Creato da ellistar2012 il 03/01/2012
through the internet and culture
|
Area personale
Cerca in questo Blog
Menu
Ultimi commenti
Chi può scrivere sul blog
« Altri metodi di indagine... | Notizie dallo spazio » |
Nuove materie di studio.
Fonte: Wikipedia
Meccanismi dell'epigenetica
L'epigenetica (dal greco ἐπί, epì, «sopra» e γεννητικός, gennetikòs,
«relativo all'eredità familiare») è una più recente branca della genetica
che si occupa dei cambiamenti fenotipici ereditabili da una cellula o
un organismo, in cui non si osserva una variazione del genotipo.
È stata definita da Arthur Riggs e colleghi come "lo studio dei cambiamenti
mitotici e meiotici ereditabili che non possono essere spiegati tramite
modifiche della sequenza di DNA".
Quello che succede è che viene ereditata una sorta di "impronta" molecolare
sul genotipo che determina il grado di attivazione dei geni, la cui sequenza,
però, rimane identica.
Questa impronta molecolare consta di modificazioni covalenti della cromatina,
sia a livello del DNA che delle proteine, ed è pertanto duratura, ma può
essere reversibile.
Tali modificazioni, dette epimutazioni, durano per il resto della vita della
cellula e possono trasmettersi a generazioni successive delle cellule attraverso
le divisioni cellulari, senza tuttavia che le corrispondenti sequenze di DNA
siano mutate;sono quindi fattori non-genomici che provocano una diversa
espressione dei geni dell'organismo.
Fenomeni epigenetici sono ad esempio alla base della maggior parte dei
processi di differenziamento cellulare (e loro alterazione, quindi anche nel
cancro, dell'inattivazione del cromosoma X, e concorrono a una certa plasticità
fenotipica ereditabile in relazione a cambiamenti ambientali che ricorda
l'ereditarietà lamarckiana dei caratteri acquisiti.
Ad esempio, eventi molto stressanti possono lasciare un'impronta epigenetica
a livello della metilazione del DNA.
Tipologia
Tipi di modificazioni:modificazioni del DNA = addizione covalente di
gruppi a sequenze specifiche (metilazione della citosina) da parte delle
metiltrasferasimodificazione delle proteine = addizione covalente di
gruppi a specifiche proteine della cromatina (modificazioni post-traduzionali
degli istoni). Tra queste modificazioni vi sono acetilazione, metilazione,
ubiquitinazione, fosforilazione, sumoilazione, lattilazione
Questi processi alterano l'accessibilità alle regioni del genoma, sulle quali
si legano proteine e enzimi deputati all'espressione genica e quindi
alterano l'espressione del gene.
istoniche per formare la cromatina.
Definizione
Il merito per avere coniato, nel 1942, il termine epigenetica, definita
come "la branca della biologia che studia le interazioni causali fra i
geni e il loro prodotto cellulare e pone in essere il fenotipo", viene
attribuito a Conrad Hal Waddington (1905-1975).
Alla metà del diciannovesimo secolo si trovano tracce dell'epigenetica
in letteratura.
Le sue origini concettuali risalgono tuttavia ad Aristotele (384-322 a.C.),
il quale credeva nell'epigenesi, ossia nello sviluppo di forme organiche
individuali a partire dal non formato.
Questa visione controversa è stata la prima argomentazione a opporsi al
concetto che l'essere umano si sviluppi da minuscoli corpi formati.
L'uso del termine nel linguaggio scientifico odierno si riferisce a tratti
ereditari a cui non corrispondono modifiche della sequenza del DNA.
Basi molecolari dell'epigenetica
Le basi molecolari dell'epigenetica sono complesse.
Si tratta di modifiche sull'attivazione di certi geni, ma non sulla loro
struttura di base del DNA.
Anche modifiche a carico delle proteinedella cromatina possono
influire sull'espressione di questi geni.
Questo spiega perché le cellule differenziate in un organismo pluricellulare
esprimono solo i geni necessari alla loro attività.
Se una mutazione del DNA riguarda uno spermatozoo o un ovulo che
viene fecondato, i cambiamenti epigenetici possono essere ereditati
dalla generazione successiva.
Una questione che è stata sollevata è se i cambiamenti epigenetici in
un organismo possano alterare la struttura di base del suo DNA.
I ricercatori spiegano cosa avviene nei geni grazie agli studi fatti su
gemelli monozigoti: nascono con lo stesso patrimonio genetico, ma
crescendo si possono differenziare a causa dell'ambiente, dello stile
di vita, delle emozioni e delle sofferenze provate, che possono cambiare
l'espressione di alcuni geni, attivandoli o disattivandoli.
