredità di un modello di espressione genica.

Illustrazione per la teoria del paesaggio epigenetico. Opzioni per lo sviluppo di eventi

Oltre a descrivere la morfogenesi di un particolare individuo, è del tutto possibile parlare del panorama epigenetico di una popolazione, cioè della prevedibilità del fenotipo realizzato per una particolare popolazione, inclusa la frequenza relativa di possibili tratti variabili.

Acido folico e incidenti non casuali

Uno dei primi esperimenti dimostrativi che dimostrano che l'epigenetica realmente "dispone" è stato condotto dal professor Randy Jirtle e dal postdoc Robert Waterland della Duke University, USA. Hanno introdotto il gene agouti in normali topi da laboratorio. Agouti o, come vengono anche chiamati, "lepri dorate sudamericane" - un genere di mammiferi dell'ordine dei roditori, esteriormente simili alle cavie. Questi roditori hanno un mantello dorato, a volte anche con una sfumatura arancione. Il gene "estraneo" integrato nel genoma dei topi ha portato al fatto che i topi da laboratorio hanno cambiato colore: il loro mantello è diventato giallo. Tuttavia, il gene agouti ha causato qualche problema ai topi: dopo la sua introduzione, gli animali hanno guadagnato peso in eccesso, oltre ad una predisposizione al diabete e al cancro. Tali topi hanno dato alla luce una prole malsana, con le stesse predisposizioni. I topi erano dorati.

Aguti carino (Dasyprocta aguti)

Tuttavia, gli sperimentatori sono comunque riusciti a “spegnere” il gene cattivo senza ricorrere alla modifica dei nucleotidi del DNA. Topi transgenici femmine incinte sono stati sottoposti a una dieta speciale arricchita con acido folico, una fonte di gruppi metilici. Di conseguenza, i topi nati non erano più dorati, ma di colore naturale.

Perché l'acido folico ha funzionato? Quanti più gruppi metilici arrivavano dal cibo nell'embrione in via di sviluppo, maggiori erano le opportunità che gli enzimi avevano di catalizzare l'aggiunta del gruppo metilico al DNA embrionale, disattivando il possibile effetto del gene. Il professor Jirtle ha commentato il suo esperimento e i suoi risultati: “L’epigenetica dimostra che siamo responsabili dell’integrità del nostro genoma. Pensavamo che solo i geni determinassero chi siamo. Oggi sappiamo con certezza che tutto ciò che facciamo, tutto ciò che mangiamo, beviamo o fumiamo influenza l'espressione dei nostri geni e dei geni delle generazioni future. L’epigenetica ci offre un nuovo concetto di libera scelta”.

Il professor Randy Jirtle e i suoi topi transgenici

Risultati non meno interessanti sono stati ottenuti da Michael Mini della McGill University di Montreal, in Canada, osservando i ratti allevare la loro prole. Se i cuccioli di ratto fin dalla nascita hanno ricevuto costantemente l'attenzione e la cura della madre, sono cresciuti con un carattere calmo e piuttosto intelligente. Al contrario, i cuccioli di ratto, le cui madri fin dall'inizio ignoravano la prole e si prendevano poca cura di loro, crescevano timorosi e nervosi. Come si è scoperto, la ragione risiede in fattori epigenetici: la cura delle madri ratte per i bambini controllava la metilazione dei geni responsabili della risposta ai recettori dello stress del cortisolo espressi nell’ippocampo. In un altro esperimento, condotto poco dopo, gli stessi fattori sono stati considerati in relazione a una persona. L'esperimento è stato effettuato utilizzando la risonanza magnetica e mirava a stabilire un'eventuale relazione tra le cure genitoriali durante l'infanzia e l'organizzazione del cervello nel suo complesso. Si è scoperto che la cura della madre gioca un ruolo chiave in questo processo. Un adulto che soffriva della mancanza dell'amore e dell'attenzione della madre durante l'infanzia aveva un ippocampo più piccolo di una persona la cui infanzia era stata prospera. L'ippocampo, come organo del sistema limbico del cervello, è estremamente multifunzionale ed è simile alla RAM di un computer: prende parte alla formazione delle emozioni, determina la forza della memoria, partecipando al processo di conversione dei brevi la memoria a termine nella memoria a lungo termine, è associata alla ritenzione dell'attenzione, è responsabile della velocità di pensiero e, oltre a molte altre cose, determina la predisposizione di una persona a una serie di malattie mentali, incluso il disturbo da stress post-traumatico.

Eric Nestler, professore di neuroscienze al Friedman Brain Institute del Mount Sinai Medical Center, New York, USA, ha studiato i meccanismi della depressione in esperimenti con gli stessi topi. Topi calmi e amichevoli sono stati posti in gabbie con individui aggressivi. Dieci giorni dopo, i topi, un tempo felici e pacifici, hanno mostrato segni di depressione: hanno perso interesse per il cibo delizioso, la comunicazione con il sesso opposto, sono diventati irrequieti e alcuni di loro addirittura mangiavano costantemente, ingrassando. A volte si è scoperto che lo stato di depressione era stabile e il recupero completo era possibile solo in caso di trattamento con antidepressivi. Uno studio sulle cellule del DNA del "sistema di ricompensa" del cervello dei topi dall'esperimento ha mostrato che circa 2000 geni hanno cambiato il modello di modifica epigenetica, e in 1200 di essi è aumentato il grado di metilazione dell'istone, in cui l'attività genetica viene soppressa. Come si è scoperto, cambiamenti epigenetici simili sono stati trovati nel DNA del cervello di persone morte mentre erano in uno stato depressivo. Naturalmente, la depressione stessa è un processo multiparametrico complesso, ma, a quanto pare, può “spegnere” i geni dell’area del cervello associata al godimento della vita.

