Modificazione epigenetica. Epigenetica: mutazioni senza modificare il DNA

L’epigenetica è una branca relativamente recente della scienza biologica e non è ancora così conosciuta come la genetica. È intesa come una branca della genetica che studia i cambiamenti ereditari nell'attività genetica durante lo sviluppo di un organismo o la divisione cellulare.

I cambiamenti epigenetici non sono accompagnati dal riarrangiamento della sequenza nucleotidica nell'acido desossiribonucleico (DNA).

Nel corpo, ci sono vari elementi regolatori nel genoma stesso che controllano il funzionamento dei geni, anche in base a fattori interni ed esterni. Per molto tempo l’epigenetica non è stata riconosciuta perché c’erano poche informazioni sulla natura dei segnali epigenetici e sui meccanismi della loro attuazione.

Struttura del genoma umano

Nel 2002, come risultato di molti anni di sforzi da parte di un gran numero di scienziati provenienti da diversi paesi, è stata completata la decifrazione della struttura dell'apparato ereditario umano, che è contenuto nella molecola principale del DNA. Questo è uno dei risultati più importanti della biologia all'inizio del 21° secolo.

Il DNA, che contiene tutte le informazioni ereditarie di un dato organismo, è chiamato genoma. I geni sono singole regioni che occupano una parte molto piccola del genoma, ma allo stesso tempo ne costituiscono la base. Ciascun gene è responsabile della trasmissione dei dati sulla struttura dell'acido ribonucleico (RNA) e delle proteine ​​nel corpo umano. Le strutture che trasmettono le informazioni ereditarie sono chiamate sequenze di codifica. Il Progetto Genoma ha prodotto dati che stimavano che il genoma umano contenesse più di 30.000 geni. Attualmente, a causa dei nuovi risultati della spettrometria di massa, si stima che il genoma contenga circa 19.000 geni.

L'informazione genetica di ogni persona è contenuta nel nucleo della cellula ed è localizzata in strutture speciali chiamate cromosomi. Ogni cellula somatica contiene due set completi di cromosomi (diploidi). Ogni singolo set (aploide) contiene 23 cromosomi - 22 ordinari (autosomi) e un cromosoma sessuale ciascuno - X o Y.

Le molecole di DNA, contenute in tutti i cromosomi di ogni cellula umana, sono due catene polimeriche attorcigliate in una doppia elica regolare.

Entrambe le catene sono tenute insieme da quattro basi: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e tiamina (T). Inoltre, la base A di una catena può connettersi solo alla base T di un'altra catena e, analogamente, la base G può connettersi alla base C. Questo è chiamato principio dell'accoppiamento delle basi. In altre varianti, l'accoppiamento sconvolge l'intera integrità del DNA.

Il DNA esiste in un complesso intimo con proteine ​​specializzate e insieme costituiscono la cromatina.

Gli istoni sono nucleoproteine ​​che sono i principali costituenti della cromatina. Sono caratterizzati dalla formazione di nuove sostanze unendo due elementi strutturali in un complesso (dimero), che è una caratteristica per la successiva modificazione e regolazione epigenetica.

Il DNA, che immagazzina l'informazione genetica, si auto-riproduce (raddoppia) ad ogni divisione cellulare, cioè fa copie esatte di se stesso (replica). Durante la divisione cellulare, i legami tra i due filamenti della doppia elica del DNA si rompono e i filamenti dell'elica si separano. Quindi su ciascuno di essi viene costruito un filamento figlia di DNA. Di conseguenza, la molecola del DNA raddoppia e si formano le cellule figlie.

Il DNA funge da modello su cui avviene la sintesi di vari RNA (trascrizione). Questo processo (replicazione e trascrizione) avviene nel nucleo cellulare e inizia con una regione del gene chiamata promotore, dove i complessi proteici si legano per copiare il DNA per formare l'RNA messaggero (mRNA).

A sua volta, quest'ultimo serve non solo come portatore di informazioni sul DNA, ma anche come portatore di queste informazioni per la sintesi di molecole proteiche sui ribosomi (processo di traduzione).

Attualmente è noto che le regioni codificanti proteine ​​del gene umano (esoni) occupano solo l'1,5% del genoma. La maggior parte del genoma non è correlata ai geni ed è inerte in termini di trasferimento di informazioni. Le regioni genetiche identificate che non codificano per proteine ​​sono chiamate introni.

La prima copia dell'mRNA prodotta dal DNA contiene l'intero insieme di esoni e introni. Successivamente, complessi proteici specializzati rimuovono tutte le sequenze di introni e uniscono insieme gli esoni. Questo processo di modifica è chiamato splicing.

L'epigenetica spiega un meccanismo mediante il quale una cellula è in grado di controllare la sintesi della proteina che produce determinando innanzitutto quante copie di mRNA possono essere prodotte dal DNA.

Quindi, il genoma non è un pezzo di DNA congelato, ma una struttura dinamica, un deposito di informazioni che non può essere ridotto ai soli geni.

Lo sviluppo e il funzionamento delle singole cellule e dell'organismo nel suo insieme non sono programmati automaticamente in un genoma, ma dipendono da molti diversi fattori interni ed esterni. Man mano che le conoscenze si accumulano, diventa chiaro che nel genoma stesso esistono molteplici elementi regolatori che controllano il funzionamento dei geni. Ciò è ora confermato da numerosi studi sperimentali sugli animali.

Quando si dividono durante la mitosi, le cellule figlie possono ereditare dai loro genitori non solo l'informazione genetica diretta sotto forma di una nuova copia di tutti i geni, ma anche un certo livello della loro attività. Questo tipo di eredità dell'informazione genetica è chiamata eredità epigenetica.

Meccanismi epigenetici di regolazione genica

L'oggetto dell'epigenetica è lo studio dell'ereditarietà dell'attività dei geni che non è associata a cambiamenti nella struttura primaria del DNA. I cambiamenti epigenetici mirano ad adattare il corpo alle mutevoli condizioni della sua esistenza.

Il termine “epigenetica” fu proposto per la prima volta dal genetista inglese Waddington nel 1942. La differenza tra i meccanismi di ereditarietà genetici ed epigenetici risiede nella stabilità e riproducibilità degli effetti.

I tratti genetici vengono fissati indefinitamente fino a quando non si verifica una mutazione in un gene. Le modifiche epigenetiche si riflettono solitamente nelle cellule nell'arco della vita di una generazione di un organismo. Quando questi cambiamenti vengono trasmessi alle generazioni successive, possono riprodursi in 3-4 generazioni, e poi, se scompare il fattore stimolante, queste trasformazioni scompaiono.

La base molecolare dell'epigenetica è caratterizzata dalla modificazione dell'apparato genetico, cioè dall'attivazione e dalla repressione di geni che non influenzano la sequenza primaria dei nucleotidi del DNA.

La regolazione epigenetica dei geni viene effettuata a livello di trascrizione (tempo e natura della trascrizione genica), durante la selezione di mRNA maturi per il trasporto nel citoplasma, durante la selezione di mRNA nel citoplasma per la traduzione sui ribosomi, destabilizzazione di alcuni tipi dell'mRNA nel citoplasma, attivazione selettiva, inattivazione delle molecole proteiche dopo la loro sintesi.

La raccolta di marcatori epigenetici rappresenta l'epigenoma. Le trasformazioni epigenetiche possono influenzare il fenotipo.

L’epigenetica gioca un ruolo importante nel funzionamento delle cellule sane, garantendo l’attivazione e la repressione dei geni, nel controllo dei trasposoni, cioè sezioni di DNA che possono muoversi all’interno del genoma, nonché nello scambio di materiale genetico nei cromosomi.

I meccanismi epigenetici sono coinvolti nell’imprinting genomico, un processo in cui l’espressione di determinati geni avviene a seconda del genitore da cui provengono gli alleli. L'imprinting viene realizzato attraverso il processo di metilazione del DNA nei promotori, a seguito del quale la trascrizione genica viene bloccata.

I meccanismi epigenetici assicurano l'inizio dei processi nella cromatina attraverso le modifiche degli istoni e la metilazione del DNA. Negli ultimi due decenni, le idee sui meccanismi di regolazione della trascrizione negli eucarioti sono cambiate in modo significativo. Il modello classico presuppone che il livello di espressione sia determinato da fattori di trascrizione che si legano alle regioni regolatrici del gene, che avviano la sintesi dell'RNA messaggero. Gli istoni e le proteine ​​non istoniche hanno svolto il ruolo di struttura di confezionamento passivo per garantire il confezionamento compatto del DNA nel nucleo.

Studi successivi hanno dimostrato il ruolo degli istoni nella regolazione della traduzione. È stato scoperto il cosiddetto codice istonico, cioè una modificazione degli istoni che è diversa nelle diverse regioni del genoma. I codici istonici modificati possono portare all'attivazione e alla repressione dei geni.

Varie parti della struttura del genoma sono soggette a modifiche. Ai residui terminali possono essere attaccati gruppi metile, acetile, fosfato e molecole proteiche più grandi.

Tutte le modifiche sono reversibili e per ciascuna esistono enzimi che le installano o le rimuovono.

Metilazione del DNA

Nei mammiferi, la metilazione del DNA (un meccanismo epigenetico) è stata studiata prima di altri. È stato dimostrato che è correlato alla repressione genetica. I dati sperimentali mostrano che la metilazione del DNA è un meccanismo protettivo che sopprime una parte significativa del genoma di natura estranea (virus, ecc.).