I cambiamenti epigenetici sono conservati quando le cellule si dividono
durante la vita di un organismo.
Specifici processi epigenetici sono paramutazioni, bookmarking, imprinting,
silenziamento genico, inattivazione del cromosoma X, effetto posizione,
riprogrammazione, transversione, effetti teratogeni, regolazione della
modificazione degli istoni e della eterocromatina.
La ricerca epigenetica utilizza una vasta gamma di tecniche di biologia
molecolare, tra cui immunoprecipitazione della cromatina, ibridazione
fluorescente in situ, enzimi di restrizione sensibili alla metilazione.
L'uso di metodi di bioinformatica gioca un ruolo sempre più importante
(epigenetica computazionale).
Effetti epigenetici nell'uomoImprinting genomico e relativi disordini
Diversi disturbi sono associati all'imprinting genetico, un fenomeno
caratteristico dei mammiferi dove il padre e la madre sviluppano diversi
modelli epigenetici per specifici loci genici nelle loro cellule germinali,
che vengono poi trasferiti alla progenie.
I casi maggiormente conosciuti di disturbi nell'uomo e dovuti a imprinting
genomici sono la sindrome di Angelman e la sindrome di Prader-Willi;
entrambe possono essere dovute alla stessa mutazione genetica, cioè parzial
e delezione del braccio lungo del cromosoma 15, e la sindrome che il bambino
svilupperà dipende dal fatto che abbia ereditato la mutazione dal padre o
dalla madre
Osservazioni epigenetiche trans generazionali
Marcus Pembrey e colleghi osservarono nello studio "Overkalis", che i nipoti
dei nonni paterni degli uomini svedesi, esposti durante la preadolescenza alla
carestia del diciannovesimo secolo, avevano meno probabilità di morire di
malattie cardiovascolari; se il cibo era stato abbondante allora la mortalità
causata dal diabete nei nipoti aumentava, suggerendo che ciò fosse dovuto ad
un'eredità epigenetica trans generazionale. L'effetto opposto si osservò per le
femmine: le nipoti dei nonni paterni che subirono la carestia in grembo
(e quindi quando le cellule riproduttive erano già formate) avevano vita
più corta della media.
Tumori e anormalità dello sviluppo
Una varietà di composti sono considerati carcinogeni epigenetici; essi
danno luogo ad un incremento dell'incidenza dei tumori, ma non mostrano
attività mutagena.
Tra questi componenti possiamo citare dietilstilbestrolo, arsenite,
exaclorobenzene e composti contenenti nichel. Molti teratogeni hanno effetti
specifici sul feto tramite meccanismi epigenetici.
Epigenetica e spermatogenesi
La spermatogenesi è un complesso processo che include la auto rigenerazione
degli spermatogoni attraverso la mitosi, segue la fase meiotica dove gli spermatociti
passano alla forma aploide di spermatidi i quali vanno incontro spermiogenesi e
si trasformano in spermatozoi.
I meccanismi epigenetici avvengono sia a livello delle cellule primordiali germinali (
PGC), degli spermatogoni, nel rimodellamento della cromatina durante la meiosi.
Di conseguenza le cellule germinali maschili sono particolarmente sensibili ai
difetti epigenetici.
Un ruolo particolarmente importante nella regolazione epigenetica durante la
spermatogenesi è svolto da microRNA e dal processo di metilazione del DNA.
È stato dimostrato che i miRNA sono coinvolti nei processi mitotici meiotici e
post meiotici andando ad inibire l'espressione di geni target; mentre utilizzando
un agente demetilante la 5 -aza-2'deoxycytidine, sono state individuate aberrati
cellule germinali maschile sviluppate in maschi con ridotta fertilità.
Quindi la comprensione della regolazione epigenetica nella spermatogenesi è
importante per la terapia contro l'infertilità maschile e per lo sviluppo di nuovi
approcci per la contraccezione maschile.
Funzioni e conseguenzeSviluppo
L'eredità epigenetica somatica, in particolare attraverso la metilazione del DNA
e il rimodellamento della cromatina, è molto importante nello sviluppo di organismi
eucarioti pluricellulari.
La sequenza del genoma è statica (con alcune notevoli eccezioni), ma le cellule
si differenziano in molti tipi cellulari diversi, che svolgono funzioni diverse e
rispondono in modo diverso all'ambiente e ai segnali intercellulari.
