I cambiamenti epigenetici svolgono un ruolo importante nel cancro, nelle malattie metaboliche e legate all’invecchiamento, ma anche nella perdita di resilienza poiché causano un’errata interpretazione del materiale genetico nelle cellule colpite. Un importante studio condotto dagli scienziati dell’Helmholtz Monaco di Baviera è stato pubblicato nel Natura ora fornisce nuove importanti informazioni su come le complesse firme di modificazione epigenetica regolano il genoma. Questo studio aprirà la strada a nuovi trattamenti per le malattie causate da meccanismi epigenetici difettosi.
Il mistero irrisolto della complessità epigenetica
Il nostro corpo è composto da centinaia di tipi cellulari diversi, ciascuno con la sua forma e funzione uniche. L’informazione su come costruire un organismo è immagazzinata nel nostro DNA. Tuttavia, sebbene tutte le nostre cellule condividano lo stesso DNA, non tutte lo leggono allo stesso modo. Allora come fa, ad esempio, un fegato o una cellula cerebrale a sapere quali istruzioni seguire? Per rendere ciò possibile vengono utilizzate piccole etichette chimiche, le cosiddette modificazioni epigenetiche. Agiscono come bandiere e dicono a ciascuna cellula quali parti del DNA utilizzare e quali ignorare.
A prima vista semplice, questa regolazione epigenetica è molto più complessa, poiché esistono molte modifiche diverse che possono essere collegate direttamente al nostro DNA o alle cosiddette proteine istoniche. “Gli istoni sono piccole proteine attorno alle quali è avvolto il nostro DNA e che servono quindi a impacchettare il materiale genetico”, afferma il responsabile dello studio Dr. Till Bartke, vicedirettore dell’Istituto di epigenetica funzionale (IFE) di Helmholtz Monaco. “A seconda di come gli istoni o il DNA vengono modificati chimicamente, possono avere effetti diversi sul DNA e quindi controllare l’attività genetica.” Insieme, le modifiche epigenetiche formano quello che gli scienziati chiamano il codice epigenetico, consentendo alle cellule di attivare o disattivare i geni in base alle loro esigenze specifiche.
Tuttavia, il modo in cui queste modifiche epigenetiche interagiscono è rimasto un grande enigma. Scoprire come funziona questo codice epigenetico è al centro della ricerca dell’Istituto di Epigenetica Funzionale guidata dal Prof. Robert Schneider: “La nostra comprensione della complessa interazione tra il nostro DNA e i meccanismi epigenetici ha ora fatto un importante passo avanti con questo studio innovativo dal nostro istituto.”
Decifrare il codice epigenetico in una provetta
Per decifrare il codice epigenetico, Till Bartke e colleghi hanno sviluppato un modo creativo per esaminare come lavorano insieme diverse combinazioni di modifiche epigenetiche. Hanno ricostruito molte di queste modifiche in una provetta e hanno condotto esperimenti per studiare come interagiscono con le proteine nelle nostre cellule, utilizzando una combinazione di sofisticati metodi biochimici e spettrometrici di massa.
“Le modificazioni epigenetiche di solito agiscono in collaborazione con le cosiddette proteine epigenetiche che le riconoscono e promuovono effetti a valle”, spiega il dottor Andrey Tvardovskiy, ricercatore post-dottorato e uno dei primi autori dello studio. “Scoprire come i lettori epigenetici interpretano firme di modificazioni così complesse è quindi fondamentale per comprendere come funziona il nostro genoma e come la sua errata regolazione può portare a malattie umane”. Per la prima volta, i ricercatori hanno potuto vedere come diverse combinazioni di modifiche vengono “lette” e tradotte dai meccanismi proteici nelle nostre cellule.
Decodificare il linguaggio epigenetico con un computer
Utilizzando approcci di intelligenza artificiale di nuova concezione, hanno poi deciso di decodificare il linguaggio delle modifiche epigenetiche. I ricercatori hanno scoperto che alcuni costituenti del codice epigenetico hanno un grande impatto, soprattutto sui tratti del DNA che controllano l’attivazione dei geni, mentre altri hanno un effetto minore. Mettendo insieme tutte queste informazioni, sono riusciti a estrarre diverse regole fondamentali su come il nostro materiale genetico è organizzato e controllato all’interno delle nostre cellule. Queste intuizioni sono molto importanti per molti scienziati in diversi campi e si prevede che catalizzeranno molte scoperte future. Per garantire che i loro risultati fossero disponibili quanto più ampiamente possibile, i ricercatori hanno creato un sito web chiamato “Modification Atlas of Regulator by Chromatin States” (https://marcs.helmholtz-munich.de), che fornisce una risorsa online interattiva intuitiva per esplorare i risultati del loro studio.
Comprendere l’epigenetica per trattare le malattie umane
“Poiché le modificazioni epigenetiche svolgono un ruolo cruciale in tutto ciò che fa il nostro corpo, dalla crescita e dall’apprendimento al mantenimento della salute, le cose vanno storte quando le modifiche vengono mal riposte o interpretate erroneamente. Spesso questo causa malattie come il cancro, disturbi dello sviluppo o disabilità mentali”, afferma Till Bartke. “Ma i cambiamenti epigenetici si accumulano anche nel corso della vita e sono influenzati dall’ambiente, dall’alimentazione e dallo stile di vita: ciò può contribuire a malattie come il diabete e portare a effetti deleteri dell’invecchiamento”. Comprendendo come funzionano le modifiche epigenetiche e cosa va storto nelle malattie, i ricercatori dell’IFE mirano a sviluppare nuovi modi per curare queste malattie e affrontare l’adattamento a un ambiente in evoluzione.
A proposito degli scienziati
Dr. Till Bartke, vicedirettore dell’Istituto di epigenetica funzionale dell’Helmholtz Monaco
Dr. Andrey Tvardovskiy, Postdoc presso l’Istituto di Epigenetica Funzionale di Helmholtz Monaco di Baviera
Prof. Dr. Robert Schneider, direttore dell’Istituto di epigenetica funzionale dell’Helmholtz Monaco
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