La metilazione del DNA nella cellula controlla tutti i processi genetici: replicazione, riparazione, ricombinazione, trascrizione e inattivazione del cromosoma X. I gruppi metilici interrompono le interazioni DNA-proteine, impedendo il legame dei fattori di trascrizione. La metilazione del DNA influenza la struttura della cromatina e blocca i repressori trascrizionali.

Infatti, un aumento del livello di metilazione del DNA è correlato ad un relativo aumento del contenuto di DNA non codificante e ripetitivo nei genomi degli eucarioti superiori. Prove sperimentali suggeriscono che ciò avviene perché la metilazione del DNA serve principalmente come meccanismo di difesa per sopprimere una porzione significativa del genoma di origine estranea (elementi traslocanti replicati, sequenze virali, altre sequenze ripetitive).

Il profilo di metilazione, attivazione o inibizione, cambia a seconda dei fattori ambientali. L'effetto della metilazione del DNA sulla struttura della cromatina è di grande importanza per lo sviluppo e il funzionamento di un organismo sano al fine di sopprimere una parte significativa del genoma di origine estranea, cioè elementi transitori replicati, sequenze virali e altre sequenze ripetitive.

La metilazione del DNA avviene attraverso una reazione chimica reversibile della base azotata, la citosina, con conseguente aggiunta di un gruppo metilico CH3 al carbonio per formare metilcitosina. Questo processo è catalizzato dagli enzimi DNA metiltransferasi. La metilazione della citosina richiede la guanina, con conseguente formazione di due nucleotidi separati da un fosfato (CpG).

I cluster di sequenze CpG inattive sono chiamati isole CpG. Questi ultimi sono rappresentati in modo non uniforme nel genoma. La maggior parte di essi viene rilevata nei promotori dei geni. La metilazione del DNA avviene nei promotori dei geni, nelle regioni trascritte e anche negli spazi intergenici.

Le isole ipermetilate causano l'inattivazione genetica, che interrompe l'interazione delle proteine ​​regolatrici con i promotori.

La metilazione del DNA ha un profondo impatto sull’espressione genetica e, in definitiva, sulla funzione delle cellule, dei tessuti e dell’organismo nel suo insieme. È stata stabilita una relazione diretta tra l'alto livello di metilazione del DNA e il numero di geni repressi.

La rimozione dei gruppi metilici dal DNA a causa dell'assenza di attività metilasi (demetilazione passiva) avviene dopo la replicazione del DNA. La demetilazione attiva coinvolge un sistema enzimatico che converte la 5-metilcitosina in citosina indipendentemente dalla replicazione. Il profilo di metilazione cambia a seconda dei fattori ambientali in cui si trova la cellula.

La perdita della capacità di mantenere la metilazione del DNA può portare a immunodeficienza, tumori maligni e altre malattie.

Per molto tempo il meccanismo e gli enzimi coinvolti nel processo di demetilazione attiva del DNA sono rimasti sconosciuti.

Acetilazione degli istoni

Esistono numerose modifiche post-traduzionali degli istoni che formano la cromatina. Negli anni '60, Vincent Allfrey identificò l'acetilazione e la fosforilazione degli istoni in molti eucarioti.

Gli enzimi di acetilazione e deacetilazione degli istoni (acetiltransferasi) svolgono un ruolo durante la trascrizione. Questi enzimi catalizzano l'acetilazione degli istoni locali. Le deacetilasi istoniche reprimono la trascrizione.

L'effetto dell'acetilazione è l'indebolimento del legame tra DNA e istoni a causa di un cambiamento di carica, con conseguente cromatina che diventa accessibile ai fattori di trascrizione.

L'acetilazione è l'aggiunta di un gruppo acetile chimico (l'amminoacido lisina) a un sito libero sull'istone. Come la metilazione del DNA, l'acetilazione della lisina è un meccanismo epigenetico per alterare l'espressione genetica senza influenzare la sequenza genetica originale. Lo schema secondo il quale si verificano le modifiche delle proteine ​​nucleari venne chiamato codice istonico.

Le modifiche degli istoni sono fondamentalmente diverse dalla metilazione del DNA. La metilazione del DNA è un intervento epigenetico molto stabile che nella maggior parte dei casi ha maggiori probabilità di essere risolto.

La stragrande maggioranza delle modifiche degli istoni sono più variabili. Influenzano la regolazione dell'espressione genetica, il mantenimento della struttura della cromatina, la differenziazione cellulare, la cancerogenesi, lo sviluppo di malattie genetiche, l'invecchiamento, la riparazione, la replicazione e la traduzione del DNA. Se le modifiche degli istoni apportano benefici alla cellula, possono durare a lungo.

Uno dei meccanismi di interazione tra il citoplasma e il nucleo è la fosforilazione e/o defosforilazione dei fattori di trascrizione. Gli istoni furono tra le prime proteine ​​a essere fosforilate. Questo viene fatto con l'aiuto delle proteine ​​chinasi.

I geni sono sotto il controllo di fattori di trascrizione fosforilabili, compresi i geni che regolano la proliferazione cellulare. Con tali modifiche, si verificano cambiamenti strutturali nelle molecole proteiche cromosomiche, che portano a cambiamenti funzionali nella cromatina.

Oltre alle modifiche post-traduzionali degli istoni sopra descritte, esistono proteine ​​più grandi, come l'ubiquitina, SUMO, ecc., che possono legarsi tramite legami covalenti ai gruppi laterali amminici della proteina bersaglio, influenzandone l'attività.

I cambiamenti epigenetici possono essere ereditari (eredità epigenetica transgenerativa). Tuttavia, a differenza dell'informazione genetica, i cambiamenti epigenetici possono essere riprodotti in 3-4 generazioni e, in assenza di un fattore che stimoli questi cambiamenti, scompaiono. Il trasferimento delle informazioni epigenetiche avviene durante il processo di meiosi (divisione del nucleo cellulare con dimezzamento del numero di cromosomi) o di mitosi (divisione cellulare).

Le modifiche degli istoni svolgono un ruolo fondamentale nei normali processi e nelle malattie.

RNA regolatori

Le molecole di RNA svolgono molte funzioni nella cellula. Uno di questi è la regolazione dell’espressione genica. Gli RNA regolatori, che comprendono l’RNA antisenso (aRNA), il microRNA (miRNA) e il piccolo RNA interferente (siRNA), sono responsabili di questa funzione.

Il meccanismo d'azione dei diversi RNA regolatori è simile e consiste nella soppressione dell'espressione genica, che si realizza attraverso l'aggiunta complementare di RNA regolatorio all'mRNA, formando una molecola a doppio filamento (dsRNA). La stessa formazione del dsRNA porta all'interruzione del legame dell'mRNA al ribosoma o ad altri fattori regolatori, sopprimendo la traduzione. Inoltre, dopo la formazione di un duplex, può manifestarsi il fenomeno dell'interferenza dell'RNA: l'enzima Dicer, dopo aver rilevato l'RNA a doppio filamento nella cellula, lo “taglia” in frammenti. Una delle catene di tale frammento (siRNA) è legata dal complesso proteico RISC (complesso di silenziamento indotto dall'RNA).

Come risultato dell'attività RISC, un frammento di RNA a filamento singolo si lega alla sequenza complementare di una molecola di mRNA e provoca il taglio dell'mRNA da parte di una proteina della famiglia degli Argonauti. Questi eventi portano alla soppressione dell'espressione del gene corrispondente.

Le funzioni fisiologiche degli RNA regolatori sono diverse: agiscono come i principali regolatori non proteici dell'ontogenesi e completano lo schema "classico" della regolazione genetica.

Imprinting genomico

Una persona ha due copie di ciascun gene, una ereditata dalla madre e l'altra dal padre. Entrambe le copie di ciascun gene hanno il potenziale per essere attive in qualsiasi cellula. L'imprinting genomico è l'espressione epigeneticamente selettiva di uno solo dei geni allelici ereditati dai genitori. L'imprinting genomico colpisce sia la prole maschile che quella femminile. Pertanto, un gene impresso che è attivo sul cromosoma materno sarà attivo sul cromosoma materno e “silenzioso” sul cromosoma paterno in tutti i bambini maschi e femmine. I geni soggetti all'imprinting genomico codificano principalmente fattori che regolano la crescita embrionale e neonatale.

L’imprinting è un sistema complesso che può rompersi. L'imprinting si osserva in molti pazienti con delezioni cromosomiche (perdita di parte dei cromosomi). Sono note malattie che si verificano negli esseri umani a causa della disfunzione del meccanismo dell'imprinting.

Prioni

Nell'ultimo decennio l'attenzione è stata attirata dai prioni, proteine ​​che possono causare cambiamenti fenotipici ereditari senza modificare la sequenza nucleotidica del DNA. Nei mammiferi, la proteina prionica si trova sulla superficie delle cellule. In determinate condizioni, la forma normale dei prioni può cambiare, modulando l'attività di questa proteina.

Wikner ha espresso la fiducia che questa classe di proteine ​​sia una delle tante che costituiscono un nuovo gruppo di meccanismi epigenetici che richiedono ulteriori studi. Può trovarsi in uno stato normale, ma in uno stato alterato le proteine ​​prioniche possono diffondersi, cioè diventare infettive.

Inizialmente, i prioni furono scoperti come agenti infettivi di un nuovo tipo, ma ora si ritiene che rappresentino un fenomeno biologico generale e siano portatori di un nuovo tipo di informazioni immagazzinate nella conformazione di una proteina. Il fenomeno dei prioni è alla base dell'eredità epigenetica e della regolazione dell'espressione genica a livello post-traduzionale.

Epigenetica nella medicina pratica

Le modifiche epigenetiche controllano tutte le fasi di sviluppo e l'attività funzionale delle cellule. L’interruzione dei meccanismi di regolazione epigenetica è direttamente o indirettamente associata a molte malattie.

