Epigenetica: metilazione e istoni

Tutte le cellule del nostro corpo hanno lo stesso DNA, eppure una cellula del fegato è diversissima da un neurone. Come è possibile, se le istruzioni sono identiche? La risposta è l’epigenetica: un sistema di segni chimici che decide quali geni leggere e quali tenere spenti, senza cambiare una sola lettera del DNA.

Vediamo come la cellula accende e spegne i geni senza modificarli, quali sono i principali segni epigenetici e perché possono persino essere ereditati.

Stesso DNA, cellule diverse

Ogni cellula contiene l’intero manuale di istruzioni dell’organismo, lo stesso identico DNA. Ma ogni tipo di cellula ne legge solo una parte: la cellula del fegato accende i geni del fegato e tiene spenti quelli del neurone, e viceversa. Deve quindi esistere un sistema che, a parità di DNA, decide quali pagine del manuale leggere in ciascuna cellula. Questo sistema è l’epigenetica, che agisce “sopra” i geni senza alterarli.

Segni sopra i geni

L’epigenetica funziona aggiungendo segni chimici in punti precisi, senza toccare la sequenza delle lettere. Questi segni non cambiano l’informazione scritta nel DNA, ma ne cambiano la leggibilità: marcano un gene come “da leggere” o “da ignorare”. È come mettere segnalibri e note a margine in un libro: il testo resta lo stesso, ma si indica quali pagine usare e quali saltare. I due tipi principali di segni riguardano il DNA stesso e le proteine che lo avvolgono.

La metilazione del DNA

Il primo meccanismo è la metilazione: l’aggiunta di piccoli gruppi metile direttamente sul DNA, in punti specifici. Dove il DNA è marcato in questo modo, il gene corrispondente viene di solito silenziato, cioè tenuto spento e non letto. È come apporre un sigillo che dice “non leggere”: il gene resta intatto nella sequenza, ma viene messo a tacere. La metilazione è uno dei modi principali con cui la cellula spegne stabilmente i geni che non le servono.

DNA con gruppi metile  →  gene silenziato (spento, ma intatto)

L’impacchettamento del DNA

Il secondo meccanismo riguarda il modo in cui il DNA è impacchettato. Nelle nostre cellule il lunghissimo filamento di DNA è avvolto attorno a proteine chiamate istoni, come un filo attorno a dei rocchetti. Quanto strettamente il DNA è avvolto decide se i geni sono accessibili o nascosti: dove è avvolto stretto, i geni sono inaccessibili e spenti; dove è più allentato, sono leggibili. Segni chimici aggiunti agli istoni regolano proprio questo, allentando o stringendo l’avvolgimento e quindi accendendo o spegnendo intere regioni.

Un secondo livello di informazione

L’epigenetica aggiunge così un secondo livello di informazione sopra a quello scritto nella sequenza del DNA. Il DNA fornisce il testo di base, uguale in tutte le cellule; l’epigenetica decide come quel testo viene interpretato in ciascuna. È ciò che permette a un unico genoma di dare origine a centinaia di tipi cellulari diversi, e di adattare la lettura dei geni alle circostanze. A differenza della sequenza del DNA, però, questi segni sono modificabili, e cambiano nel corso della vita in risposta all’ambiente, all’età e perfino all’alimentazione.

Segni che si ereditano

Una delle scoperte più affascinanti è che i segni epigenetici possono essere ereditati. Quando una cellula si divide, trasmette alle figlie non solo il DNA ma anche, in buona parte, i suoi segni epigenetici, così che una cellula di fegato genera altre cellule di fegato. In alcuni casi questi segni possono perfino passare di generazione in generazione, facendo sì che esperienze come la dieta o lo stress di un individuo lascino tracce nei discendenti. L’epigenetica mostra così che l’eredità biologica non è solo questione di sequenza del DNA, ma anche di come quella sequenza viene letta, aprendo un capitolo nuovo e in rapida crescita della biologia.

Ambiente e stile di vita

Una delle ragioni del grande interesse per l’epigenetica è che essa fa da ponte fra i geni e l’ambiente. Mentre la sequenza del DNA è praticamente fissa, i segni epigenetici sono sensibili a ciò che ci circonda: l’alimentazione, lo stress, il fumo, l’esposizione a sostanze e perfino le esperienze possono modificarli, cambiando quali geni vengono accesi o spenti. Questo significa che l’ambiente non agisce solo “dall’esterno”, ma lascia tracce concrete sul modo in cui i nostri geni lavorano. È un’idea importante, perché aiuta a capire come fattori non ereditari possano influenzare la salute, e come due individui con lo stesso patrimonio genetico, come i gemelli identici, possano diventare nel tempo diversi. Lo studio di questi meccanismi sta aprendo prospettive nuove in medicina, perché alcuni segni epigenetici, a differenza delle mutazioni del DNA, sono in linea di principio reversibili, e quindi possibili bersagli per terapie che cerchino di correggere geni accesi o spenti in modo sbagliato.

Domande frequenti

Che cos’è l’epigenetica?

È l’insieme dei meccanismi che accendono o spengono i geni senza modificare la sequenza del DNA. Si basa su segni chimici aggiunti al DNA o alle proteine che lo impacchettano, e decide quali geni una cellula legge e quali ignora, a parità di informazione scritta.

Come fanno cellule con lo stesso DNA a essere diverse?

Perché ogni tipo di cellula legge solo una parte del DNA: l’epigenetica accende i geni che le servono e spegne gli altri. Così, a parità di manuale di istruzioni identico, una cellula del fegato e un neurone usano pagine diverse e diventano completamente differenti.

Che cos’è la metilazione del DNA?

È l’aggiunta di piccoli gruppi metile direttamente sul DNA, in punti precisi. Dove il DNA è metilato, il gene viene di solito silenziato, cioè tenuto spento, pur restando intatto nella sequenza. È uno dei modi principali con cui la cellula spegne stabilmente i geni inutili.

Cosa c’entrano gli istoni?

Gli istoni sono le proteine attorno a cui il DNA è avvolto. Quanto strettamente è avvolto decide se i geni sono accessibili o nascosti. Segni chimici sugli istoni allentano o stringono questo avvolgimento, accendendo o spegnendo intere regioni del DNA.

I segni epigenetici si ereditano?

Sì: quando una cellula si divide, trasmette alle figlie anche i suoi segni epigenetici, così che mantengano la stessa identità. In alcuni casi possono perfino passare di generazione in generazione, facendo sì che fattori come dieta o stress lascino tracce nei discendenti.