Ma non tutte le persone sono suscettibili alla depressione... La stessa cosa è accaduta con i topi: circa un terzo dei roditori ha evitato uno stato negativo, trovandosi in una situazione stressante, nonostante la resistenza fosse presente a livello genetico. In altre parole, questi topi non presentavano cambiamenti epigenetici caratteristici. Tuttavia, nei topi resistenti, si sono verificati cambiamenti epigenetici in altri geni delle cellule al centro del “sistema di ricompensa” del cervello. Pertanto è possibile una modificazione epigenetica alternativa, che svolge una funzione protettiva, e la resistenza allo stress non è il risultato dell'assenza di una propensione geneticamente determinata, ma l'influenza di un programma epigenetico attivato per proteggere e resistere agli effetti traumatici sull'organismo. la psiche.

Nestler, nel suo rapporto, afferma inoltre quanto segue: “Abbiamo scoperto che tra i geni “protettivi” modificati epigeneticamente nei topi resistenti allo stress, ce ne sono molti la cui attività viene ripristinata alla normalità nei roditori depressi che sono stati trattati con antidepressivi. Ciò significa che nelle persone inclini alla depressione, gli antidepressivi fanno il loro lavoro, tra le altre cose, innescando programmi epigenetici protettivi che funzionano naturalmente negli individui più resistenti. In questo caso, dovresti cercare non solo nuovi e più potenti antidepressivi, ma anche sostanze che mobilitino i sistemi di difesa del corpo.

Se hai un pacchetto di sigarette in tasca....

Non è un segreto per nessuno che nella società divampino periodicamente gravi controversie legate alla questione del fumo. Gli appassionati della sigaretta in tasca tengono a sottolineare che non è dimostrato che questa abitudine sia dannosa, ma anche qui l'epigenetica esce improvvisamente di scena. Il fatto è che una persona ha un importante gene p16 che può inibire lo sviluppo di tumori oncologici. Gli studi degli ultimi dieci anni hanno dimostrato che alcune sostanze presenti nel fumo di tabacco provocano la disattivazione della proteina p16, il che, ovviamente, non porta a nulla di buono. Ma ecco cosa è interessante! - una carenza di proteine, della cui produzione è responsabile p16, - un rubinetto per i processi di invecchiamento. Scienziati cinesi affermano che se il gene viene disattivato in modo corretto e sicuro per il corpo, è possibile ritardare i processi di perdita di massa muscolare e opacizzazione del cristallino.

In una cellula normalmente funzionante, sana e completa, i geni che innescano la formazione di un tumore oncologico sono inattivi. Ciò è dovuto alla metilazione dei promotori (siti di partenza per la trascrizione specifica) di questi oncogeni, chiamati isole CpG. Nel DNA, le basi azotate citosina (C) e guanina (G) sono collegate dal fosforo, mentre un'isola può contenere fino a diverse migliaia di basi e circa il 70% dei promotori di tutti i geni possiede queste isole.

timina (rossa), Adenina (verde), Citosina (blu), Guanina (nera) - morbidogiocattoli

L'alcol acetaldeide, un sottoprodotto della lavorazione dell'etanolo nel corpo umano, come alcune sostanze presenti nel tabacco, inibisce la formazione di gruppi metilici sul DNA, che attivano oncogeni dormienti. È noto che fino al 60% di tutte le mutazioni nelle cellule germinali si verificano proprio sulle isole CpG, il che interrompe la corretta regolazione epigenetica del genoma. I gruppi metilici entrano nel nostro corpo con il cibo, poiché non produciamo né aminoacidi folici né metionina, fonti ricche di gruppi CH3. Se la nostra dieta non contiene questi aminoacidi, è inevitabile una violazione dei processi di metilazione del DNA.

Sviluppi e progetti per il futuro

Negli ultimi anni, l’epigenetica è riuscita a crescere in modo significativo nella tecnologia. In una delle revisioni del Massachusetts Institute of Technology (USA), l'epigenetica è nominata tra le dieci tecnologie più importanti che nel prossimo futuro possono cambiare il mondo e avere il maggiore impatto sull'umanità.
Moshe Zif ha commentato la situazione attuale: “A differenza delle mutazioni genetiche, i cambiamenti epigenetici sono potenzialmente reversibili. Molto probabilmente un gene mutato non sarà mai in grado di tornare al suo stato normale. L'unica soluzione in questa situazione è tagliare o disattivare questo gene in tutte le cellule che lo portano. I geni con un modello di metilazione disturbato, con un epigenoma alterato, possono essere riportati alla normalità, e in modo molto semplice. Esistono già farmaci epigenetici, come la 5-azacitidina (commercialmente nota come vidasi), che è un analogo non metilato della citidina, un nucleoside di DNA e RNA che, inserendosi nel DNA, ne riduce il livello di metilazione. Questo farmaco viene ora utilizzato per la sindrome mielodisplastica, nota anche come preleucemia."

L'azienda tedesca Epigenomics ha già rilasciato una serie di test di screening che consentono di diagnosticare il cancro in diverse fasi del suo sviluppo attraverso cambiamenti epigenetici nel corpo basati sulla metilazione del DNA. L'azienda continua la sua ricerca verso lo sviluppo di test di suscettibilità al cancro, con l'obiettivo di "rendere il test di metilazione del DNA una pratica di routine nel laboratorio clinico". Altre aziende stanno lavorando nella stessa direzione: Roshe Pharmaceuticals, MethylGene, NimbleGen, Sigma-Aldrich, Epigentek. Nel 2003 è stato lanciato il Progetto Epigenoma Umano, nell'ambito del quale gli scienziati sono stati in grado di decifrare i loci variabili di metilazione del DNA su tre cromosomi umani: 6, 20 e 22.