Le malattie ad eziologia epigenetica comprendono le malattie da imprinting, che a loro volta si dividono in genetiche e cromosomiche; attualmente si contano 24 nosologie in totale.

Nelle malattie dell'imprinting genetico, si osserva un'espressione monoallelica nei loci cromosomici di uno dei genitori. La causa sono le mutazioni puntiformi nei geni che sono espressi in modo differenziale a seconda dell'origine materna e paterna e portano alla metilazione specifica delle basi della citosina nella molecola del DNA. Questi includono: sindrome di Prader-Willi (delezione nel cromosoma paterno 15) - manifestata da dismorfismi craniofacciali, bassa statura, obesità, ipotonia muscolare, ipogonadismo, ipopigmentazione e ritardo mentale; Sindrome di Angelman (delezione di una regione critica situata sul 15o cromosoma materno), i cui sintomi principali sono microbrachicefalia, mascella inferiore ingrossata, lingua sporgente, macrostomia, denti radi, ipopigmentazione; Sindrome di Beckwitt-Wiedemann (disturbo della metilazione nel braccio corto del cromosoma 11), manifestata dalla triade classica, comprendente macrosomia, onfalocele, macroglossia, ecc.

I fattori più importanti che influenzano l'epigenoma includono alimentazione, attività fisica, tossine, virus, radiazioni ionizzanti, ecc. Un periodo particolarmente sensibile ai cambiamenti nell'epigenoma è il periodo prenatale (in particolare quello che copre due mesi dopo il concepimento) e i primi tre mesi dopo la nascita . Durante l'embriogenesi iniziale, il genoma rimuove la maggior parte delle modifiche epigenetiche ricevute dalle generazioni precedenti. Ma il processo di riprogrammazione continua per tutta la vita.

Le malattie in cui l'interruzione della regolazione genetica fa parte della patogenesi includono alcuni tipi di tumori, diabete mellito, obesità, asma bronchiale, varie malattie degenerative e altre malattie.

L'epigono nel cancro è caratterizzato da cambiamenti globali nella metilazione del DNA, nella modificazione degli istoni, nonché cambiamenti nel profilo di espressione degli enzimi che modificano la cromatina.

I processi tumorali sono caratterizzati dall'inattivazione attraverso l'ipermetilazione di geni soppressori chiave e dall'ipometilazione mediante l'attivazione di un numero di oncogeni, fattori di crescita (IGF2, TGF) ed elementi ripetitivi mobili situati nelle regioni dell'eterocromatina.

Pertanto, nel 19% dei casi di tumori renali ipernefroidi, il DNA delle isole CpG era ipermetilato e nel cancro al seno e nel carcinoma polmonare non a piccole cellule è stata trovata una relazione tra i livelli di acetilazione degli istoni e l'espressione di un soppressore del tumore - più bassi sono i livelli di acetilazione, più debole è l'espressione genica.

Allo stato attuale, sono già stati sviluppati e messi in pratica farmaci antitumorali basati sulla soppressione dell'attività delle DNA metiltransferasi, il che porta ad una diminuzione della metilazione del DNA, all'attivazione dei geni oncosoppressori e ad un rallentamento della proliferazione delle cellule tumorali. Pertanto, per il trattamento della sindrome mielodisplastica, i farmaci decitabina (Decitabina) e azacitidina (Azacitidina) vengono utilizzati nella terapia complessa. Dal 2015, il Panibinostat, un inibitore dell’istone deacitilasi, è stato utilizzato in combinazione con la chemioterapia classica per trattare il mieloma multiplo. Questi farmaci, secondo studi clinici, hanno un effetto positivo pronunciato sul tasso di sopravvivenza e sulla qualità della vita dei pazienti.

Cambiamenti nell'espressione di alcuni geni possono verificarsi anche a seguito dell'azione di fattori ambientali sulla cellula. Nello sviluppo del diabete mellito di tipo 2 e dell’obesità gioca un ruolo la cosiddetta “ipotesi del fenotipo parsimonioso”, secondo la quale la mancanza di nutrienti durante lo sviluppo embrionale porta allo sviluppo di un fenotipo patologico. Nei modelli animali è stata identificata una regione del DNA (locus Pdx1) in cui, sotto l'influenza della malnutrizione, il livello di acetilazione degli istoni diminuiva, mentre si verificava un rallentamento nella divisione e una compromissione della differenziazione delle cellule B delle isole di Langerhans e lo sviluppo di una condizione simile al diabete mellito di tipo 2.

Anche le capacità diagnostiche dell'epigenetica si stanno sviluppando attivamente. Stanno emergendo nuove tecnologie in grado di analizzare i cambiamenti epigenetici (livello di metilazione del DNA, espressione di microRNA, modifiche post-traduzionali degli istoni, ecc.), come l'immunoprecipitazione della cromatina (CHIP), la citometria a flusso e la scansione laser, il che dà motivo di credere che i biomarcatori essere individuati nel prossimo futuro per lo studio delle malattie neurodegenerative, delle malattie rare multifattoriali e delle neoplasie maligne e introdotti come metodiche diagnostiche di laboratorio.

Pertanto, l’epigenetica si sta attualmente sviluppando rapidamente. Ad esso sono associati i progressi nella biologia e nella medicina.

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VV Smirnov 1, Dottore in Scienze Mediche, prof
G. E. Leonov

Istituzione educativa di bilancio dello Stato federale dell'Università nazionale di ricerca russa dal nome. N. I. Pirogova, Ministero della Sanità della Federazione Russa, Mosca

Un organismo con il suo ambiente durante la formazione di un fenotipo. Studia i meccanismi attraverso i quali, sulla base dell'informazione genetica contenuta in una cellula (zigote), a causa della diversa espressione genica in diversi tipi di cellule, può avvenire lo sviluppo di un organismo multicellulare costituito da cellule differenziate. Va notato che molti ricercatori sono ancora scettici riguardo all'epigenetica, poiché all'interno della sua struttura è consentita la possibilità di ereditarietà non genomica come risposta adattativa ai cambiamenti ambientali, il che contraddice il paradigma genocentrico attualmente dominante.

Esempi

Un esempio di cambiamenti epigenetici negli eucarioti è il processo di differenziazione cellulare. Durante la morfogenesi, le cellule staminali totipotenti formano le varie linee cellulari pluripotenti dell'embrione, che a loro volta danno origine a cellule completamente differenziate. In altre parole, un uovo fecondato - lo zigote - si differenzia in vari tipi di cellule, tra cui: neuroni, cellule muscolari, epitelio, endotelio vascolare, ecc., attraverso divisioni multiple. Ciò si ottiene attivando alcuni geni e, allo stesso tempo, inibendone altri, utilizzando meccanismi epigenetici.

Un secondo esempio può essere dimostrato nelle arvicole. In autunno, prima del freddo, nascono con un pelo più lungo e folto che in primavera, sebbene lo sviluppo intrauterino dei topi “primaverili” e “autunnali” avvenga in condizioni quasi identiche (temperatura, durata del giorno, umidità, ecc.) . Gli studi hanno dimostrato che il segnale che innesca i cambiamenti epigenetici che portano ad un aumento della lunghezza dei capelli è un cambiamento nel gradiente della concentrazione di melatonina nel sangue (diminuisce in primavera e aumenta in autunno). Pertanto, già prima dell'inizio del freddo, vengono indotti cambiamenti adattativi epigenetici (aumento della lunghezza dei capelli), il cui adattamento è benefico per l'organismo.

Etimologia e definizioni

Il termine "epigenetica" (così come "paesaggio epigenetico") fu proposto da Conrad Waddington nel 1942, come derivato delle parole genetica ed epigenesi. Quando Waddington coniò il termine, la natura fisica dei geni non era del tutto nota, quindi lo usò come modello concettuale di come i geni potrebbero interagire con il loro ambiente per produrre un fenotipo.

Robin Halliday definì l’epigenetica come “lo studio dei meccanismi di controllo temporale e spaziale dell’attività genetica durante lo sviluppo degli organismi”. Pertanto, il termine "epigenetica" può essere utilizzato per descrivere qualsiasi fattore interno che influenza lo sviluppo di un organismo, diverso dalla sequenza stessa del DNA.

L'uso moderno della parola nel discorso scientifico è più ristretto. Il prefisso greco epi- nella parola implica fattori che agiscono “sopra” o “in aggiunta a” fattori genetici, il che significa che i fattori epigenetici agiscono in aggiunta o in aggiunta ai tradizionali fattori molecolari dell’ereditarietà.

La somiglianza con la parola “genetica” ha dato origine a molte analogie nell’uso del termine. "Epigenoma" è analogo al termine "genoma" e definisce lo stato epigenetico complessivo della cellula. Anche la metafora del "codice genetico" è stata adattata e il termine "codice epigenetico" viene utilizzato per descrivere l'insieme di caratteristiche epigenetiche che creano diversi fenotipi in cellule diverse. È ampiamente utilizzato il termine “epimutazione”, che si riferisce a un cambiamento nell’epigenoma normale causato da fattori sporadici, trasmessi nel corso di un numero di generazioni cellulari.