Così, come gli individui si sviluppano, la morfogenesi attiva o silenzia i geni
in modo ereditato epigeneticamente, dando alle cellule una sorta di memoria.
Nei mammiferi, la maggior parte delle cellule sono differenziate in modo
definitivo, solo le cellule staminali mantengono la possibilità di differenziarsi in
diversi tipi cellulari ("totipotenza" e "multipotenza").
Queste staminali continuano a produrre nuove cellule differenziate per tutta la
vita, ma i mammiferi non sono in grado di reagire alla perdita di alcuni tessuti
(ad esempio l'incapacità di rigenerare gli arti, cosa che altri animali sono capaci
di fare).
A differenza di quelle animali, le cellule vegetali non sono differenziate in modo
definitivo, ma rimangono totipotenti, con la capacità di dare origine ad una
nuova singola pianta.
Le piante utilizzano molti degli stessi meccanismi epigenetici degli animali,
come il rimodellamento della cromatina, ma è stato ipotizzato che queste non
abbiano "memoria", azzerando i loro modelli di espressione genica a ogni divisione
cellulare e utilizzando le informazioni provenienti dall'ambiente e dalle cellule
circostanti per determinare il loro destino.
Medicina
L'epigenetica ha molte e varie potenziali applicazioni mediche, in quanto tende
ad essere multidimensionale in natura.
Le malattie genetiche congenite sono ben conosciute ed è anche chiaro il ruolo
che può avere l'epigenetica in esse, per esempio nel caso della sindrome di Angelman
e di Prader-Willi.
Si tratta di normali malattie genetiche causate dalla delezione o inattivazione dei geni,
ma sono insolitamente comuni perché gli individui sono essenzialmente emizigoti a
causa dell'imprinting genomico: un singolo gene knock out è sufficiente a provocare
la malattia, la quale nella maggior parte dei casi richiederebbe che entrambe le
copie fossero knocked out.
Evoluzione
Anche se l'epigenetica negli organismi pluricellulari è ritenuta generalmente un
meccanismo coinvolto nella differenziazione, con pattern epigenetici "reset",
quando gli organismi si riproducono, ci sono state alcune osservazioni di eredità
epigenetica transgenerazionale (ad esempio, il fenomeno della paramutazione
osservato nel mais).
Sebbene la maggior parte di questi tratti epigenetici multigenerazionali vengano
progressivamente persi nell'arco di più generazioni, rimane la possibilità che
l'epigenetica multigenerazionale possa essere un altro aspetto dell'evoluzione
e dell'adattamento darwiniano.
La barriera di Weismann è specifica per gli animali, e l'ereditarietà epigenetica
dovrebbe essere molto più comune nelle piante e nei microbi.
I tratti epigenetici svolgono un ruolo nell'adattamento a breve termine delle specie,
consentendo una variabilità fenotipica reversibile per rispondere a fattori stressanti
indotti dall'ambiente.
La modifica delle caratteristiche epigenetiche associate a una regione del DNA
consente agli organismi, in una scala temporale di più generazioni, di passare da
fenotipi che esprimono quel particolare gene a fenotipi che non lo esprimono e viceversa
.Quando la sequenza del DNA della regione non è mutato, questa modifica è reversibile.
È stato anche ipotizzato che gli organismi possano usufruire di tassi di mutazione
differenziale associati alle caratteristiche epigenetiche per controllare la velocità
di mutazione di geni particolari.
Analisi recenti hanno suggerito che i membri della famiglia delle citosina deaminasi
APOBEC/AID sono in grado di mediare contemporaneamente le eredità genetiche
ed epigenetiche utilizzando analoghi meccanismi molecolari.
Si è osservato che i cambiamenti epigenetici possono anche verificarsi in risposta ad
esposizioni ambientali; ad esempio topi trattati con alcuni integratori alimentari
mostrano cambiamenti epigenetici che interessano l'espressione del gene Agouti
, riguardante il colore della pelliccia, il peso e la propensione a sviluppare il cancro.
Sono stati riportati più di 100 casi di fenomeni di eredità epigenetica
transgenerazionale in una vasta gamma di organismi, tra procarioti, piante
e animali.
Condividi e segnala - permalink - Segnala abuso |
Inviato da: cassetta2
il 30/04/2020 alle 12:34
Inviato da: cassetta2
il 20/08/2019 alle 21:06
Inviato da: amico_per_sempre1964
il 10/06/2018 alle 20:06