Meccanismi epigenetici coinvolti nella regolazione dell'espressione genica

Ad oggi è diventato chiaro che lo studio dei meccanismi dei geni "on-off" offre alla medicina molte più opportunità di sviluppo rispetto alla terapia genica. Si prevede che in futuro l'epigenetica sarà in grado di raccontarci le cause e lo sviluppo di alcune malattie con un "bias genetico" - ad esempio il morbo di Alzheimer, il morbo di Crohn, il diabete, aiuteranno a studiare i meccanismi che portano alla formazione di tumori oncologici, allo sviluppo di disturbi mentali e così via.

Il 19 febbraio 2015, sulla rivista Nature è stato pubblicato l'articolo "L'organizzazione della cromatina delle cellule d'origine modella il paesaggio mutazionale del cancro". Un gruppo di scienziati ha scoperto che il modello di mutazioni in una cellula tumorale è correlato alla struttura della cromatina. Cosa significa questo? Molte cose. Spesso gli oncologi sviluppano trattamenti per tipi specifici di tumori, ma identificano scarsamente i confini di casi particolari. Se ogni tipo di tumore oncologico è associato ad una struttura cromatinica alterata, allora diventa chiaro che questo o quel tumore si è sviluppato da un tipo specifico di cellula, e questo rivoluzionerà completamente il trattamento del cancro. Le cosiddette mappe epigenomiche aiuteranno a determinare le cause dell'oncologia: le cellule tumorali "vivono" con mutazioni comuni in tutto il DNA della cellula.

Facendo ricerche sulla malattia di Alzheimer, gli scienziati hanno scoperto da tempo alcune delle "variazioni genetiche" associate alla malattia. Sono stati poco studiati perché erano contenuti in una parte del genoma che non codifica proteine. Il biologo Manolis Kellis del Massachusetts Institute of Technology, studiando le mappe epigenomiche del cervello umano e dei topi, è giunto alla conclusione che queste “variazioni” sono in qualche modo legate al sistema immunitario. “In generale, questo è ciò che molti nella comunità scientifica hanno intuito intuitivamente, - dice Kellis, - ma in effetti nessuno lo ha mostrato all’altezza. La ricerca è in corso.

Nonostante il gran numero di lavori dedicati all'epigenetica, al suo interno ci sono ancora abbastanza buchi neri e macchie bianche. Un'organizzazione internazionale chiamata The International Human Epigenome Consortium (http://ihec-epigenomes.org/) mira a fornire accesso gratuito ai materiali epigenetici umani per lo sviluppo della ricerca fondamentale e applicata in aree legate all'epigenetica. I piani prevedono la visualizzazione di più di 1000 tipi di cellule, lo studio dei cambiamenti nell'epigenoma delle persone selezionate per i test per diversi anni, con uno studio parallelo dell'influenza di fattori esterni. “Questo lavoro ci occuperà almeno per i prossimi decenni. Il genoma non solo è difficile da leggere, ma il processo stesso richiede molto tempo”. - dice Manolis Kellis.

Inoltre, sono attualmente in corso sviluppi significativi nel campo dei trattamenti alternativi ed efficaci per i disturbi mentali. È già stato dimostrato che alcune sostanze medicinali che proteggono i gruppi acetilici degli istoni, inattivando gli enzimi che rimuovono i gruppi acetilici, hanno un forte effetto antidepressivo. L'enzima istone deacetilasi, che catalizza la scissione, si trova nelle cellule di diverse aree del cervello, in molti tessuti e organi, motivo per cui il farmaco, a causa dell'attività non selettiva, ha un effetto collaterale. I ricercatori stanno esplorando la possibilità di creare tali sostanze che sopprimerebbero l'attività dell'unica deacetilasi dell'istone nel cervello, che è responsabile dello stato mentale di una persona ("centro di ricompensa"). Ma nessuno si preoccupa di cercare di identificare altre proteine ​​coinvolte nella modificazione epigenetica della cromatina delle cellule cerebrali, o di identificare i geni che vengono modificati epigeneticamente durante la depressione (ad esempio, quelli associati alla sintesi di recettori per specifici neurotrasmettitori o proteine ​​di segnalazione coinvolte nell'attivazione neuronale). Tale ricerca avvierà la ricerca o la sintesi di farmaci in grado di inattivare questi particolari geni o i loro prodotti.

E infine

“Allora, come vivi adesso? Condurre uno stile di vita sano? Iscriverti urgentemente in palestra e rivedere la tua dieta? - non vedo l'ora di chiedertelo. Peter Spork, nel suo libro Reading Between the Lines of DNA, risponde con un tocco di umorismo. Dice che non vale ancora la pena eliminare bruscamente e per sempre le serate sul divano e il cibo spazzatura dalla tua vita, perché un simile sconvolgimento rischia di portare allo stress, che può influenzare anche l'epigenetica. La cosa principale è che la "dannosità" non diventa uno stile di vita o un'abitudine radicata. L’epigenetica, come un faro nel mare in tempesta della vita, ci mostra che il nostro corpo a volte attraversa periodi critici di sviluppo, quando gli epigeni sono sensibili agli stimoli provenienti dall’ambiente esterno. Ecco perché una donna che aspetta un bambino dovrebbe assolutamente assumere regolarmente l'acido folico e proteggersi dallo stress e dalle situazioni negative.

