L'epigenetica è uno dei campi di ricerca più entusiasmanti. In passato si pensava che tutto fosse nei geni, ma oggi si sa che solo circa il 20% viene ereditato direttamente e che il restante 80% della nostra durata di vita è determinato dalle modificazioni epigenetiche.
Un adulto medio è composto dall’enorme numero di circa 100 000 000 000 000 cellule. Con poche eccezioni, come ad esempio i globuli rossi maturi, tutte queste cellule possiedono un nucleo cellulare in cui si trova il genoma umano. Conosciamo già questo termine dal primo Hallmark of Aging – la instabilità genomica. Di conseguenza, il genoma è un concetto che, in modo semplificato, indica l’insieme delle informazioni ereditarie di un individuo. Si tratta di informazioni per la produzione di proteine che determinano e modificano l’aspetto del corpo.
E cosa fa quindi l’epigenetica? In parole povere, l’epigenetica determina quali informazioni vengono lette e quali no. Qui ti mostriamo quali effetti può avere l’epigenetica e che cosa hanno a che fare i cambiamenti epigenetici con l’età.
Cosa fa l’epigenetica?
In ogni cellula è contenuta una e la stessa informazione genetica. Come è possibile allora che alcune cellule diventino cellule muscolari e altre invece cellule della pelle? La risposta si nasconde nel nucleo cellulare.
Noi esseri umani non possediamo infatti solo un genoma, ma anche un epigenoma. L’epigenoma è un insieme di modifiche chimiche al DNA che funziona praticamente come un interruttore. Molti geni possiedono un tale interruttore. Se l’interruttore è su ON, il gene viene “espresso”, cioè il progetto viene messo in pratica e così viene prodotta la proteina desiderata. Se il gene è disattivato (OFF), viene considerato silente e non viene prodotta alcuna proteina.
Forse per una migliore comprensione. Immagina che il tuo DNA sia il testo di un libro. Tuttavia non leggi mai l’intero libro, perché è troppo grande, ma solo dei passaggi. Per ricordarti quali passaggi vuoi leggere, hai attaccato dei piccoli post-it all’inizio e alla fine del brano di testo. Questi post-it sono i tuoi marcatori epigenetici.
Espresso in termini chimici, si tratta di siti metilati sul tuo DNA. Non modificano il tuo DNA in sé, ma determinano quali sezioni vengono lette – e quali invece no. Per rendere il tutto ancora più complicato: I paragrafi di testo cambiano nel corso della tua vita. A volte vengono lette parti di un capitolo e a volte parti dell’altro capitolo. E dipende anche da quale cellula stai osservando.
Lo sapevi? L’epigenetica viene utilizzata per misurare l’età biologica . Sulla base delle proteine presenti nelle cellule della tua guancia e di moderni algoritmi è ormai possibile calcolare con grande precisione quanto è vecchia una cellula del corpo rispetto all’età cronologica. Proprio questa tecnica viene utilizzata anche nel nostro test Epiproteomics .
La varietà dei geni
Ogni gene contiene il progetto per una o più proteine. Ciò è reso possibile da un processo chiamato “splicing alternativo”. Questo significa che non sempre viene letta o utilizzata l’intera informazione presente su un gene, ma per alcune proteine solo parti di essa.
Di conseguenza, il numero di proteine supera di gran lunga il numero di geni: mentre oggi la scienza parte dal presupposto che vi siano da 20.000 a 25.000 geni umani , il numero di proteine nell’uomo è stimato tra 80.000 e 400.000 . Al momento non è possibile fornire indicazioni più precise, poiché la ricerca è ancora lontana dal decifrare tutte le proteine.
Un aiuto arriverà sicuramente da uno sviluppo rivoluzionario dell’azienda DeepMind, che con l’aiuto di una rete neurale chiamata AlphaFold ha sviluppato un software in grado di prevedere la struttura 3D delle proteine.
Il ruolo del fissaggio epigenetico
Il ruolo del fissaggio epigenetico
L’epigenetica, chiamata anche fissaggio epigenetico o imprinting epigenetico , è il motivo per cui da cellule con le stesse premesse si sviluppano diversi tipi cellulari. Hanno tutte lo stesso genoma, ma diversi epigenomi che indicano loro quali proteine devono essere prodotte e che tipo di cellule devono infine diventare.
Inoltre, l’epigenetica è, almeno secondo lo stato attuale della ricerca, in parte ereditaria.La ricerca sull’epigenetica è ancora un campo piuttosto giovane, ma esistono già alcuni risultati interessanti.
Lo sapevi? Dopo aver scoperto che, grazie alle modifiche epigenetiche, possiamo determinare l’età biologica, rimane la domanda su come possiamo influenzarla. Oltre a sport e digiuno esistono anche alcune molecole che possono aiutarci a ridurre l’età biologica. In prima linea troviamo Calcio-alfa-chetoglutarato (Ca-AKG). In studi sull’uomo è riuscito a ridurre l’età biologica fino a 7 anni! Inoltre, aiuta anche nella costruzione di muscoli e ossa e supporta i nostri mitocondri.
La combinazione con il calcio garantisce una migliore biodisponibilità dell’AKG nell’organismo.