Basi molecolari dell'epigenetica

La base molecolare dell'epigenetica è piuttosto complessa, sebbene non influenzi la struttura del DNA, ma cambi l'attività di alcuni geni. Ciò spiega perché le cellule differenziate di un organismo multicellulare esprimono solo i geni necessari per le loro attività specifiche. Una caratteristica speciale dei cambiamenti epigenetici è che persistono attraverso la divisione cellulare. È noto che la maggior parte dei cambiamenti epigenetici si verificano solo durante la vita di un singolo organismo. Allo stesso tempo, se si verifica un cambiamento nel DNA in uno spermatozoo o in un uovo, alcune manifestazioni epigenetiche possono essere trasmesse da una generazione all'altra. Ciò solleva la domanda: i cambiamenti epigenetici in un organismo possono effettivamente modificare la struttura di base del suo DNA? (Vedi Evoluzione).

Nell'ambito dell'epigenetica, sono ampiamente studiati processi come la paramutazione, il bookmarking genetico, l'imprinting genomico, l'inattivazione del cromosoma X, l'effetto di posizione, gli effetti materni e altri meccanismi di regolazione dell'espressione genica.

Gli studi epigenetici utilizzano un'ampia gamma di tecniche di biologia molecolare, tra cui l'immunoprecipitazione della cromatina (varie modifiche di ChIP-on-chip e ChIP-Seq), l'ibridazione in situ, enzimi di restrizione sensibili alla metilazione, l'identificazione della DNA adenina metiltransferasi (DamID) e il sequenziamento con bisolfito Inoltre, l’uso di metodi bioinformatici (epigenetica informatica) gioca un ruolo sempre più importante.

Meccanismi

Metilazione del DNA e rimodellamento della cromatina

I fattori epigenetici influenzano l'attività di espressione di alcuni geni a diversi livelli, portando a cambiamenti nel fenotipo di una cellula o di un organismo. Uno dei meccanismi di questa influenza è il rimodellamento della cromatina. La cromatina è un complesso del DNA con le proteine ​​istoniche: il DNA si avvolge sulle proteine ​​istoniche, rappresentate da strutture sferiche (nucleosomi), determinando la sua compattazione nel nucleo. L'intensità dell'espressione genica dipende dalla densità degli istoni nelle regioni attivamente espresse del genoma. Il rimodellamento della cromatina è un processo di cambiamento attivo della “densità” dei nucleosomi e dell’affinità degli istoni per il DNA. Ciò si ottiene in due modi descritti di seguito.

Metilazione del DNA

Il meccanismo epigenetico più studiato fino ad oggi è la metilazione delle basi del DNA della citosina. La ricerca intensiva sul ruolo della metilazione nella regolazione dell'espressione genetica, anche durante l'invecchiamento, è iniziata negli anni '70 del secolo scorso con il lavoro pionieristico di B. F. Vanyushin e G. D. Berdyshev et al. Il processo di metilazione del DNA comporta l'aggiunta di un gruppo metilico alla citosina come parte di un dinucleotide CpG nella posizione C5 dell'anello della citosina. La metilazione del DNA è caratteristica principalmente degli eucarioti. Negli esseri umani, circa l’1% del DNA genomico è metilato. Tre enzimi chiamati DNA metiltransferasi 1, 3a e 3b (DNMT1, DNMT3a e DNMT3b) sono responsabili del processo di metilazione del DNA. Si presume che DNMT3a e DNMT3b siano metiltransferasi de novo che formano il modello di metilazione del DNA nelle prime fasi di sviluppo e DNMT1 effettua la metilazione del DNA nelle fasi successive della vita dell'organismo. La funzione della metilazione è attivare/inattivare un gene. Nella maggior parte dei casi, la metilazione porta alla soppressione dell'attività del gene, soprattutto quando le sue regioni promotrici sono metilate, e la demetilazione porta alla sua attivazione. È stato dimostrato che anche piccoli cambiamenti nel grado di metilazione del DNA possono modificare significativamente il livello di espressione genetica.

Modifiche degli istoni

Sebbene le modifiche degli amminoacidi negli istoni avvengano in tutta la molecola proteica, le modifiche delle N-code si verificano molto più frequentemente. Queste modifiche includono: fosforilazione, ubiquitilazione, acetilazione, metilazione, sumoilazione. L'acetilazione è la modificazione dell'istone più studiata. Pertanto, l'acetilazione della lisina della coda dell'istone H3 da parte dell'acetiltransferasi K14 e K9 è correlata all'attività trascrizionale in questa regione del cromosoma. Ciò si verifica perché l'acetilazione della lisina cambia la sua carica positiva in neutra, rendendole impossibile legarsi ai gruppi fosfato caricati negativamente nel DNA. Di conseguenza, gli istoni si staccano dal DNA, il che porta all’atterraggio sul DNA “nudo” del complesso SWI/SNF e su altri fattori di trascrizione che innescano la trascrizione. Questo è un modello “cis” di regolazione epigenetica.

Gli istoni sono in grado di mantenere il loro stato modificato e fungere da modello per la modifica di nuovi istoni, che si legano al DNA dopo la replicazione.

Il meccanismo di riproduzione dei segni epigenetici è stato studiato meglio per la metilazione del DNA che per le modificazioni degli istoni. Pertanto, l'enzima DNMT1 ha un'elevata affinità per la 5-metilcitosina. Quando DNMT1 trova un “sito emimetilato” (un sito in cui la citosina su un solo filamento di DNA è metilata), metila la citosina sul secondo filamento nello stesso sito.

Prioni

MicroRNA

Recentemente molta attenzione è stata attirata dallo studio del ruolo dei piccoli RNA interferenti (si-RNA) nei processi di regolazione dell'attività genetica. Gli RNA interferenti possono alterare la stabilità e la traduzione dell'mRNA modellando la funzione dei polisomi e la struttura della cromatina.

Senso

L'eredità epigenetica nelle cellule somatiche gioca un ruolo fondamentale nello sviluppo di un organismo multicellulare. Il genoma di tutte le cellule è quasi lo stesso, allo stesso tempo un organismo multicellulare contiene cellule differenziate in modo diverso che percepiscono i segnali ambientali in modi diversi e svolgono funzioni diverse. Sono i fattori epigenetici che forniscono la “memoria cellulare”.

Medicinale

Sia i fenomeni genetici che quelli epigenetici hanno un impatto significativo sulla salute umana. Esistono diverse malattie conosciute che insorgono a causa della compromissione della metilazione genetica, nonché dell'emizigosità di un gene soggetto a imprinting genomico. Per molti organismi è stata dimostrata una connessione tra l'attività di acetilazione/deacetilazione degli istoni e la durata della vita. Forse questi stessi processi influenzano l’aspettativa di vita umana.

Evoluzione

Sebbene l’epigenetica sia considerata principalmente nel contesto della memoria cellulare, esistono anche una serie di effetti epigenetici transgenerativi in ​​cui i cambiamenti genetici vengono trasmessi alla prole. A differenza delle mutazioni, i cambiamenti epigenetici sono reversibili e possibilmente possono essere mirati (adattativi). Poiché la maggior parte di essi scompare dopo poche generazioni, possono trattarsi solo di adattamenti temporanei. Viene discussa attivamente anche la possibilità che l'epigenetica influenzi la frequenza delle mutazioni in un particolare gene. È stato dimostrato che la famiglia APOBEC/AID delle proteine ​​della citosina deaminasi è coinvolta sia nell'eredità genetica che epigenetica utilizzando meccanismi molecolari simili. In molti organismi sono stati riscontrati più di 100 casi di fenomeni epigenetici transgenerativi.

Effetti epigenetici nell'uomo

Imprinting genomico e malattie correlate

Alcune malattie umane sono associate all’imprinting genomico, un fenomeno in cui gli stessi geni hanno modelli di metilazione diversi a seconda del sesso del genitore da cui provengono. I casi più famosi di malattie associate all'imprinting sono la sindrome di Angelman e la sindrome di Prader-Willi. Entrambi sono causati da una delezione parziale nella regione 15q. Ciò è dovuto alla presenza di imprinting genomico in questo locus.

Effetti epigenetici transgenerativi

Marcus Pembrey e coautori hanno scoperto che i nipoti (ma non le nipoti) di uomini esposti alla carestia in Svezia nel 19° secolo avevano meno probabilità di avere malattie cardiovascolari ma più probabilità di avere il diabete, che l’autore suggerisce sia un esempio epigenetico eredità.

Cancro e disturbi dello sviluppo

Molte sostanze hanno proprietà cancerogene epigenetiche: portano ad un aumento dell'incidenza dei tumori senza mostrare un effetto mutageno (ad esempio: dietilstilbestrolo arsenito, esaclorobenzene e composti del nichel). Molti teratogeni, in particolare il dietilstilbestrolo, hanno effetti specifici sul feto a livello epigenetico.

I cambiamenti nell’acetilazione degli istoni e nella metilazione del DNA portano allo sviluppo del cancro alla prostata alterando l’attività di vari geni. L’attività genetica nel cancro alla prostata può essere influenzata dalla dieta e dallo stile di vita.

Nel 2008, il National Institutes of Health degli Stati Uniti ha annunciato che nei prossimi 5 anni sarebbero stati spesi 190 milioni di dollari per la ricerca epigenetica. Secondo alcuni dei ricercatori che hanno avviato il finanziamento, l’epigenetica potrebbe svolgere un ruolo più importante nella cura delle malattie umane rispetto alla genetica.