A. e altri. L’organizzazione della cromatina della cellula d’origine modella il panorama mutazionale del cancro. Natura 518, pp 360-364, 19 febbraio 2015. http://biochimiche.com

Il sequenziamento del DNA del genoma umano e dei genomi di molti organismi modello ha suscitato negli ultimi anni un notevole entusiasmo nella comunità biomedica e nel pubblico in generale. Questi progetti genetici, che dimostrano le regole generalmente accettate dell’eredità mendeliana, sono ora facilmente disponibili per un’attenta analisi, aprendo la porta a una comprensione più profonda della biologia e delle malattie umane. Questa conoscenza genera anche nuove speranze per nuove strategie di trattamento. Tuttavia, molte domande fondamentali rimangono senza risposta. Ad esempio, come funziona lo sviluppo normale quando ciascuna cellula possiede la stessa informazione genetica e tuttavia segue il proprio particolare percorso di sviluppo con elevata precisione temporale e spaziale? Come fa la cellula a decidere quando dividersi e differenziarsi e quando mantenere inalterata la propria identità cellulare, reagendo e manifestandosi secondo il suo normale programma di sviluppo? Gli errori che si verificano nei processi di cui sopra possono portare a condizioni patologiche come il cancro. Questi errori sono codificati in progetti errati che ereditiamo da uno o entrambi i nostri genitori, oppure esistono altri livelli di informazioni normative che non sono state lette e decodificate correttamente?

Negli esseri umani, l'informazione genetica (DNA) è organizzata in 23 coppie di cromosomi, costituiti da circa 25.000 geni. Questi cromosomi possono essere paragonati a biblioteche contenenti diverse serie di libri che insieme forniscono istruzioni per lo sviluppo dell'intero organismo umano. La sequenza nucleotidica del DNA del nostro genoma è costituita da circa (3 x 10 alla potenza di 9) basi, abbreviate in questa sequenza dalle quattro lettere A, C, G e T, che formano determinate parole (geni), frasi, capitoli e libri. Tuttavia, ciò che determina esattamente quando e in quale ordine questi diversi libri dovrebbero essere letti rimane tutt’altro che chiaro. La risposta a questa straordinaria sfida sta probabilmente nello scoprire come gli eventi cellulari sono coordinati durante lo sviluppo normale e anormale.

Se si sommano tutti i cromosomi, la molecola di DNA negli eucarioti superiori è lunga circa 2 metri e, quindi, deve essere condensata il più possibile - circa 10.000 volte - per adattarsi al nucleo cellulare - il compartimento della cellula che immagazzina i nostri cromosomi. materiale genetico. L'avvolgimento del DNA su "bobine" di proteine, le cosiddette proteine ​​istoniche, fornisce un'elegante soluzione a questo problema di confezionamento e dà origine a un polimero in cui si ripetono i complessi proteina:DNA, noto come cromatina. Tuttavia, nel processo di confezionamento del DNA per adattarlo meglio allo spazio limitato, il compito diventa più difficile, più o meno allo stesso modo di quando si sistemano troppi libri sugli scaffali della biblioteca: diventa sempre più difficile trovare e leggere il libro di scelta, e quindi diventa necessario un sistema di indicizzazione.

Tale indicizzazione è fornita dalla cromatina come piattaforma per l'organizzazione del genoma. La cromatina non ha una struttura uniforme; appare in una varietà di forme di impaccamento, da una fibrilla di cromatina altamente condensata (nota come eterocromatina) a una forma meno compatta dove i geni sono normalmente espressi (nota come eucromatina). Le alterazioni possono essere introdotte nel polimero centrale della cromatina incorporando proteine ​​istoniche insolite (note come varianti istoniche), strutture cromatiniche alterate (note come rimodellamento della cromatina) e aggiungendo flag chimici alle proteine ​​istoniche stesse (note come modifiche covalenti). Inoltre, l'aggiunta di un gruppo metilico direttamente a una base di citosina (C) nel modello di DNA (nota come metilazione del DNA) può creare siti di attacco proteico per modificare lo stato della cromatina o influenzare la modifica covalente degli istoni residenti.

Dati recenti suggeriscono che gli RNA non codificanti possono “dirigere” la transizione di regioni specializzate del genoma verso stati cromatinici più compatti. Pertanto, la cromatina dovrebbe essere vista come un polimero dinamico in grado di indicizzare il genoma e amplificare i segnali provenienti dall’ambiente esterno, determinando in definitiva quali geni dovrebbero e non dovrebbero essere espressi.

Nel loro insieme, queste capacità di regolazione conferiscono alla cromatina una sorta di inizio di organizzazione del genoma, noto come "epigenetica". In alcuni casi, si scopre che i modelli di indicizzazione epigenetica vengono ereditati durante le divisioni cellulari, fornendo così una "memoria" cellulare che può espandere il potenziale delle informazioni ereditate contenute nel codice genetico (DNA). Pertanto, nel senso stretto del termine, l'epigenetica può essere definita come cambiamenti nella trascrizione genica dovuti a modulazioni della cromatina che non sono il risultato di cambiamenti nella sequenza nucleotidica del DNA.

Questa recensione presenta i principali concetti relativi alla cromatina e all'epigenetica e discute come il controllo epigenetico possa fornirci la chiave per risolvere alcuni misteri di vecchia data come l'identità cellulare, la crescita del tumore, la plasticità delle cellule staminali, la rigenerazione e l'invecchiamento. Mentre i lettori "guadano" nei capitoli seguenti, consigliamo loro di prestare attenzione a un'ampia gamma di modelli sperimentali che sembrano avere una base epigenetica (non DNA). Espressa in termini meccanicistici, la comprensione di come funziona l’epigenetica avrà probabilmente implicazioni importanti e di vasta portata per la biologia e le malattie umane in questa era “post-genomica”.

L’epigenetica è una branca della genetica recentemente emersa come campo di ricerca indipendente. Ma oggi questa scienza giovane e dinamica offre una visione rivoluzionaria sui meccanismi molecolari dello sviluppo dei sistemi viventi.

Una delle ipotesi epigenetiche più audaci e stimolanti, ovvero che l'attività di molti geni sia influenzata dall'esterno, viene ora confermata in una serie di esperimenti su modelli animali. I ricercatori commentano con cautela i loro risultati, ma non lo escludono Homo sapiens non dipende completamente dall'ereditarietà e quindi può influenzarla intenzionalmente.