L’epigenetica è in parte responsabile dell’epidemia di sovrappeso?
Secondo i dati dell’OMS, dal 1975 il numero di persone in sovrappeso è triplicato. A livello mondiale si stima che 1,9 miliardi di persone nel 2016 fossero in sovrappeso .
Il sovrappeso, soprattutto quello grave con un’elevata percentuale di grasso viscerale, rappresenta un rischio per molte malattie legate all’età, come il diabete mellito e le malattie cardiovascolari.
Ma da dove deriva questo forte aumento del sovrappeso? In gran parte è dovuto a cattive abitudini alimentari e a troppo poca attività fisica, ma anche l’epigenetica ci mette lo zampino.
Diversi esperimenti sugli animali suggeriscono che i figli di genitori in sovrappeso ereditino schemi epigenetici che li predispongono ad aumentare di peso più rapidamente. Il punto importante negli esperimenti è stato: spesso non è la genetica ereditaria, ma lo schema epigenetico ereditato.
La buona notizia, però, è che questo schema può essere interrotto sostituendo, z.Bad esempio attraverso una corretta alimentazione, i marcatori epigenetici dannosi con altri nuovi e più vantaggiosi. Tuttavia, è ancora necessario approfondire la ricerca per capire esattamente come ciò possa avvenire anche negli esseri umani.
Cambiamenti epigenetici e invecchiamento
A differenza della matrice rigida del DNA del genoma, l’epigenoma cambia per tutta la vita.I cambiamenti si verificano, ad esempio, durante lo sviluppo fisiologico, ma anche fattori ambientali come stress, malattie o alimentazione hanno un impatto e non tutti i cambiamenti sono per il meglio.
Diversi meccanismi dell’epigenetica causano questi cambiamenti. Questa complessità è anche il motivo per cui concentriamo la nostra attenzione in modo esemplare solo su un unico, ma molto importante, meccanismo epigenetico: la metilazione del DNA.
Questo termine straniero indica il trasferimento di speciali molecole chimiche, i gruppi metilici, sul DNA. Tralasciamo il resto delle sottigliezze chimiche, per ragioni di comprensibilità. Come conseguenza dell’aggiunta di questi gruppi chimici, l’architettura del DNA cambia.Mentre invece, nella costruzione di una casa ne risente la stabilità, nella DNA la lettura delle proteine è possibile solo in modo alterato. Per tornare ancora una volta alla nostra analogia iniziale. Le metilazioni del DNA sono i post-it colorati che ti dicono se vuoi leggere o meno il testo che si trova dietro.
Le reazioni chimiche nel corpo, e quindi anche il trasferimento dei gruppi metilici, richiedono di norma la presenza di enzimi, poiché questi creano le condizioni ottimali. Di conseguenza, anche qui sono necessari enzimi, le cosiddette DNA-metiltransferasi (enzimi che trasferiscono i gruppi metilici sul DNA). Che cosa ha a che fare questo input piuttosto complicato con l’invecchiamento?
Studi più recenti hanno dimostrato che con il passare del tempo si legano sempre più gruppi metilici al DNA. Epigenetische Veränderungen nehmen mit dem Alter also in Summe zu – ein Umstand, den sich die Horvath-Clock zunutze macht.
Progeria e metilazione del DNA
Ancora una volta per ricordare: la progeria è un gruppo di malattie con una velocità di invecchiamento notevolmente (fino a 10 volte) aumentata. Così è per esempio possibile che una bambina di dieci anni con progeria presenti un’età biologica di 70 anni. Puoi trovare maggiori dettagli sulle progerie nel primo Hallmark of Aging, la instabilità genomica.
In queste persone e nei topi anch’essi colpiti, i ricercatori hanno trovato in gran parte schemi di metilazione simili a quelli delle persone sane in età molto avanzata. Un nesso tra metilazione del DNA ed età è quindi già presente.Rimane ancora da fornire una prova sperimentale diretta che la durata della vita dell’organismo possa essere prolungata modificando i modelli di metilazione del DNA.
Metilazione del DNA
Modifiche epigenetiche – Prospettive
A differenza delle mutazioni del DNA, le modifiche epigenetiche sono reversibili. Sulla base di questo fatto, emergono possibilità per lo sviluppo di nuovi trattamenti per la longevità. L’insieme delle attuali evidenze scientifiche suggerisce che la comprensione e la manipolazione dell’epigenoma sono promettenti per il miglioramento delle patologie legate all’età. A ciò è indissolubilmente legato un prolungamento della durata della vita in buona salute.
Considerando da un lato l’enorme complessità dell’epigenetica e dall’altro lo stato attuale della ricerca, si constata tuttavia che gli sforzi, soprattutto con riferimento all’essere umano, sono ancora agli inizi. I prossimi anni e decenni mostreranno in che misura da ciò si possano ricavare concreti punti di partenza per l’anti-aging e la prevenzione. Dopotutto, la ricerca non è una strada a senso unico verso il successo, ma certamente lo è verso la comprensione e la chiarificazione.
Nel prossimo articolo di questa serie si parlerà del quarto segno distintivo dell’invecchiamento: perdita della proteostasi.