Epigenoma e invecchiamento

Negli ultimi anni si è accumulato un numero crescente di prove del fatto che i processi epigenetici svolgono un ruolo importante nella vita successiva. In particolare, con l’invecchiamento si verificano cambiamenti diffusi nei modelli di metilazione. Si presume che questi processi siano sotto controllo genetico. Tipicamente, il maggior numero di basi di citosina metilate si osserva nel DNA isolato da embrioni o animali appena nati e questa quantità diminuisce gradualmente con l'età. Una diminuzione simile nei livelli di metilazione del DNA è stata riscontrata nei linfociti in coltura di topi, criceti e esseri umani. È sistematico, ma può essere tessuto e gene-specifico. Ad esempio, Tra et al. (Tra et al., 2002), confrontando più di 2000 loci nei linfociti T isolati dal sangue periferico di neonati, nonché di persone di mezza età e anziane, hanno scoperto che 23 di questi loci vanno incontro a ipermetilazione e 6 a ipometilazione con l'età, e Cambiamenti simili nei modelli di metilazione sono stati rilevati anche in altri tessuti: pancreas, polmoni ed esofago. Gravi distorsioni epigenetiche sono state identificate in pazienti affetti da progiria di Hutchinson-Gilford.

Si presume che la demetilazione con l'età porti a riarrangiamenti cromosomici attraverso l'attivazione di elementi genetici mobili (MGE), che di solito vengono soppressi dalla metilazione del DNA (Barbot et al., 2002; Bennett-Baker, 2003). Il declino sistematico dei livelli di metilazione correlato all’età può, almeno in parte, essere responsabile di molte malattie complesse che non possono essere spiegate utilizzando i concetti genetici classici. Un altro processo che avviene nell'ontogenesi parallelamente alla demetilazione e influenza i processi di regolazione epigenetica è la condensazione della cromatina (eterocromatinizzazione), che porta ad una diminuzione dell'attività genetica con l'età. In numerosi studi sono stati dimostrati cambiamenti epigenetici dipendenti dall'età anche nelle cellule germinali; la direzione di questi cambiamenti sembra essere gene-specifica.

Letteratura

• Nessa Carey. Epigenetica: come la biologia moderna sta riscrivendo la nostra comprensione della genetica, delle malattie e dell’ereditarietà. - Rostov sul Don: Phoenix, 2012. - ISBN 978-5-222-18837-8.

Appunti

1. Una nuova ricerca collega la comune modificazione dell’RNA all’obesità
2. http://woman.health-ua.com/article/475.html Epidemiologia epigenetica delle malattie associate all'età
4. Holliday, R., 1990. Meccanismi per il controllo dell'attività genetica durante lo sviluppo. Biol. Rev. Cambr. Filos. Soc. 65, 431-471
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12. Jablonka, Eva; Gal Raz (giugno 2009). "Eredità epigenetica transgenerazionale: prevalenza, meccanismi e implicazioni per lo studio dell'ereditarietà e dell'evoluzione". La revisione trimestrale di biologia 84 (2): 131-176. doi:10.1086/598822. PMID19606595.
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Negli ultimi anni, la scienza medica ha spostato sempre più la sua attenzione dallo studio del codice genetico ai misteriosi meccanismi attraverso i quali il DNA realizza il suo potenziale: è confezionato e interagisce con le proteine ​​nelle nostre cellule.

I cosiddetti fattori epigenetici sono ereditari, reversibili e svolgono un ruolo enorme nel preservare la salute di intere generazioni.

I cambiamenti epigenetici in una cellula possono scatenare il cancro, malattie neurologiche e mentali, disturbi autoimmuni: non sorprende che l'epigenetica attiri l'attenzione di medici e ricercatori di vari campi.

Non è sufficiente che i tuoi geni codifichino la corretta sequenza di nucleotidi. L'espressione di ciascun gene è un processo incredibilmente complesso che richiede un perfetto coordinamento delle azioni di diverse molecole partecipanti.

L’epigenetica pone ulteriori sfide per la medicina e la scienza che stiamo solo iniziando a comprendere.

Ogni cellula del nostro corpo (con poche eccezioni) contiene lo stesso DNA, donato dai nostri genitori. Tuttavia, non tutte le parti del DNA possono essere attive contemporaneamente. Alcuni geni lavorano nelle cellule del fegato, altri nelle cellule della pelle e altri ancora nelle cellule nervose, motivo per cui le nostre cellule sono sorprendentemente diverse l'una dall'altra e hanno una propria specializzazione.

I meccanismi epigenetici assicurano che una cellula di un certo tipo funzionerà con un codice unico per quel tipo.

Nel corso della vita umana, alcuni geni possono “dormire” o attivarsi improvvisamente. Questi oscuri cambiamenti sono influenzati da miliardi di eventi della vita: trasferirsi in una nuova zona, divorziare da tua moglie, andare in palestra, i postumi di una sbornia o un panino avariato. Quasi tutti gli eventi della vita, grandi e piccoli, possono influenzare l’attività di alcuni geni dentro di noi.

Definizione di epigenetica

I cambiamenti epigenetici sono cambiamenti ereditabili nell'espressione genica e nel fenotipo cellulare che non influenzano la sequenza del DNA stessa. Per fenotipo si intende l'intero insieme di caratteristiche di una cellula (organismo): nel nostro caso si tratta della struttura del tessuto osseo, dei processi biochimici, dell'intelligenza e del comportamento, del tono della pelle e del colore degli occhi, ecc.

Naturalmente il fenotipo di un organismo dipende dal suo codice genetico. Ma più gli scienziati approfondivano i problemi dell'epigenetica, più diventava ovvio che alcune caratteristiche del corpo vengono ereditate attraverso generazioni senza cambiamenti nel codice genetico (mutazioni).

Per molti si è trattato di una rivelazione: il corpo può cambiare senza cambiare i geni e trasmettere queste nuove caratteristiche ai discendenti.

La ricerca epigenetica degli ultimi anni ha dimostrato che i fattori ambientali - vivere tra i fumatori, stress costante, cattiva alimentazione - possono portare a gravi interruzioni nel funzionamento dei geni (ma non nella loro struttura), e che queste interruzioni si trasmettono facilmente alle generazioni future. La buona notizia è che sono reversibili e nell’ennesima generazione possono dissolversi senza lasciare traccia.

Per comprendere meglio il potere dell'epigenetica, immaginiamo le nostre vite come un lungo film.

Le nostre cellule sono attori e attrici e il nostro DNA è un copione pre-preparato in cui ogni parola (gene) dà i comandi necessari al cast. In questo film, l'epigenetica è il regista. La sceneggiatura potrebbe essere la stessa, ma il regista ha il potere di rimuovere alcune scene e frammenti di dialogo. Quindi nella vita, l'epigenetica decide cosa e come dirà ogni cellula del nostro enorme corpo.

Epigenetica e salute

L’aspetto più studiato dell’epigenetica è la metilazione. Questo è il processo di aggiunta di gruppi metilici (CH3-) al DNA.

Tipicamente, la metilazione influenza la trascrizione genica, la copiatura del DNA nell’RNA, o il primo passo nella replicazione del DNA.

Uno studio del 1969 fu il primo a dimostrare che la metilazione del DNA può alterare la memoria a lungo termine di un individuo. Da allora, il ruolo della metilazione nello sviluppo di numerose malattie è stato meglio compreso.

Malattie del sistema immunitario

Altri scienziati sono fiduciosi che la metilazione del DNA sia la vera causa dello sviluppo dell'artrite reumatoide.

Malattie neuropsichiatriche

Il ruolo della metilazione del DNA nello sviluppo della malattia di Alzheimer è già stato praticamente dimostrato. Un ampio studio ha scoperto che, anche in assenza di sintomi clinici, i geni nelle cellule nervose dei pazienti inclini alla malattia di Alzheimer sono metilati in modo diverso rispetto al cervello normale.

La teoria sul ruolo della metilazione nello sviluppo dell'autismo è stata proposta da molto tempo. Numerose autopsie che esaminano il cervello di malati confermano che le loro cellule non hanno abbastanza proteina MECP2 (proteina 2 legante il metil-CpG). Questa è una sostanza estremamente importante che lega e attiva i geni metilati. In assenza di MECP2, la funzione cerebrale è compromessa.

Malattie oncologiche

Nel 1983, il cancro divenne la prima malattia umana ad essere collegata all’epigenetica. Poi gli scienziati hanno scoperto che le cellule tumorali del colon-retto sono molto meno metilate delle normali cellule intestinali. La mancanza di gruppi metilici porta all'instabilità dei cromosomi e inizia l'oncogenesi. D’altro canto, un eccesso di gruppi metilici nel DNA “mette in sonno” alcuni geni responsabili della soppressione del cancro.

Poiché i cambiamenti epigenetici sono reversibili, ulteriori ricerche hanno aperto la strada a una terapia antitumorale innovativa.

Nella rivista di Oxford Carcinogenesis nel 2009, gli scienziati hanno scritto: “Il fatto che i cambiamenti epigenetici, a differenza delle mutazioni genetiche, siano potenzialmente reversibili e possano essere riportati alla normalità rende la terapia epigenetica un’opzione promettente”.

L’epigenetica è ancora una scienza giovane, ma grazie all’impatto multiforme dei cambiamenti epigenetici sulle cellule, i suoi successi sono già sorprendenti. È un peccato che non prima che tra 30-40 anni i nostri discendenti potranno rendersi pienamente conto di quanto significhi per la salute dell'umanità.

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L’epigenetica è una branca relativamente nuova della genetica che è stata definita una delle scoperte biologiche più importanti dopo la scoperta del DNA. Un tempo l'insieme di geni con cui nasciamo determina in modo irreversibile la nostra vita. Tuttavia, è ormai noto che i geni possono essere attivati ​​o disattivati ​​e possono essere espressi più o meno sotto l’influenza di vari fattori legati allo stile di vita.

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Epigenetica: i cambiamenti dello stile di vita sono la chiave per cambiare i geni

Epigenetica - una scienza che studia i processi che portano a cambiamenti nell'attività dei geni senza modificare la sequenza del DNA. In poche parole, l’epigenetica studia gli effetti di fattori esterni sull’attività dei geni.