In futuro, se gli scienziati hanno ragione e riescono a trovare le chiavi dei meccanismi di controllo genetico, una persona sarà soggetta ai processi fisici che si verificano nel corpo. L’invecchiamento potrebbe essere uno di questi.

Nella fig. meccanismo di interferenza dell’RNA.

Le molecole di dsRNA possono essere un RNA a forcina o due filamenti di RNA complementari accoppiati.
Le molecole lunghe di dsRNA vengono tagliate (elaborate) nella cellula in molecole corte dall'enzima Dicer: uno dei suoi domini lega specificamente l'estremità della molecola di dsRNA (contrassegnata con un asterisco), mentre l'altro produce rotture (contrassegnate con frecce bianche) in entrambe le catene di dsRNA.

Di conseguenza, si forma un RNA a doppio filamento lungo 20-25 nucleotidi (siRNA) e Dicer procede al successivo ciclo di taglio del dsRNA, legandosi alla sua estremità appena formata.

Questi siRNA possono essere inclusi nel complesso contenente la proteina Argonauta (AGO). Una delle catene di siRNA nel complesso con la proteina AGO trova molecole complementari di RNA messaggero (mRNA) nella cellula. L'AGO taglia le molecole di mRNA bersaglio, provocando la degradazione dell'mRNA o interrompendo la traduzione dell'mRNA sul ribosoma. Gli RNA corti possono anche sopprimere la trascrizione (sintesi dell'RNA) di un gene a loro omologo nella sequenza nucleotidica di un gene nel nucleo.
(disegno, diagramma e commento / rivista "Priroda" n. 1, 2007)

Sono possibili altri meccanismi, ancora sconosciuti.
La differenza tra i meccanismi di ereditarietà epigenetici e genetici sta nella loro stabilità, riproducibilità degli effetti. I tratti geneticamente determinati possono essere riprodotti indefinitamente fino a quando non si verifica un certo cambiamento (mutazione) nel gene corrispondente.
I cambiamenti epigenetici indotti da determinati stimoli vengono solitamente riprodotti in una serie di generazioni cellulari durante la vita di un organismo. Quando vengono trasmessi alle generazioni successive, non possono riprodursi più di 3-4 generazioni, e poi, se scompare lo stimolo che li ha indotti, scompaiono gradualmente.

Che aspetto ha a livello molecolare? Marcatori epigenetici, come vengono solitamente chiamati questi complessi chimici, non si trovano nei nucleotidi che formano la sequenza strutturale della molecola di DNA, ma su di essi e catturano direttamente determinati segnali?

Giusto. I marcatori epigenetici infatti non si trovano nei nucleotidi, ma SU di essi (metilazione) o ALL'ESTERNO di essi (acetilazione degli istoni della cromatina, microRNA).
Ciò che accade quando questi indicatori vengono trasmessi alla generazione successiva è meglio spiegato utilizzando l’albero di Natale come analogia. I “giocattoli” (marcatori epigenetici) che passano di generazione in generazione vengono completamente rimossi da esso durante la formazione di una blastocisti (embrione a 8 cellule), e poi, durante l'impianto, vengono “indossati” negli stessi luoghi in cui si trovavano prima . Questo è noto da molto tempo. Ma ciò che è diventato noto di recente, e che ha cambiato completamente la nostra comprensione della biologia, ha a che fare con le modificazioni epigenetiche acquisite nel corso della vita di un dato organismo.

Ad esempio, se un organismo è sotto l'influenza di un certo effetto (shock termico, fame, ecc.), si verifica una costante induzione di cambiamenti epigenetici (“acquisto di un nuovo giocattolo”). Come precedentemente ipotizzato, tali marcatori epigenetici vengono cancellati senza lasciare traccia durante la fecondazione e la formazione dell'embrione e, quindi, non vengono trasmessi alla discendenza. Si è scoperto che non era così. In un gran numero di studi negli ultimi anni, i cambiamenti epigenetici indotti dallo stress ambientale nei rappresentanti di una generazione sono stati riscontrati nei rappresentanti di 3-4 generazioni successive. Ciò indica la possibilità di ereditare tratti acquisiti, cosa che fino a poco tempo fa era considerata assolutamente impossibile.

Quali sono i fattori più importanti che causano i cambiamenti epigenetici?

Questi sono tutti fattori che operano durante le fasi sensibili (sensibili) dello sviluppo. Negli esseri umani, questo è l'intero periodo dello sviluppo intrauterino e i primi tre mesi dopo la nascita. I più importanti includono l’alimentazione, le infezioni virali, il fumo materno durante la gravidanza, la produzione insufficiente di vitamina D (durante l’insolazione) e lo stress materno.
Cioè, aumentano l'adattamento del corpo alle mutevoli condizioni. E quali siano i "messaggeri" tra fattori ambientali e processi epigenetici, nessuno lo sa ancora.

Ma, inoltre, è dimostrato che il periodo più “sensibile”, durante il quale sono possibili le principali modifiche epigenetiche, è il periodo periconcettuale (i primi due mesi dopo il concepimento). È possibile che i tentativi di intervenire direttamente sui processi epigenetici anche prima del concepimento, cioè sulle cellule germinali anche prima della formazione dello zigote, possano rivelarsi efficaci. Tuttavia, l’epigenoma rimane sufficientemente plastico anche dopo la fine dello stadio di sviluppo embrionale; alcuni ricercatori stanno cercando di correggerlo anche negli adulti.

Ad esempio, Min Ju Fan ( Ming Zhu Fang) e i suoi colleghi della Rutgers University nel New Jersey (USA) hanno scoperto che negli adulti con l'aiuto di un certo componente del tè verde (un antiossidante - epigallocatechina gallato (EGCG)) è possibile attivare i geni soppressori (soppressori) del tumore crescita dovuta alla demetilazione del DNA.

