Epigenetica e il ruolo fondamentale del metabolismo

L’idea che la vita di un organismo sia guidata sia dall’informazione genetica che dall’ambiente è argomento di studio e di riflessione da molti anni. Come i due elementi siano collegati ha cominciato ad essere compreso con l’avvento di discipline quali la Biologia Molecolare, che si occupa di come funzionino i geni. Da oltre tre decenni si indaga sui meccanismi molecolari che accendono o spengono i geni in maniera dipendente da stimoli esterni e ambientali. Tali meccanismi vengono definiti “epigenetici”, dal greco “épì” (sopra), poiché essi non cambiano l’informazione contenuta nel DNA ma si “sovrappongono” ad essa.

Di fatto essi modulano la maniera in cui i geni esprimono l’informazione in essi contenuta. Forniscono, cioè, uno strato di regolazione che mette a punto l’attività dei geni, consentendo all’organismo di adattarsi alle circostanze mutevoli dell’ambiente. Fattori esterni, come la dieta, lo stressCos’è lo stress? Dal punto di vista clinico, lo stress è..., l’esposizione a tossine e le esperienze di vita, influenzano profondamente l’epigenetica di un organismo. In primo luogo, l’epigenetica è strettamente legata al metabolismo di ogni cellulaChe cos'è una cellula? La cellula è l'unità fondamentale .... Vediamo come.

I principali meccanismi epigenetici

I processi epigenetici consistono in reazioni chimiche che operano modificazioni sul DNA e sugli “istoni”, proteine specializzate a compattare il DNA nel nucleo della cellula. Mentre è facile immaginare come l’aggiunta di una molecola di metile (metilazione) possa modificare il DNA influenzandone direttamente l’attività, altrettanto non si può dire per le modificazioni degli istoni. Gli istoni formano dei piccoli rocchetti intorno a cui la lunga molecola del DNA si avvolge per poter entrare nello spazio ristretto del nucleo cellulare.

In questa forma compattata è difficile per il DNA espletare le sue funzioni. Bisogna liberarlo, all’occorrenza, quando è necessario attivare un gene e ricompattarlo quando esso non serve più. Gli istoni vengono modificati chimicamente appunto allo scopo di indurli a rilasciare il DNA. Di nuovo, tra i processi più importanti troviamo la metilazione degli istoni, ma anche l’acetilazione, la fosforilazione, la glicosilazione e molte altre. È qui che possiamo identificare il link tra l’epigenetica e il metabolismo cellulare.

Cosa lega l’epigenetica al metabolismo?

Il metabolismo cellulare è l’insieme di tutti quei processi biochimici che fanno vivere ogni cellula, dalla più semplice alla più complessa. Attraverso il metabolismo i nutrimenti vengono scomposti e i loro componenti utilizzati per costruire tutte le strutture cellulari. Le reazioni biochimiche sono tra loro concatenate e, nel procedere, producono le piccole molecole che vengono usate dagli enzimi epigenetici per modificare DNA e istoni. Le molecole di metile vengono prodotte da molte vie metaboliche, mentre le molecole di acetile e il fosfato sono strettamente collegate al metabolismo energetico.

È dunque di fondamentale importanza il tipo di nutrienti che arrivano alla cellula attraverso la dieta, affinché essa possa svolgere in maniera sana le sue funzioni. Le stesse vie metaboliche saranno a loro volta influenzate dall’epigenetica, poiché ogni passaggio della via è guidata dall’azione concertata di uno o più set di geni. Questo circuito rende l’epigenetica e il metabolismo processi indissolubilmente legati e dipendenti dalla qualità del nutrimento di cui la cellula dispone.

L’epigenetica e il metabolismo energetico

In condizioni di scarsità di nutrienti, le forze della cellula vengono convogliate nella produzione di ATP, molecola che rappresenta la sua principale riserva energetica. Al contempo, l’attività genica viene ridotta per risparmiare energia, potenziando i meccanismi epigenetici che “spengono” i geni che guidano le varie vie metaboliche. Temporalmente si crea un circuito in cui un successivo apporto di nutrienti ripristina le condizioni per l’accensione dei geni metabolici, sempre per via epigenetica. In questa fase i nutrimenti vengono di nuovo processati efficientemente e la produzione di ATP si riduce. Dunque, i processi metabolici producono e consumano energia e l’equilibrio tra questi due effetti è fondamentale sia per la vita che per l’invecchiamento sano della cellula.

Epigenetica, metabolismo e salute

Molti studi hanno messo in evidenza che le modificazioni degli istoni hanno un ruolo fondamentale nell’aumento del rischio di obesità, del diabete e della sindrome metabolica. La modulazione nutrizionale dell’espressione genica attraverso l’epigenetica ha, in prospettiva, un impatto importante nella salute e nella malattia. L’epigenoma di ogni cellula varia con la dieta e alterazioni nelle modificazioni del DNA e degli istoni possono contribuire allo sviluppo di disordini metabolici. Inoltre, è stato individuato il ruolo dei meccanismi epigenetici nella progressione delle malattie cardiovascolari e dell’aterosclerosi, così come di malattie neurologiche.

Si è stimato che negli ultimi 10-15 anni circa un miliardo di persone nel mondo soffrono di tali patologie. Gli sforzi della ricerca si stanno concentrando, quindi, sulla conoscenza dei fattori epigenetici da sfruttare come bersaglio di nuovi trattamenti farmacologici per le malattie metaboliche. Sebbene alcuni farmaci siano stati già sperimentati, prevalentemente nel caso del trattamento di alcuni tipi di tumore, ancora molta ricerca è necessaria.

La ricerca neuro-psicopedagogica didattica permette l’integrazione dei saperi e il dialogo interdisciplinare per studiare l’impatto dei fattori modulabili della nostra vita, anche quello del movimento, che agisce a sua volta sia sull’espressione genica sia sul metabolismo. Grazie alla ricerca scientifica, possiamo comprendere al meglio il funzionamento di corpo, psiche e cervello e implementare pratiche protettive e benefiche come il Quadrato Motor Training, che è associato a cambiamenti della metilazione del DNA. La ricerca testimonia quanto agire sugli stili di vita influenzi il nostro benessere, offrendoci spunti pratici per cambiamenti e miglioramenti che ci consentano di coltivare la nostra salute globaleQual è la definizione di salute proposta dall’OMS nel 194... nella semplice e preziosa quotidianità.

Sabrina Venditti, Ricercatrice presso il Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “Charles Darwin” della Sapienza Università di Roma.