Il Progetto Genoma Umano ha identificato 25.000 geni nel DNA umano. Il DNA può essere definito il codice che un organismo utilizza per costruire e ricostruirsi. Tuttavia, i geni stessi necessitano di “istruzioni” in base alle quali determinano le azioni necessarie e il tempo per la loro attuazione.

Le modifiche epigenetiche sono le istruzioni stesse.

Esistono diversi tipi di tali modifiche, ma le due principali sono quelle che interessano i gruppi metilici (carbonio e idrogeno) e gli istoni (proteine).

Per capire come funzionano le modifiche, immagina che un gene sia una lampadina. I gruppi metilici agiscono come un interruttore della luce (cioè un gene) e gli istoni agiscono come un regolatore della luce (cioè regolano il livello di attività genetica). Quindi, si ritiene che una persona abbia quattro milioni di questi interruttori, che vengono attivati ​​sotto l'influenza dello stile di vita e di fattori esterni.

La chiave per comprendere l’influenza dei fattori esterni sull’attività genetica è stata l’osservazione della vita di gemelli identici. Le osservazioni hanno dimostrato quanto possano essere forti i cambiamenti nei geni di tali gemelli che conducono stili di vita diversi in diverse condizioni esterne.

Si suppone che i gemelli identici abbiano malattie "comuni", ma spesso non è così: alcolismo, morbo di Alzheimer, disturbo bipolare, schizofrenia, diabete, cancro, morbo di Crohn e artrite reumatoide possono verificarsi in un solo gemello, a seconda di vari fattori. La ragione di ciò è deriva epigenetica- cambiamenti legati all'età nell'espressione genica.

I segreti dell'epigenetica: come i fattori dello stile di vita influenzano i geni

La ricerca in epigenetica ha dimostrato che solo il 5% delle mutazioni genetiche associate alle malattie sono completamente deterministiche; il restante 95% può essere influenzato attraverso l'alimentazione, il comportamento e altri fattori ambientali. Il programma di stile di vita sano consente di modificare l'attività di 4.000-5.000 geni diversi.

Non siamo semplicemente la somma dei geni con cui siamo nati. È la persona che ne fa uso, è lui che controlla i suoi geni. Allo stesso tempo, non è così importante quali "mappe genetiche" la natura ti ha dato: ciò che conta è cosa ne fai.

L’epigenetica è agli inizi e resta ancora molto da imparare, ma esistono conoscenze sui principali fattori legati allo stile di vita che influenzano l’espressione genetica.

1. Alimentazione, sonno ed esercizio fisico

Non sorprende che la nutrizione possa influenzare lo stato del DNA. Una dieta ricca di carboidrati trasformati fa sì che il DNA venga attaccato da alti livelli di glucosio nel sangue. D’altra parte, il danno al DNA può essere invertito da:

• sulforafano (presente nei broccoli);
• curcumina (presente nella curcuma);
• epigallocatechina-3-gallato (presente nel tè verde);
• resveratrolo (presente nell'uva e nel vino).

Quando si parla di sonno, anche solo una settimana di privazione del sonno influisce negativamente sull’attività di oltre 700 geni. L'espressione genica (117) è influenzata positivamente dall'esercizio.

1. Stress, relazioni e persino pensieri

Gli epigenetici sostengono che non sono solo i fattori “materiali” come la dieta, il sonno e l’esercizio fisico a influenzare i geni. A quanto pare, anche lo stress, le relazioni con le persone e i pensieri sono fattori significativi che influenzano l’espressione genetica. COSÌ:

• la meditazione sopprime l'espressione dei geni proinfiammatori, aiutando a combattere l'infiammazione, ad es. proteggere dal morbo di Alzheimer, dal cancro, dalle malattie cardiache e dal diabete; Inoltre l'effetto di tale pratica è visibile dopo 8 ore di allenamento;
• 400 studi scientifici hanno dimostrato che esprimere gratitudine, gentilezza, ottimismo e varie tecniche che coinvolgono mente e corpo hanno un effetto positivo sull'espressione genetica;
• Mancanza di attività, cattiva alimentazione, continue emozioni negative, tossine e cattive abitudini, così come traumi e stress innescano cambiamenti epigenetici negativi.

Durabilità dei cambiamenti epigenetici e futuro dell’epigenetica

Una delle scoperte più entusiasmanti e controverse è che i cambiamenti epigenetici vengono trasmessi alle generazioni successive senza modificare la sequenza genetica. Il dottor Mitchell Gaynor, autore di The Gene Therapy Blueprint: Take Control of Your Genetic Destiny Through Nutrition and Lifestyle, ritiene che anche l'espressione genetica sia ereditaria.

L’epigenetica, afferma il dottor Randy Jirtle, dimostra che siamo anche responsabili dell’integrità del nostro genoma. In precedenza, credevamo che tutto dipendesse dai geni. L’epigenetica ci permette di capire che il nostro comportamento e le nostre abitudini possono influenzare l’espressione dei geni nelle generazioni future.

L’epigenetica è una scienza complessa che ha un potenziale enorme. Gli esperti hanno ancora molto lavoro da fare per determinare esattamente quali fattori ambientali influenzano i nostri geni, come possiamo (e se) possiamo invertire le malattie o prevenirle nel modo più efficace possibile.

L’epigenetica è una branca della genetica emersa relativamente di recente come campo di ricerca indipendente. Ma oggi questa scienza giovane e dinamica offre una visione rivoluzionaria dei meccanismi molecolari di sviluppo dei sistemi viventi.

Una delle ipotesi epigenetiche più audaci e stimolanti, secondo cui l'attività di molti geni è soggetta a influenze esterne, viene ora confermata in molti esperimenti su modelli animali. I ricercatori commentano con cautela i loro risultati, ma non lo escludono Homo sapiens non dipende completamente dall'ereditarietà, il che significa che può influenzarlo intenzionalmente.

In futuro, se gli scienziati avranno ragione e riusciranno a trovare le chiavi dei meccanismi di controllo genetico, gli esseri umani saranno in grado di controllare i processi fisici che si verificano nel corpo. L’invecchiamento potrebbe essere uno di questi.

Nella fig. meccanismo di interferenza dell’RNA.

Le molecole di dsRNA possono essere un RNA a forcina o due filamenti complementari di RNA accoppiati.
Le molecole lunghe di dsRNA vengono tagliate (elaborate) nella cellula in molecole corte dall'enzima Dicer: uno dei suoi domini lega specificamente l'estremità della molecola di dsRNA (contrassegnata con un asterisco), mentre l'altro produce rotture (contrassegnate con frecce bianche) in entrambi i filamenti di dsRNA.

Di conseguenza, si forma un RNA a doppio filamento di 20-25 nucleotidi di lunghezza (siRNA) e Dicer procede al ciclo successivo di taglio del dsRNA, legandosi alla sua estremità appena formata.

Questi siRNA possono essere incorporati in un complesso contenente la proteina Argonauta (AGO). Una delle catene di siRNA, in complesso con la proteina AGO, trova molecole complementari di RNA messaggero (mRNA) nella cellula. L'AGO taglia le molecole di mRNA bersaglio, provocando la degradazione dell'mRNA, o interrompe la traduzione dell'mRNA sul ribosoma. Gli RNA corti possono anche sopprimere la trascrizione (sintesi dell'RNA) di un gene a loro omologo nella sequenza nucleotidica del nucleo.
(disegno, diagramma e commento / Rivista Nature n. 1, 2007)

Sono possibili anche altri meccanismi, ancora sconosciuti.
La differenza tra i meccanismi di ereditarietà epigenetici e genetici è la loro stabilità e riproducibilità degli effetti. I tratti geneticamente determinati possono essere riprodotti indefinitamente fino a quando non si verifica un certo cambiamento (mutazione) nel gene corrispondente.
I cambiamenti epigenetici indotti da determinati stimoli vengono solitamente riprodotti nel corso di una serie di generazioni cellulari durante la vita di un organismo. Quando vengono trasmessi alle generazioni successive, possono riprodursi per non più di 3-4 generazioni, e poi, se scompare lo stimolo che li ha indotti, scompaiono gradualmente.

Che aspetto ha questo a livello molecolare? Marcatori epigenetici, come vengono solitamente chiamati questi complessi chimici, non si trovano nei nucleotidi che formano la sequenza strutturale della molecola di DNA, ma captano direttamente determinati segnali?

Assolutamente giusto. I marcatori epigenetici infatti non si trovano NEI nucleotidi, ma SU di essi (metilazione) o FUORI di essi (acetilazione degli istoni della cromatina, microRNA).
Ciò che accade quando questi indicatori vengono trasmessi alle generazioni successive è meglio spiegato utilizzando l’analogia di un albero di Natale. Passando di generazione in generazione, i “giocattoli” (marcatori epigenetici) vengono completamente rimossi da essa durante la formazione di una blastocisti (embrione a 8 cellule), e poi, durante il processo di impianto, vengono “indossati” negli stessi luoghi dove erano prima. Questo è noto da molto tempo. Ma ciò che è diventato noto di recente, e che ha completamente rivoluzionato la nostra comprensione della biologia, ha a che fare con le modificazioni epigenetiche acquisite durante la vita di un dato organismo.

