ESEGESI EPIGENOMICA

EP1GENETICA E BEN-ESSERE MENTE CORPO

Salvatore lannotti, MD. FACOG. FACC. isidoro Annino già Prof. Ordinario di igiene c/o UPM

Yannick Jeanine Hainaut, Psicologa

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GENOMICA

ENTE EDIZION1

INDICE GENERALE

Introduzione - PARTE I pag. 5

PARTE I

Capitolo 1 Psicobiologia dell'espressione genica pag. 9 Capitolo 2 Espressione Genica Esperienza Dipendentepag. 23

Capitolo 3 Psicobiologia dell'espressione genica pag. 43

Capitolo 4 I geni contengono il segreto

della nostra vita pag. 85

PARTE II

Capitolo 5 L'Epigenetica e Ben-Essere Mente Corpo

Genetica Mendeliana Classica (DNA)

e Nuova Epigenomica Funzionale (Epigenetica) pag. 99

Capitolo 6 La genomica psicosociale e culturale:

integrazione mente-corpo, delle arti, delle scienze

e dello spirito pag. 105

Capitolo 7 Epigenetica : La Liberazione

delle Malattie Mente Corpo nel Terzo Millennio pag. 125

Capitolo 8 Progetto epigenoma umano pag. 151

Capitolo 9 La rivoluzione Epigenomica (Epigenetica)pag.171

Capitolo 10 La struttura che porta alla funzione pag. 197

Capitolo 11 Cellule staminali pag. 207

Capitolo 12 Epigenetica, alimentazione,

nutrigenomica pag. 227

Epilogo per Tomo II pag. 241

PARTE I

INTRODUZIONE

Il sistema nervoso centrale con il suo sviluppo embrionale e con la

sua precisa funzione mi ha sempre affascinato.

La rigenerazione nervosa ha assunto per me un'importanza ancora

più fondamentale da quando sono stato affetto dalla Sindrome del

Guillain-Barré (GBS).

Pensavo di conoscere l'anatomia e la fisiologia, ma mi sbagliavo.

Ho avuto l'occasione di seguire la rigenerazione nervosa, la ripresa

delle funzioni muscolari passo per passo, nei loro minimi particolari

osservando il tutto su me stesso attraverso la lenta ripresa delle mie

funzioni.

Sono stato fortunato perché ho avuto la possibilità di sperirnentare

in diretta, corne paziente e medico, evenienze speciali che altrimenti

non sarebbero state mai nemmeno pensabili con il risultato di una

migliore comprensione di me stesso e degli altri oltre che dell'armoniosa

cooperazione tra la fisiologia e l'anatomia estensibile alla Mente ed

al Corpo. Tutto cià mi ha dato la prova intuitivamente perspicace

dell'identità dell'equivalenza indistinguibile nella "vera" realtà tra

questa nostra "Mente e Corpo" e mi ha insegnato ad apprezzare la

grandezza onnipotente della Natura. Sono stato capace di superare

il mio grave problema, senza mai crollare o deprimermi. Intanto la

terapista, dopo la risoluzione del mio doloroso evento che durà per

circa 15 mesi in ospedale completamente tetraparalizzato, mi disse che

nella sua pratica di quaranta anni di fisiatria aveva curato altri due casi

di tetraplegia paralitica dovuto alla sindrome del Guiant-Barré, simile

PmcontoLoca DELL'ESPRESSIONE GENICA

CAPITOLO IX

LA RIVOLUZIONE EPIGENOMICA (EPIGENETICA)

171

Arriva la rivoluzione epigenetica, uno dei campi di ricerca le scien-ze della vita che sta conoscendo un'impetuosa espansione. Insomma, se il "Genoma rappresenta la potenza, l'epigenoma è fondiant ita-le perché questa diventi atto". Trattandosi di modifiche causate dall'ambiente a cui è stato espcx,to l'uno o l'altro genitore, o perfino uno dei nonni, si ha di conseguenLa una trasmissione di caratteri acquisiti, senza alterazioni nella sequenza del DNA. L'epigenoma controlla anche l'accensione o lo spegnimento dei geni coinvolti nella crescita cellulare. Ciô significa che alterazioni al momento sbagliato o nella cel- l'ulathyt greup

lula sbagliata possono causare il caos e la conversione di cellule

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normali in cellule tumorali.