Attualmente negli Stati Uniti e in Germania sono già in fase di sviluppo circa una dozzina di farmaci, sulla base dei risultati di recenti studi sull’epigenetica nella diagnosi del cancro.
E quali sono oggi le domande chiave in epigenetica? In che modo la loro soluzione può far avanzare lo studio dei meccanismi (processi) dell'invecchiamento?

Credo che il processo di invecchiamento sia intrinsecamente epigenetico (“come stadio dell’ontogenesi”). La ricerca in questo settore è iniziata solo negli ultimi anni, ma se avranno successo, forse l’umanità riceverà un nuovo potente strumento per combattere le malattie e prolungare la vita.
Le questioni chiave ora sono la natura epigenetica delle malattie (ad esempio, il cancro) e lo sviluppo di nuovi approcci alla loro prevenzione e cura.
Se sarà possibile studiare i meccanismi epigenetici molecolari delle malattie legate all’età, sarà possibile contrastarne con successo lo sviluppo.

Dopotutto, ad esempio, un'ape operaia vive 6 settimane e un'ape regina vive 6 anni.
Con un'identità genetica completa, differiscono solo per il fatto che la futura ape regina durante lo sviluppo viene nutrita con pappa reale per diversi giorni in più rispetto a una normale ape operaia.

Di conseguenza, i rappresentanti di queste caste di api formano epigenotipi leggermente diversi. E, nonostante la somiglianza esterna e biochimica, la durata della loro vita differisce di 50 volte!

Nel processo di ricerca negli anni '60, è stato dimostrato che diminuisce con l'età. Ma gli scienziati hanno fatto progressi nel rispondere alla domanda: perché sta accadendo questo?

Ci sono molti lavori che dimostrano che le caratteristiche e il tasso di invecchiamento dipendono dalle condizioni dell'ontogenesi precoce. La maggior parte lo associa alla correzione dei processi epigenetici.

La metilazione del DNA diminuisce con l’età, il motivo per cui ciò accade non è ancora noto. Una delle versioni è che questa è una conseguenza dell'adattamento, un tentativo da parte del corpo di adattarsi sia allo stress esterno che al "superstress" interno - l'invecchiamento.

È possibile che il DNA "acceso" durante la demetilazione legata all'età sia un'ulteriore risorsa adattiva, una delle manifestazioni del processo vitaukt (come lo chiamava l'eccezionale gerontologo Vladimir Veniaminovich Frolkis) - un processo fisiologico che contrasta l'invecchiamento.

Per apportare modifiche a livello genetico, è necessario identificare e sostituire la "lettera" mutata del DNA, magari una sezione di geni. Finora, il modo più promettente per eseguire tali operazioni è quello biotecnologico. Ma finora questa è una direzione sperimentale e non ci sono ancora scoperte particolari. La metilazione è un processo più plastico, è più facile modificarlo, anche con l'aiuto di preparati farmacologici. È possibile imparare il controllo selettivo? Cos'altro è necessario fare per questo?

La metilazione è improbabile. Non è specifico, agisce su tutto "all'ingrosso". Puoi insegnare a una scimmia a premere i tasti del pianoforte e ne estrarrà suoni forti, ma è improbabile che esegua la Sonata al chiaro di luna. Sebbene ci siano esempi in cui, con l'aiuto della metilazione, è stato possibile modificare il fenotipo di un organismo. L'esempio più famoso è quello dei topi portatori del gene mutante agouti (l'ho già citato). In questi topi si è verificata una regressione al colore normale del mantello perché il gene "difettoso" è stato "spento" dalla metilazione.

Ma è possibile influenzare selettivamente l'espressione genetica, e gli RNA interferenti, che agiscono in modo altamente specifico, solo sui “propri”, sono perfetti per questo. Questo lavoro è già in corso.

Ad esempio, ricercatori americani hanno recentemente trapiantato cellule tumorali umane in topi immunodepressi che potevano moltiplicarsi e metastatizzare liberamente nei topi immunodeficienti. Gli scienziati sono riusciti a determinare quelli espressi nelle cellule metastatizzanti e, sintetizzando l'apposito RNA interferente e iniettandolo nei topi, hanno bloccato la sintesi dell'RNA messaggero "cancro" e, di conseguenza, hanno soppresso la crescita del tumore e le metastasi.

Cioè, sulla base della ricerca moderna, possiamo dire che vari processi che si verificano negli organismi viventi si basano su segnali epigenetici. Quali sono? Quali fattori influenzano la loro formazione? Gli scienziati possono decifrare questi segnali?

I segnali possono essere molto diversi. Durante lo sviluppo e lo stress, questi sono segnali principalmente di natura ormonale, ma è dimostrato che anche l'influenza di un campo elettromagnetico a bassa frequenza di una certa frequenza, la cui intensità è un milione (!) Di volte inferiore all'effetto elettromagnetico naturale campo, può portare all'espressione dei geni delle proteine ​​da shock termico (HSP70) nei campi di coltura cellulare. In questo caso, questo campo, ovviamente, non agisce "energeticamente", ma è una sorta di "innesco" del segnale che "avvia" l'espressione genica. C'è ancora molto mistero qui.

Ad esempio, quello aperto di recente effetto spettatore(“effetto spettatore”).
In breve, la sua essenza è la seguente. Quando irradiamo le cellule in coltura, queste sperimentano un'ampia gamma di reazioni, dalle aberrazioni cromosomiche alle reazioni radioadattative (la capacità di resistere ad alte dosi di radiazioni). Ma se rimuoviamo tutte le cellule irradiate e trasferiamo altre cellule non irradiate nel restante mezzo nutritivo, mostreranno le stesse reazioni, anche se nessuno le ha irradiate.