Ad esempio, se il corpo è sotto l'influenza di un certo influsso (shock termico, digiuno, ecc.), si verifica un'induzione stabile di cambiamenti epigenetici (“acquisto di un nuovo giocattolo”). Come precedentemente ipotizzato, tali marcatori epigenetici vengono completamente cancellati durante la fecondazione e la formazione dell’embrione e, quindi, non vengono trasmessi alla prole. Si è scoperto che non era così. In un gran numero di studi negli ultimi anni, i cambiamenti epigenetici indotti dallo stress ambientale nei rappresentanti di una generazione sono stati rilevati nei rappresentanti di 3-4 generazioni successive. Ciò indica la possibilità di ereditarietà delle caratteristiche acquisite, cosa che fino a poco tempo fa era considerata assolutamente impossibile.

Quali sono i fattori più importanti che causano i cambiamenti epigenetici?

Questi sono tutti fattori che operano durante le fasi delicate dello sviluppo. Negli esseri umani, questo è l'intero periodo dello sviluppo intrauterino e i primi tre mesi dopo la nascita. I più importanti includono l’alimentazione, le infezioni virali, il fumo materno durante la gravidanza, la produzione insufficiente di vitamina D (a causa dell’esposizione al sole) e lo stress materno.
Cioè, aumentano l’adattamento del corpo alle mutevoli condizioni. E nessuno sa ancora quali siano i “messaggeri” tra fattori ambientali e processi epigenetici.

Ma, in aggiunta, ci sono prove che il periodo più “sensibile” durante il quale sono possibili importanti modifiche epigenetiche è quello periconcettuale (i primi due mesi dopo il concepimento). È possibile che i tentativi di intervento mirato sui processi epigenetici anche prima del concepimento, cioè sulle cellule germinali anche prima della formazione dello zigote, possano essere efficaci. Tuttavia, l'epigenoma rimane piuttosto plastico anche dopo la fine della fase di sviluppo embrionale, alcuni ricercatori stanno cercando di correggerlo negli adulti.

Ad esempio, Min Ju Fan ( Ming Zhu Fang) e i suoi colleghi della Rutgers University nel New Jersey (USA) hanno scoperto che negli adulti, l'uso di un certo componente del tè verde (l'antiossidante epigallocatechina gallato (EGCG)) può attivare i geni oncosoppressori attraverso la demetilazione del DNA.

Attualmente negli Stati Uniti e in Germania sono già in fase di sviluppo circa una dozzina di farmaci, la cui creazione si è basata sui risultati di recenti studi sull'epigenetica nella diagnosi del cancro.
Quali sono oggi le domande chiave in epigenetica? In che modo la loro soluzione può far avanzare lo studio dei meccanismi (processi) dell'invecchiamento?

Credo che il processo di invecchiamento sia intrinsecamente epigenetico (“come uno stadio di ontogenesi”). La ricerca in questo settore è iniziata solo negli ultimi anni, ma se avrà successo, l’umanità potrebbe disporre di un nuovo potente strumento per combattere le malattie e prolungare la vita.
Le questioni chiave ora sono la natura epigenetica delle malattie (ad esempio, il cancro) e lo sviluppo di nuovi approcci alla loro prevenzione e cura.
Se riusciremo a studiare i meccanismi epigenetici molecolari delle malattie legate all’età, sarà possibile contrastarne con successo lo sviluppo.

Dopotutto, ad esempio, un'ape operaia vive 6 settimane e un'ape regina vive 6 anni.
Con un'identità genetica completa, differiscono solo per il fatto che la futura ape regina viene nutrita con pappa reale per diversi giorni in più durante lo sviluppo rispetto a una normale ape operaia.

Di conseguenza, i rappresentanti di queste caste di api sviluppano epigenotipi leggermente diversi. E, nonostante la somiglianza esterna e biochimica, la loro aspettativa di vita differisce di 50 volte!

Durante le ricerche degli anni '60 è stato dimostrato che diminuisce con l'età. Ma gli scienziati hanno fatto progressi nel rispondere alla domanda: perché sta accadendo questo?

Molti lavori indicano che le caratteristiche e il tasso di invecchiamento dipendono dalle condizioni dell’ontogenesi precoce. La maggior parte lo associa alla correzione dei processi epigenetici.

La metilazione del DNA infatti diminuisce con l’età; il motivo per cui ciò accade non è ancora noto. Una versione è che questa sia una conseguenza dell'adattamento, un tentativo del corpo di adattarsi sia allo stress esterno che al "super stress" interno - l'invecchiamento.

È possibile che il DNA "acceso" durante la demetilazione legata all'età sia un'ulteriore risorsa adattiva, una delle manifestazioni del processo vitaukta (come lo chiamava l'eccezionale gerontologo Vladimir Veniaminovich Frolkis) - un processo fisiologico che contrasta l'invecchiamento.

Per apportare modifiche a livello genetico, è necessario identificare e sostituire la “lettera” mutata del DNA, magari una sezione di geni. Finora, il modo più promettente per eseguire tali operazioni è quello biotecnologico. Ma questa è ancora una direzione sperimentale e non ci sono ancora grandi scoperte. La metilazione è un processo più flessibile, è più facile da modificare, anche con l'aiuto di farmaci. È possibile imparare a controllare in modo selettivo? Cos'altro resta da fare per questo?

La metilazione è improbabile. Non è specifico, riguarda tutto ciò che è “all'ingrosso”. Puoi insegnare a una scimmia a colpire i tasti di un pianoforte e ne produrrà suoni forti, ma è improbabile che esegua la "Sonata al chiaro di luna". Sebbene ci siano esempi in cui, con l'aiuto della metilazione, è stato possibile modificare il fenotipo di un organismo. L'esempio più famoso è con i topi, portatori del gene mutante agouti (l'ho già citato). Il ritorno al colore normale del mantello si è verificato in questi topi perché il gene “difettoso” era “spento” a causa della metilazione.

Ma è possibile influenzare selettivamente l'espressione genetica, e gli RNA interferenti, che agiscono in modo altamente specifico, solo sui “propri”, sono eccellenti a questo scopo. Tale lavoro è già in corso.

Ad esempio, i ricercatori americani hanno recentemente trapiantato cellule tumorali umane in topi il cui sistema immunitario era soppresso, che potevano moltiplicarsi e metastatizzare liberamente nei topi immunodeficienti. Gli scienziati sono stati in grado di identificare quelli espressi nelle cellule metastatizzanti e, sintetizzando il corrispondente RNA interferente e iniettandolo nei topi, bloccano la sintesi dell'RNA messaggero “cancro” e, di conseguenza, sopprimono la crescita del tumore e le metastasi.

Cioè, sulla base della ricerca moderna, possiamo dire che i segnali epigenetici sono alla base di vari processi che si verificano negli organismi viventi. Quali sono? Quali fattori influenzano la loro formazione? Gli scienziati sono in grado di decifrare questi segnali?

I segnali possono essere molto diversi. Durante lo sviluppo e lo stress, questi sono segnali principalmente di natura ormonale, ma è dimostrato che anche l'influenza di un campo elettromagnetico a bassa frequenza di una certa frequenza, la cui intensità è un milione (!) di volte inferiore al campo elettromagnetico naturale campo, può portare all'espressione dei geni della proteina da shock termico (HSP70) nei campi di coltura cellulare. In questo caso, questo campo, ovviamente, non agisce "energeticamente", ma è una sorta di "innesco" del segnale che "avvia" l'espressione genica. C'è ancora molto mistero qui.

Ad esempio, aperto di recente effetto spettatore(“effetto spettatore”).
In breve, la sua essenza è questa. Quando irradiamo una coltura cellulare, queste sperimentano un'ampia gamma di reazioni, dalle aberrazioni cromosomiche alle reazioni radioadattative (la capacità di resistere ad alte dosi di radiazioni). Ma se rimuoviamo tutte le cellule irradiate e trasferiamo altre cellule non irradiate nel restante mezzo nutritivo, mostreranno le stesse reazioni, anche se nessuno le ha irradiate.

Si presume che le cellule irradiate rilascino nell’ambiente alcuni fattori di “segnalazione” epigenetici, che causano cambiamenti simili nelle cellule non irradiate. Nessuno sa ancora quale sia la natura di questi fattori.

Grandi aspettative per il miglioramento della qualità e dell’aspettativa di vita sono associate ai progressi scientifici nel campo della ricerca sulle cellule staminali. L’epigenetica sarà in grado di mantenere la sua promessa di riprogrammare le cellule? Ci sono presupposti seri per questo?

Se verrà sviluppata una tecnica affidabile per la “riprogrammazione epigenetica” delle cellule somatiche in cellule staminali, ciò rappresenterà sicuramente una rivoluzione nella biologia e nella medicina. Finora sono stati fatti solo i primi passi in questa direzione, ma sono incoraggianti.

Una massima ben nota: una persona è ciò che mangia. Che effetto ha il cibo sulla nostra vita? Ad esempio, i genetisti dell'Università di Melbourne, che hanno studiato i meccanismi della memoria cellulare, hanno scoperto che dopo aver ricevuto una dose una tantum di zucchero, la cellula immagazzina il marcatore chimico corrispondente per diverse settimane.

C'è anche una sezione speciale sull'epigenetica - Epigenetica nutrizionale, affrontando specificamente il tema della dipendenza dei processi epigenetici dalle caratteristiche nutrizionali. Queste caratteristiche sono particolarmente importanti nelle prime fasi dello sviluppo dell'organismo. Ad esempio, quando un bambino viene nutrito non con latte materno, ma con formule secche a base di latte vaccino, si verificano cambiamenti epigenetici nelle cellule del suo corpo che, fissate dal meccanismo dell'imprinting, portano nel tempo all'insorgenza di un processo autoimmune nelle cellule beta del pancreas e, di conseguenza, il diabete di tipo I.