Prima di addentrarci nella piena

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a

L'espressione del

potenziale genetico

individuale

e quindi anche

lo stato

di salute

dipendono dalle

predisposizioni

genetiche

ma soprattutto

dalbo

STILE DI VITA

Protesslone

Attività

fisica

ESEGEM EPI GEN( MA P :A CEPICENETICA E BEN-ESSERE MENTE CORPO - TOMO I

172

discussione epigenetica, nella sua vera rivoluzione, abbiamo a bella

posta rivisto alcune informazioni generali dei geni su cui agisce l'epi-

genoma.

La Melodia dell'Epigenoma L'Epigenoma è il collegamento ( la connessione) tra l'ambiente sociale

e il nostro genoma.

Per epigenoma si intendono tutte le caratteristiche epigenetiche posse-

dute da un organismo. L'epigenoma decide quale gene deve essere "ON" oppure "OFF" in

una singola cellula, determinando un segnale di espressione genica at-

traverso segnaletica proteica. L'Epigenoma è uno strato (layer) dinamico che regola la funzione del

genoma ed ha una immediata azione senza alcun cambiamento del-

la struttura genomica. L'epigenoma è composto da "cambiamenti" o

modifiche a base di chimica con stringhe di DNA che compongono il

codice genetico umano. Un gruppo internazionale di 40 eminenti scienziati del cancro hanno

Cromati at il complesso del DNA e delle proteine che costituiscono il cromosorna

1. listant proteine easehe, mole importante nell'impacchettamento della cromatina nuott..eorni uguali in lutte le cellule di un organisme

2. Proteine non istoniche: acide, diverse me diversi tessuti di un organisme

Fana a yolane 01 perlY 111,11101.

LA RIVOLUZIONE EPICENOMICA (EPIGENETICA)

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Epigenoma: Strati di organizzazione genomica. Funzioni genomif e e fenotipi sono influenzati dalla metilazione e dal complesso proteir DNA conosciuti corne cromatina. Nei mammiferi la metilazione DNA avviene su basi citosine principalmente nel contesto dei nucleotidi C, G. La cromatina accessibile ipersensitiva alla DNasi viene marcata da p, )-motori e da elementi funzionali legati da fattori di trascrizione e da a'- tre proteine regolatorie. Modificazioni istoniche, associate con proteine corne Plycomb repressori e non codificanti RNA, costituiscono un extra strato di struttura cromatica che ha un effetto sulla funzione genomica in modo contemporaneo.

proposto il Progetto Epigenoma Umano per mappare queste modifiche o varianti chimiche perché il sequenziamento del genoma offre pochi indizi sulla natura della malattia. Elargiti trecento milioni di dollari da parte del «National Institutes oh Health» americano per il «Roadmap Epigenomics Project» che sarà commemorato corne un grande appello sulla ricerca di questo secolo. L'epigenoma puô essere ereditato da generazioni di cellule, salvando lo stesso programma genico o pue, cambiare (plasticità dell'epigeno-ma).

ESEGESI IIPICENOMICA IEPIGENETICA E BEN-ESSERE MENTE CORPO - TOMO I

174

Epigenoma organizza un'orchestra e genera una sinfonia (Michael Snyder)

DNA, Geni, Epigenoma

L'Epigenoma descrive la regolazione dei geni; è allo stesso tempo un

punto d'arrivo e un ulteriore salto in territori ancora ignoti. Se il geno-

ma ha iniziato a svelarci chi siamo biologicamente, l'epigenoma pro-

mette di rompere molli enigmi sul perché siamo vittime di cosi tante

malattie o di tanto benessere. "L' epigenoma organizza un'orchestra e genera una sinfonia", ha com-

mentato Michael Snyder, direttore del «Centro per la genomica e la

medicina personalizzata» della Stanford University. L'epigenoma è

proprio questa sinfonia: una realtà in costante trasformazione, in cui lo

svolgimento e il finale sono tutt'altro che scontati.

