Epigenetica e funzioni cognitive

I processi cognitivi fondamentali, quali l’apprendimento e la memoriaLa memoria è una funzione cognitiva fondamentale che consis..., richiedono l’attività concertata di milioni di cellule neuronali presenti nel cervello. Tali processi implicano la formazione di ramificazioni neuronali e sinapsiCosa si intende per sinapsi? La sinapsi è un termine utiliz..., sin dalle prime fasi dello sviluppo del cervello. L’apprendimentoIl termine apprendimento - con i sinonimi imparare, assimila... Leggi, la formazione e l’incameramento delle memorie continuano poi per tutta l’età adulta, grazie all’esperienza. Possiamo affermare che, nel cervello, l’ambiente è rappresentato proprio dall’esperienza, attraverso un fenomeno chiamato neuroplasticità. La plasticità neurale comporta il continuo rimodellamento delle sinapsi, con l’eliminazione selettiva di alcune di esse e la formazione di nuove.

Cos’è l’Epigenetica o, meglio, l’Epigenomica?

Le funzioni neuronali, così come avviene per tutte le altre cellule dell’organismo, dipendono dall’attività di molti geni specializzati. Le condizioni che incontriamo nell’ambiente esterno inducono risposte da parte dei geni interessati, i quali possono così “accendersi” o “spegnersi” in maniera concertata e regolata. Ma chi accende o spegne i geni? L’attività dei neuroni indotta da uno stimolo è strettamente legata a meccanismi molecolari, che possono intensificare oppure silenziare la funzionalità di geni chiave. Si tratta di meccanismi definiti “epigenetici” perché, pur restando le sequenze geniche immutate, essi intervengono sul modo in cui queste manifestano l’informazione.

I principali meccanismi epigenetici comprendono la metilazione del DNA, modificazioni chimiche sugli istoni (proteine che legano il DNA per compattarlo nel nucleo cellulare) e su piccole molecole chiamate microRNA. L’insieme di tutti questi elementi, presenti in un dato momento della vita cellulare, va sotto il nome di “epigenoma”. Poiché ognuna di queste modificazioni può cambiare al mutare degli stimoli esterni, l’epigenoma risulta altamente plastico. Questa reversibilità è pertanto estremamente funzionale alle necessità di adattamento del Sistema Nervoso Centrale all’ambiente.

La metilazione del DNA

[/glossary-ignore] La metilazione del DNA è una reazione chimica che viene effettuata sul DNA da enzimi specializzati chiamati DNA metiltrasferasi. In linea generale, questa modificazione è associata al silenziamento dei geni ed ha un ruolo importante nella regolazione e nella stabilità genomica. Possiamo immaginare la metilazione del DNA come un interruttore: se presente, tende a spegnere i geni ma, se rimossa, l’attività genica viene ripristinata. La quantità variabile di metilazione rappresenta una maniera per “interpretare” in modi diversi l’informazione contenuta nei geni. L’ambiente influisce sulla metilazione del DNA, in particolare l’alimentazioneLa vita non conosce pause: in ogni essere vivente le funzion..., la qualità del sonnoCos'è il sonno e perché è importante? Il sonno è uno sta... e l’attività fisica. Ricerche scientifiche dimostrano che, per esempio, la pratica del Quadrato Motor TrainingIl Quadrato Motor Training (QMT) è una tecnica di training ... ha effetti positivi sulla metilazione del DNA, giocando un possibile ruolo nella prevenzione di patologie correlate all’instabilità genomica.

 

 

Epigenetica, apprendimento e memoria

Esperimenti pionieristici hanno dimostrato che durante il processo di apprendimento, animali da laboratorio vanno incontro a variazioni significative della metilazione del DNA. Due geni, BDNF e RELN, ora considerati veri e propri geni della memoria, vengono attivati, attraverso una diminuzione considerevole del loro livello di metilazione. In aggiunta, anche il tipo e la quantità di modificazioni degli istoni varia e diversi microRNA vengono mobilitati, per completare la risposta neuronale.

La mole degli studi sui meccanismi epigenetici che guidano l’apprendimento e la memoria si va sempre più ampliando, seppure la maggior parte dei dati sia riferita a modelli animali. Estrapolare conoscenze riconducibili all’uomo non è facile, data l’ovvia inaccessibilità del cervello umano. Alcune informazioni sono state ottenute studiando patologie che comportano carenze cognitive e ritardo mentale.

Epigenetica e patologie cognitive

Nel caso di diverse sindromi genetiche (Rett, Huntington, Kabuki e altre), sono state riscontrate mutazioni che riguardano le componenti enzimatiche, che catalizzano le modificazioni epigenetiche. Alcuni studi condotti sul sangue e saliva di soggetti umani mostrano risultati promettenti. Indicazioni giungono dallo studio di patologie come i disturbi dello spettro autistico, che sono stati collegati a cambiamenti epigenetici che alterano l’espressione di geni legati alla comunicazione sociale. Ulteriori dati giungono dalla ricerca sulla schizofrenia, dove la regolazione dei neurotrasmettitori, tramite i quali viene propagata l’attività neuronale, mostra alterazioni epigenetiche.

Di grande interesse attuale sono le informazioni che derivano dagli studi sulle malattie neurodegenerative. Nella malattia di AlzheimerDefinizione La Malattia di Alzheimer, anche conosciuta come ..., caratterizzata da progressiva neurodegenerazioneCosa s’intende per neurodegenarazione? Il termine ‘neuro... e declino cognitivoIl declino cognitivo è un fenomeno complesso che riflette l..., tutti i meccanismi epigenetici sopra descritti sono rilevanti per la manifestazione della patologia. Particolarmente interessati, in questo caso, sono i geni deputati alla rimozione delle placche beta-amiloidi, il segno distintivo della malattia.

Nuove sfide e orizzonti

Una sfida importante sta nel comprendere quali e quanti geni siano coinvolti nelle funzioni cognitive e quali modificazioni epigenetiche li interessano. Comprendere l’epigenoma in relazione alle funzioni e alla salute del cervello è un campo in rapida evoluzione. Tecnologie molto avanzate attualmente permettono di fotografare in ogni momento la situazione funzionale del genomaChe cos'è il genoma? Il genoma è l'intero set di informazi.... Si vanno, dunque, sempre più accumulando indicazioni sui percorsi molecolari alla base delle normali funzioni cognitive e, cosa non secondaria, sullo sviluppo di possibili approcci terapeutici per la cura di disturbi neurologici e declino cognitivo.

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