Si presume che le cellule irradiate secernono nell'ambiente alcuni fattori di "segnale" epigenetici, che causano cambiamenti simili nelle cellule non irradiate. Quale sia la natura di questi fattori, nessuno lo sa ancora.

Grandi aspettative nel miglioramento della qualità e dell’aspettativa di vita sono associate ai progressi scientifici nel campo della ricerca sulle cellule staminali. Riuscirà l’epigenetica a giustificare le speranze riposte in essa nella riprogrammazione delle cellule? Ci sono prerequisiti seri per questo?

Se verrà sviluppata una tecnica affidabile per la "riprogrammazione epigenetica" delle cellule somatiche in cellule staminali, ciò rappresenterà sicuramente una rivoluzione nella biologia e nella medicina. Finora sono stati fatti solo i primi passi in questa direzione, ma sono incoraggianti.

Una massima ben nota: un uomo è ciò che mangia. Che effetto ha il cibo sulla nostra? Ad esempio, i genetisti dell'Università di Melbourne, che hanno studiato i meccanismi della memoria cellulare, hanno scoperto che dopo aver ricevuto una singola dose di zucchero, la cellula immagazzina il marcatore chimico corrispondente per diverse settimane.

C'è anche una sezione speciale di epigenetica - Epigenetica nutrizionale affrontando specificamente il tema della dipendenza dei processi epigenetici dalle caratteristiche nutrizionali. Queste caratteristiche sono particolarmente importanti nelle prime fasi di sviluppo dell'organismo. Ad esempio, quando un bambino viene nutrito non con latte materno, ma con formule nutrizionali secche a base di latte vaccino, si verificano cambiamenti epigenetici nelle cellule del suo corpo che, essendo fissate dal meccanismo dell'imprinting (imprinting), alla fine portano alla insorgenza di un processo autoimmune nelle cellule beta del pancreas che porta al diabete di tipo 1.

Nella fig. sviluppo del diabete (la figura aumenta quando si fa clic sul cursore). Nelle malattie autoimmuni come il diabete di tipo 1, il sistema immunitario di una persona attacca i propri organi e tessuti.
Alcuni autoanticorpi iniziano a essere prodotti nell'organismo molto prima che compaiano i primi sintomi della malattia. La loro identificazione può aiutare a valutare il rischio di sviluppare la malattia.
(immagine tratta dalla rivista "NEL MONDO DELLA SCIENZA", luglio 2007 n. 7)

E un’alimentazione inadeguata (ipocalorica) durante lo sviluppo fetale è un percorso diretto verso l’obesità in età adulta e il diabete di tipo II.

Ciò significa che una persona è ancora responsabile non solo di se stessa, ma anche dei suoi discendenti: figli, nipoti, pronipoti?

Sì, certo, e in misura molto maggiore di quanto si pensasse in precedenza.

E qual è la componente epigenetica nel cosiddetto imprinting genomico?

Con l'imprinting genomico uno stesso gene si manifesta fenotipicamente in modo diverso a seconda che passi dal padre o dalla madre alla prole. Cioè, se un gene viene ereditato dalla madre, allora è già metilato e non espresso, mentre un gene ereditato dal padre non è metilato e viene espresso.

L'imprinting genomico è studiato più attivamente nello sviluppo di varie malattie ereditarie trasmesse solo da antenati di un certo sesso. Ad esempio, la forma giovanile della malattia di Huntington si manifesta solo quando l'allele mutante viene ereditato dal padre e la miotonia atrofica dalla madre.
E questo nonostante il fatto che le cause di queste malattie siano esattamente le stesse, indipendentemente dal fatto che siano ereditate dal padre o dalla madre. Le differenze risiedono nel “fondo epigenetico” dovuto alla loro permanenza negli organismi materni o, al contrario, paterni. In altre parole, portano con sé "l'impronta epigenetica" del sesso dei genitori. Quando sono nel corpo di un antenato di un certo sesso, sono metilati (funzionalmente repressi), e l'altro è demetilato (rispettivamente, sono espressi), e nello stesso stato vengono ereditati dai discendenti, conducendo (o meno portando) alla comparsa di alcune malattie.

Hai studiato gli effetti delle radiazioni sul corpo. È noto che basse dosi di radiazioni hanno un effetto positivo sulla durata della vita dei moscerini della frutta. Drosophila. È possibile allenare il corpo umano con basse dosi di radiazioni? Alexander Mikhailovich Kuzin, da lui espresso negli anni '70 del secolo scorso, dosi che sono circa un ordine di grandezza maggiori di quelle di fondo portano ad un effetto stimolante.

In Kerala, ad esempio, il livello di fondo non è 2, ma 7,5 volte il livello "medio indiano", ma né l'incidenza del cancro né la mortalità ad esso associata differiscono da quelli della popolazione indiana generale.

(Vedi, ad esempio, le ultime novità su questo argomento: Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Nakamura S, Sugahara T. Radiazioni di fondo e incidenza del cancro in Kerala, studio di coorte India-Karanagappally. Fisica della salute. 2009 gennaio;96(1):55-66)

In uno dei suoi studi ha analizzato i dati sulle date di nascita e di morte di 105.000 kievani morti tra il 1990 e il 2000. Quali conclusioni sono state tratte?

L'aspettativa di vita delle persone nate alla fine dell'anno (soprattutto a dicembre) è risultata essere la più lunga, mentre la più breve è stata quella di “aprile-luglio”. Le differenze tra i valori medi mensili minimi e massimi sono state molto ampie e hanno raggiunto 2,6 anni per gli uomini e 2,3 anni per le donne. I nostri risultati mostrano che la durata della vita di una persona dipende in larga misura dalla stagione dell’anno in cui è nata.

È possibile applicare le informazioni ricevute?