Link& DNA

30 nm

LA RIVOLUZIONE FI ICENOMICA (F,PIGENETICA) 175

Tanto statico è il quadro del genoma, quanto dinamica è la spettacolare cerimonia sin-fonica dell'epigenoma. "Il Dna è il nostro passato. L'epigenoma è il trionfo del nostro arbitrio. Sono le nostre scelte e l'effetto che ha l'am-biente in cui viviamo sulla nostra salute" spiega Pier Giu-seppe Pelicci, direttore del dipartimento di Oncologia sperimentat dell'Istituto europeo di oncologia a Milano

I geni possono essere organizzati in due modi, dalla donazione di gruppi metilici, forniti in alimenti, o per l'avvolgimento di stringhe di DNA intorno a qualcosa chiamato corpi degli istoni, corne dimostrato nel grafico seguente

Un gruppo metile è una unità di base in chimica organica: un atomo di carbonio attaccato a tre atomi di idrogeno. Quando un gruppo metilico si attacca ad un punto specifico su un gene - un processo chiamato metilazione del DNA - puà modificare l'espressione dei geni, trasfor-mandolo acceso o spento.

ESEGISI EPIGENoM ICA ° I:EPIGENETICA E BEN-ESSERE MENTE CORPO - TOMO I

176

Gruppi metilici sono ottenu-ti interamente corne sostan-ze nutritive dagli alimenti che mangiamo (acido foli-co / vitamina B9, vitami-na B12, vitamina A, tracce di minerali corne il selenio e zinco, e la metionina). Oggi un'analisi globale del-la (switching) interruzione del vostro intero volume di 25.000 geni puà essere condotto, dal momento che il nucleo di ogni cel-lula del vostro corpo contiene una copia del genoma. In questo modo è possibile tracciare i cambiamenti epigenetici a fattori ambientali. Il «Project», infatti, studio l'attività dei geni, vale a dire corne vengono «accesi» o «spenti» nelle cellule e anche il ruolo delle influenze ester-ne - dall'ambiente allo stile di vita - in questi processi in cui si gioca una duplice responsabilità: le «modulazioni» del DNA che stabilisco-no - per esempio - le differenze tra una cellula del fegato e un'altra del cuore e quelle - ecco un altro esempio - che fanno la differenza tra un cervello sano e uno aggredito mer. L'Epigenoma "mette il genoma in azio-ne"; è il meccanismo funzionale di avvia-mento e di guida della nostra vita.

La struttura della personalità Genetica (cionvo5ornice e mi tecondria le)

Ailibieute (fd miltart

E.ducazione (forrnazione, ettscita della dimerisione psirotogico• aliettiva. et<

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LA RIVOLUZIONE EPIGENOMICA (EPIGENELICA)

177

Il fumo altera l'espressione genica. Epige

the -attivandoll o sllenzlandoll • regolano

rtorne croè netrumeme del meccanIsml

respressione dei gens, In cul sono codIfIcate le L'epigenoma è un sistema Informaziorn per la sintesi delle protelne.

di marcatura molecolare che controlla l'espressio-ne genica senza altera-re la sequenza di DNA. In un certo senso, l'epige-noma è il "capo" "Boss" del genoma. Nelle prime settimane dal-la fecondazione dell'ovulo, quando le sue cellule si stanno rapidamente moltiplicando e svilup-pando, l'epigenoma agisce corne un prepotente "boss". Ogni nuova cellula ha il DNA identico, ma è l'epigenoma che gli ordi-na il tipo di lavoro da svolgere. Cosi alcune di esse diventano cellule del cuore, altre dei polmoni, altre ancora del fegato e cosi via. Cibo, inquinamento, sostanze chimiche tossiche, farmaci, stress, e an-che esercizio fisico e interazione sociale, possono influire sull'epigeno-ma e modificare il suo atteggiamento nei confronti del DNA e con un nostro atteggiamento positivo ed intelligente potremmo evitare pro-blematiche ed influenzare il nostro benessere psico-fisico. L'epigenoma rispondendo agli stimoli ambientali chiede al gene di ini-ziare ad agire e, una volta avviata l'attività, la puà anche stimolare in un modo più veloce o più lento. Al contrario l'epigenoma è in grado di cambiare l'azione di un gene; basta notare che molli tumori, infatti, comportano un'anomalia epige-netica irrazionale del gene. Sostanze o miglioramento ambientali pos-sono distruggere l'azione patologica presente instaurando una inver-sione epigenomica che porta alla normalità.

