Col termine di “Genoma” si intende il corredo genetico completo di una cellula che è costituito da porzioni codificanti dette “geni” ed una grande massa di DNA (98%) non codificante, della quale ancora non si conosce bene l’importanza e la reale funzione, tanto che inizialmente è stata definita “DNA spazzatura”, ma che oggi sembra sempre più certo sia in causa nella regolazione della trascrizione del DNA codificante (*). In ogni nostra cellula sono contenuti all’incirca 30.000 geni, ciascuno dei quali contiene il codice di una proteina specifica. Questo patrimonio di 30.000 geni è identico in tutte le nostre cellule ed estremamente simile a quello di altre specie viventi. È necessario quindi che ci sia una fine regolazione su quali geni devono essere espressi in uno specifico momento e in una specifica cellula, affinché avvenga la differenziazione tra i diversi organi e tessuti. Si pensa che questa direzione sui geni da aprire e chiudere sia espressa attraverso una proteina: La MECP2, Metil CpG binding protein 2. È capace di legare selettivamente il DNA metilato e di reprimere la trascrizione. Come avvenga questa direzione sui geni, chi sia e dove sia il Direttore d’orchestra, che agisce tramite questa proteina ed altri fattori, è in fase di studio. Da studi molto recenti sembra comunque che questa proteina sia in causa nelle patologie stress-correlate. Una riduzione nel sangue della MECP2 sembrerebbe favorire il rischio di sviluppare quadri patologici, in persone, soprattutto donne, che, durante l’infanzia o l’adolescenza, abbiano vissuto esperienze particolarmente avverse.
Il DNA cellulare si trova relegato nel nucleo assieme alla Cromatina che ha il compito di Impaccarlo.
Gli istoni sono proteine basiche che costituiscono la componente strutturale della cromatina. Sono proteine cariche positivamente che interagiscono con il DNA, che è carico negativamente. Gli istoni devono organizzare il DNA, compattandolo in maniera ordinata, per essere conservato nello spazio ristretto costituito dal nucleo cellulare. Quando una cellula deve esprimere l'informazione genetica codificata nel suo DNA, la relativa regione viene svolta, i geni localizzati all'interno di essa vengono espressi, e poi la regione viene nuovamente condensata nella sua conformazione quiescente. Le estremità degli istoni possono subire numerose modifiche promosse da specifici enzimi che promuovono acetilazione, metilazione, ubiquitinazione, fosforilazione. Tali reazioni chimiche influiscono sulla struttura della cromatina facilitando la trascrizione o l’inibizione di un gene. Gli attivatori della trascrizione avrebbero una attività acetilasica sull’istone, mentre i repressori della trascrizione sembrano possedere una attività deacetilasica sull’istone. Gli istoni sarebbero quindi in grado di regolare l'espressione genica con meccanismi epigenetici.
Con il termine di “Genetica” si intende la branca della biologia che studia il DNA, i geni, l'ereditarietà e la variabilità genetica negli organismi viventi.
Con il termine di “Epigenetica” si indicano le modificazioni chimiche correlate al DNA ed alla cromatina che influenzano il Genoma e soprattutto la sua espressione genica, senza alterare il DNA stesso.
· Se paragoniamo il funzionamento dell’organismo umano con quello di un computer possiamo dire che l’epigenoma è il software di programmazione del genoma, cioè quell’insieme di informazioni provenienti dall’interno dell’organismo e dall’ambiente esterno che interagiscono con i geni presenti nel DNA, che rappresenta l’hardware.
· L’epigenoma decide, in una determinata cellula, che gene deve essere aperto alla trascrizione oppure chiuso, determinando un segnale di espressione genica.
· L’epigenoma può venire ereditato da generazioni di cellule, salvando lo stesso programma genico indotto dall’ambiente e quindi caratteristico di un individuo, ma può anche cambiare, è cioè dotato di plasticità.
Diverse regioni del DNA codificante vengono quindi metilate e riprogrammate, ricevendo un’impronta sia dai genitori, che da una programmazione fetale e neonatale indotta dall’ambiente (alimentazione della madre durante la gestazione, fumo, inquinamento, farmaci, malattie ecc. ecc.). Sono considerati importanti soprattutto i primi 1000 giorni dal concepimento, che attuerebbero una programmazione del fenotipo, poi molto difficile da modificare. Da questa programmazione può derivare la predisposizione a molte malattie. L’ambiente e l’alimentazione continuano ad influenzare epigeneticamente il Genoma dell’individuo per tutta la vita.
Le varie branche della scienza che studiano la relazione tra genoma ed ambiente sono la Genomica, che studia il Genoma, la Proteomica che studia le proteine, la Metabolomica che studia il metabolismo cellulare attraverso i metaboliti delle reazioni chimiche, la Nutrigenomica, che studia la correlazione tra espressione genetica e cibo e la Lipidomica che studia le relazioni tra gli acidi grassi che compongono le membrane cellulari, il cui equilibrio è fondamentale per proteggere la cellula e favorire i corretti meccanismi di scambio attivo e passivo attraverso le membrane.
(*) Tra le nuove teorie che assegnerebbero a questa porzione di DNA un ruolo fondamentale nel funzionamento degli organismi viventi, molto originale è quella che assegnerebbe al DNA la funzione di una stazione ricetrasmittente di biofotoni, in grado di ricevere e trasmettere segnali per i processi cellulari. La sua doppia struttura ad elica lo renderebbe simile ad un’antenna per tutte le direzioni. I biofotoni (emissioni spontanee di quanti di luce di quasi tutti i sistemi biologici) rappresenterebbero un vero e proprio linguaggio per la trasmissione in codice di informazioni dentro la cellula e fra loro tra le cellule. Nel 1976 il biofisico Fritz Albert Popp ha dimostrato che il DNA emette spontaneamente biofotoni durante le operazioni di apertura e chiusura delle sezioni del DNA, che ne permettono l’espressione genica. Molti scienziati considerano però l’intensità ultra debole dei biofotoni dei sistemi biologici un punto di debolezza di questa teoria. Fino ad oggi abbiamo considerato i processi chimici e la differenza di potenziale di membrana le vie di comunicazione tra le cellule, ma se questa teoria fosse giusta, in parte o totalmente, avremmo una via di comunicazione che viaggia alla velocità della luce!
Un’altra teoria, molto recente, portata avanti dai ricercatori dell’Università di Padova e Monaco, suppone che la trascrizione del DNA sia regolata da un terzo filamento di DNA che, aggiungendosi alla doppia elica, forma un ibrido a tripla elica che ne regola momentaneamente la trascrizione.
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