Quali potrebbero essere le raccomandazioni? Ad esempio, concepire i bambini in primavera (meglio - a marzo), in modo che siano potenziali centenari? Ma questo è assurdo. La natura non dà tutto ad alcuni e niente ad altri. Così è con la “programmazione stagionale”. Ad esempio, in studi condotti in molti paesi (Italia, Portogallo, Giappone), è stato rivelato che gli scolari e gli studenti nati nella tarda primavera - inizio estate (secondo i nostri dati, "fegato corto") hanno le più alte capacità intellettuali. Questi studi dimostrano l'inutilità delle raccomandazioni "applicate" per avere figli in determinati mesi dell'anno. Ma questi lavori, ovviamente, rappresentano un motivo serio per ulteriori ricerche scientifiche sui meccanismi che determinano la "programmazione", nonché per la ricerca di mezzi per correggere direttamente questi meccanismi al fine di prolungare la vita in futuro.

Uno dei pionieri dell’epigenetica in Russia, il professore dell’Università statale di Mosca Boris Vanyushin, nella sua opera “La materializzazione dell’epigenetica o piccoli cambiamenti con grandi conseguenze”, ha scritto che il secolo scorso è stato il secolo della genetica, e quello attuale è il secolo secolo di epigenetica.

Cosa permette di valutare la posizione dell’epigenetica in modo così ottimistico?

Dopo il completamento del programma Genoma Umano, la comunità scientifica è rimasta scioccata: si è scoperto che le informazioni sulla struttura e il funzionamento di una persona sono contenute in circa 30mila geni (secondo varie stime, si tratta solo di circa 8-10 megabyte di informazione). Gli esperti che lavorano nel campo dell'epigenetica lo chiamano il "secondo sistema informativo" e credono che decifrare i meccanismi epigenetici che controllano lo sviluppo e l'attività vitale del corpo porterà a una rivoluzione nella biologia e nella medicina.

Ad esempio, diversi studi sono già riusciti a identificare modelli tipici in tali figure. Sulla base di essi, i medici possono diagnosticare la formazione del cancro in una fase iniziale.
Ma è realizzabile un progetto del genere?

Sì, certo, anche se è molto costoso e difficilmente può essere attuato durante una crisi. Ma a lungo termine – abbastanza.

Nel 1970, il gruppo Vanyushin sulla rivista "Natura" hanno pubblicato dati su ciò che regola la differenziazione cellulare, portando a differenze nell'espressione genica. E ne hai parlato. Ma se un organismo contiene lo stesso genoma in ciascuna cellula, allora l'epigenoma di ciascun tipo di cellula ha il proprio, rispettivamente, e il DNA viene metilato in modo diverso. Considerando che nel corpo umano esistono circa duecentocinquanta tipi di cellule, la quantità di informazioni può essere enorme.

Ecco perché il progetto Human Epigenome è molto difficile (anche se non senza speranza) da implementare.

Crede che i fenomeni più insignificanti possano avere un enorme impatto sulla vita di una persona: “Se l’ambiente gioca un ruolo così importante nel cambiare il nostro genoma, allora dobbiamo costruire un ponte tra i processi biologici e sociali. Cambierà assolutamente il modo in cui guardiamo le cose."

È tutto così serio?

Certamente. Ora, in connessione con le ultime scoperte nel campo dell'epigenetica, molti scienziati parlano della necessità di un ripensamento critico di molte disposizioni che sembravano irremovibili o respinte per sempre, e persino della necessità di cambiare i paradigmi fondamentali in biologia. Una tale rivoluzione nel modo di pensare, ovviamente, può avere un impatto molto significativo su tutti gli aspetti della vita delle persone, dalla visione del mondo e dello stile di vita all'esplosione delle scoperte in biologia e medicina.

L'informazione sul fenotipo è contenuta non solo nel genoma, ma anche nell'epigenoma, che è plastico e può, cambiando sotto l'influenza di determinati stimoli ambientali, influenzare l'espressione dei geni - UNA CONTRADDIZIONE CON IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE, SECONDO CUI IL FLUSSO DI INFORMAZIONI PUÒ PASSARE SOLO DAL DNA ALLE PROTEINE, MA NON viceversa.
I cambiamenti epigenetici indotti nell'ontogenesi precoce possono essere fissati dal meccanismo dell'imprinting e modificare l'intero destino successivo di una persona (compresi psicotipo, metabolismo, predisposizione alle malattie, ecc.) - ASTROLOGIA ZODIACALE.
La causa dell'evoluzione, oltre ai cambiamenti casuali (mutazioni) selezionati dalla selezione naturale, sono i cambiamenti diretti e adattativi (epimutazioni) - IL CONCETTO DI EVOLUZIONE CREATIVA del filosofo francese (premio Nobel per la letteratura, 1927) Henri BERGSON.
Le epimutazioni possono essere trasmesse dagli antenati ai discendenti - EREDITÀ DELLE CARATTERISTICHE ACQUISITE, LAMARKISMO.

A quali domande urgenti verrà data risposta nel prossimo futuro?

Come avviene lo sviluppo di un organismo multicellulare, qual è la natura dei segnali che determinano in modo così accurato il momento in cui si verificano, la struttura e le funzioni dei vari organi del corpo?

È possibile, influenzando i processi epigenetici, cambiare gli organismi nella direzione desiderata?

È possibile prevenire lo sviluppo di malattie epigenetiche, come il diabete e il cancro, modificando i processi epigenetici?

Qual è il ruolo dei meccanismi epigenetici nel processo di invecchiamento, è possibile prolungare la vita con il loro aiuto?

È possibile che i modelli di evoluzione dei sistemi viventi incomprensibili ai nostri tempi (evoluzione “non secondo Darwin”) siano spiegati dal coinvolgimento di processi epigenetici?

Naturalmente questa è solo la mia lista personale, potrebbe differire per altri ricercatori.