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ESEEI SI 11'1( ;FIN( )M I( ;A L EPIGENETICA E BEN-ESSERE MENTE CORPO - TOMO I

178

Questo è più comune in molti trattamenti medici per il cancro, la schi-

zofrenia, etc...che individuano cure inducenti l'epigenorna a "cambia-

re idea". La nutrizione e stili di vita sani possono influenzare positivamente

l'espressione genica, cosi conne le relazioni interpersonali.

La malleabilità dell'epigenoma evidenzia la potenzialità che possia-

mo avere sullo stato di salute di noi stessi e dei nos tri figli e prescrive

una nostra responsabilità inaudita. Abbiamo anche aspettativa, a questo punto, che le malattie difficili

potranno un giorno avere risultati curativi e soprattutto preventivi.

La Mappa dell'epigenoma: è la "la sinfonia della vita". Immaginiamo con la fantasia uno spartito musicale e l'ar-monia che producono. Ogni istrumento suona in un modo differente, in tempi di-versi. Cosi nel corpo umano che è formato da quattro tessuti si puà avere una musica all'infinito.

Gli scienziati sono riusciti a decifrare la "sinfonia della vita", mappan-

do l'epigenoma, Yinsieme degli interruttori che accendono o spengono

i singoli geni del DNA. Corne le note che compongono un'opera musicale, i geni possono "far-

si sentire" in modo differente, più forte o più silenziosamente da tes-

suto a tessuto e da cellula a cellula cambiando man mano che il tempo

trascorre con tonalità diversa a secondo dei cambiamenti vitali. E que-

sti quattro tessuti sono modulati diversamente nel tempo nei vari orga-

ni secondo la mappatura dei geni nel genoma umano. Attualmente la

epigenetica ha fatto un altro passo in avanti nel capire corne e quando

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179

i nostri geni si attivano con la mappatura epigenomica. Corne un organismo cresce e si sviluppa, le reazioni chimiche attenta-mente orchestrate attivano e disattivano le parti del genoma in punti strategici e in luoghi specifici. L'epigenetica è lo studio di queste rea-zioni chimiche e dei fattori che Ii influenzano. Cambiamenti epigenetici possono aiutare a determinare se i geni sono attivati o disattivati e possono influenzare la produzione di proteine in alcune cellule, garantendo che solo proteine necessarie e specifiche vengono prodotte. Ad esempio, le proteine che promuovono la cresci-ta ossea non sono prodotti in cellule muscolari. I modelli di modifica epigenomica variano tra gli individui, i tessuti differenti all'interno di un individuo e le cellule sono diverse. Michael Snyder, direttore del «Centro per la genoinica e la medicina personalizzata» della Stanford University ha chiarito: «Costruire un essere umano richiede l'attività coordinata di migliaia e migliaia di geni: è corne organizzare 'm'orchestra e generare una sinfonia». L'epigenoma è proprio questa sinfonia: una realtà in costante trasfor-mazione, in cui lo svolgimento e il finale sono tutt'altro che scontati. "Tanto statico è il quadro del genoma, quanto dinamico è il film dell'epigenoma". Il «Project», infatti, studia l'attività dei geni, vale a dire corne vengono «accesi» o «spenti» nelle cellule e anche il ruolo delle influenze esterne - dall'ambiente allo stile di vita - in questi processi in cui si gioca una duplice scommessa: le «modulazioni» del DNA che stabiliscono - per esempio - le differenze tra una cellula del fegato e un'altra del cuore e quelle che fanno la differenza tra un cervello sano e uno aggredito da malattia (Alzheimer). "Cosi, per la prima volta, il genoma viene osservato corne realtà viven te , con l'obiettivo di ideare terapie che ancora non esistono". «Sequenziar-lo è facile ed econornico, ma interpretarlo è una sfida - ha detto Bing Ren, professore di medicina molecolare alla University of California