Nella fig. sviluppo del diabete (la figura si ingrandisce quando si clicca con il cursore). Nelle malattie autoimmuni come il diabete di tipo 1, il sistema immunitario di una persona attacca i propri organi e tessuti.
Alcuni autoanticorpi iniziano a essere prodotti nell'organismo molto prima che compaiano i primi sintomi della malattia. La loro identificazione può aiutare a valutare il rischio di sviluppare la malattia.
(tratto dalla rivista “NEL MONDO DELLA SCIENZA”, luglio 2007 n. 7)

E un'alimentazione inadeguata (limitata nel numero di calorie) durante lo sviluppo fetale è un percorso diretto verso l'obesità in età adulta e il diabete di tipo II.

Ciò significa che una persona è ancora responsabile non solo di se stessa, ma anche dei suoi discendenti: figli, nipoti, pronipoti?

Sì, certo, e in misura molto maggiore di quanto si credesse in precedenza.

Qual è la componente epigenetica nel cosiddetto imprinting genomico?

Nell'imprinting genomico, lo stesso gene appare fenotipicamente in modo diverso a seconda che venga trasmesso alla prole dal padre o dalla madre. Cioè, se un gene viene ereditato dalla madre, allora è già metilato e non è espresso, mentre un gene ereditato dal padre non è metilato e viene espresso.

Il più attivamente studiato è l'imprinting genomico nello sviluppo di varie malattie ereditarie trasmesse solo da antenati di un certo sesso. Ad esempio, la forma giovanile della malattia di Huntington si manifesta solo quando l'allele mutante viene ereditato dal padre e la miotonia atrofica dalla madre.
E questo nonostante il fatto che le malattie stesse che causano queste malattie siano assolutamente le stesse, indipendentemente dal fatto che siano ereditate dal padre o dalla madre. Le differenze risiedono nella “preistoria epigenetica” causata dalla loro presenza negli organismi materni o, al contrario, paterni. In altre parole, portano con sé "l'impronta epigenetica" del sesso dei genitori. Quando sono presenti nel corpo di un antenato di un certo sesso, sono metilati (funzionalmente repressi), e di un altro - demetilati (rispettivamente espressi), e nello stesso stato vengono ereditati dai discendenti, portando (o non portando) al comparsa di alcune malattie.

Hai studiato gli effetti delle radiazioni sul corpo. È noto che basse dosi di radiazioni hanno un effetto positivo sulla durata della vita dei moscerini della frutta moscerini della frutta. È possibile allenare il corpo umano con basse dosi di radiazioni? Alexander Mikhailovich Kuzin, da lui espresso negli anni '70 del secolo scorso, dosi che sono circa un ordine di grandezza maggiori di quelle di fondo portano ad un effetto stimolante.

In Kerala, ad esempio, il livello di fondo non è 2, ma 7,5 volte superiore al livello “medio indiano”, ma né l’incidenza del cancro né il tasso di mortalità da esso differiscono dalla popolazione indiana generale.

(Vedi, ad esempio, le ultime novità su questo argomento: Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Nakamura S, Sugahara T. Radiazioni di fondo e incidenza del cancro in Kerala, studio di coorte India-Karanagappally. Fisica della salute. 2009 gennaio;96(1):55-66)

In uno dei suoi studi ha analizzato i dati sulle date di nascita e di morte di 105mila residenti di Kiev morti tra il 1990 e il 2000. Quali conclusioni sono state tratte?

L'aspettativa di vita delle persone nate alla fine dell'anno (soprattutto a dicembre) si è rivelata la più lunga e la più breve per i nati in aprile-luglio. Le differenze tra la media mensile minima e quella massima si sono rivelate molto ampie e hanno raggiunto i 2,6 anni per gli uomini e i 2,3 anni per le donne. I nostri risultati suggeriscono che la durata della vita di una persona dipende in gran parte dalla stagione dell’anno in cui è nata.

È possibile applicare le informazioni ottenute?

Quali potrebbero essere le raccomandazioni? Ad esempio, i bambini dovrebbero essere concepiti in primavera (preferibilmente a marzo) in modo che siano potenzialmente longevi? Ma questo è assurdo. La natura non dà tutto ad alcuni e niente ad altri. Lo stesso vale per la “programmazione stagionale”. Ad esempio, in studi condotti in molti paesi (Italia, Portogallo, Giappone), è stato rivelato che gli scolari e gli studenti nati nella tarda primavera - inizio estate (secondo i nostri dati - "di breve durata") hanno le più elevate capacità intellettuali. Questi studi dimostrano l’inutilità delle raccomandazioni “applicate” per avere figli durante determinati mesi dell’anno. Ma questi lavori, ovviamente, rappresentano un motivo serio per ulteriori ricerche scientifiche sui meccanismi che determinano la "programmazione", nonché per la ricerca di mezzi per una correzione mirata di questi meccanismi al fine di prolungare la vita in futuro.

Uno dei pionieri dell’epigenetica in Russia, il professore dell’Università statale di Mosca Boris Vanyushin, nella sua opera “Materializzazione dell’epigenetica o Piccoli cambiamenti con grandi conseguenze”, ha scritto che il secolo scorso è stato il secolo della genetica, e quello attuale è il secolo della epigenetica.

Cosa ci permette di valutare in modo così ottimistico la posizione dell’epiginetica?

Dopo il completamento del programma Genoma Umano, la comunità scientifica è rimasta scioccata: si è scoperto che le informazioni sulla struttura e il funzionamento di una persona sono contenute in circa 30mila geni (secondo varie stime, si tratta solo di circa 8-10 megabyte di informazione). Gli esperti che lavorano nel campo dell’epigenetica lo chiamano il “secondo sistema informativo” e credono che decifrare i meccanismi epigenetici che controllano lo sviluppo e il funzionamento del corpo porterà a una rivoluzione nella biologia e nella medicina.

Ad esempio, numerosi studi sono già riusciti a identificare modelli tipici in tali disegni. Sulla base di essi, i medici possono diagnosticare la formazione del cancro in una fase iniziale.
Ma è realizzabile un progetto del genere?

Sì, certo, anche se è molto costoso e difficilmente può essere attuato durante una crisi. Ma a lungo termine – abbastanza.

Nel 1970, il gruppo di Vanyushin sulla rivista "Natura" hanno pubblicato dati su ciò che regola la differenziazione cellulare, portando a differenze nell'espressione genica. E di questo hai parlato. Ma se ogni cellula di un organismo contiene lo stesso genoma, allora ogni tipo di cellula ha il proprio epigenoma e di conseguenza il DNA viene metilato in modo diverso. Considerando che nel corpo umano esistono circa duecentocinquanta tipi di cellule, la quantità di informazioni può essere colossale.

Questo è il motivo per cui il progetto Human Epigenome è molto difficile (anche se non senza speranza) da implementare.

Crede che i fenomeni più piccoli possano avere un enorme impatto sulla vita di una persona: “Se l’ambiente gioca un ruolo così importante nel cambiare il nostro genoma, allora dobbiamo costruire un ponte tra i processi biologici e sociali. Cambierà assolutamente il modo in cui guardiamo le cose”.

È tutto così serio?

Certamente. Ora, in connessione con le ultime scoperte nel campo dell'epigenetica, molti scienziati parlano della necessità di un ripensamento critico di molte disposizioni che sembravano irremovibili o respinte per sempre, e persino della necessità di cambiare i paradigmi fondamentali in biologia. Una simile rivoluzione nel modo di pensare può certamente avere un impatto significativo su tutti gli aspetti della vita delle persone, dalla loro visione del mondo e stile di vita all’esplosione di scoperte nel campo della biologia e della medicina.

L'informazione sul fenotipo è contenuta non solo nel genoma, ma anche nell'epigenoma, che è plastico e può, cambiando sotto l'influenza di determinati stimoli ambientali, influenzare l'espressione dei geni - UNA CONTRADDIZIONE CON IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE, SECONDO CUI IL FLUSSO DI INFORMAZIONI PUÒ PASSARE SOLO DAL DNA ALLE PROTEINE, MA NON ALL'OLTREMARE.
I cambiamenti epigenetici indotti nell'ontogenesi precoce possono essere registrati dal meccanismo dell'imprinting e cambiare l'intero destino successivo di una persona (compresi psicotipo, metabolismo, predisposizione alle malattie, ecc.) - ASTROLOGIA ZODIACALE.
La causa dell'evoluzione, oltre ai cambiamenti casuali (mutazioni) selezionati dalla selezione naturale, sono i cambiamenti diretti e adattativi (epimutazioni) - IL CONCETTO DI EVOLUZIONE CREATIVA del filosofo francese (premio Nobel per la letteratura, 1927) Henri BERGSON.
Le epimutazioni possono essere trasmesse dagli antenati ai discendenti - EREDITÀ DEI CARATTERI ACQUISITI, LAMARCHISMO.

Quali domande urgenti dovranno trovare risposta nel prossimo futuro?

Come avviene lo sviluppo di un organismo multicellulare, qual è la natura dei segnali che determinano in modo così accurato il momento in cui si verificano, la struttura e le funzioni dei vari organi del corpo?

È possibile cambiare gli organismi nella direzione desiderata influenzando i processi epigenetici?

È possibile prevenire lo sviluppo di malattie determinate epigeneticamente, come il diabete e il cancro, correggendo i processi epigenetici?

Qual è il ruolo dei meccanismi epigenetici nel processo di invecchiamento, è possibile prolungare la vita con il loro aiuto?

È possibile che i modelli di evoluzione dei sistemi viventi attualmente incomprensibili (evoluzione non darwiniana) siano spiegati dal coinvolgimento di processi epigenetici?

Naturalmente questa è solo la mia lista personale; per altri ricercatori potrebbe differire.