Homo faber fortunae suae?

Molti di noi vivono nella convinzione che il nostro corpo sia una macchina la cui composizione interna ed esterna dipende unicamente dai geni che la costituiscono. C’è chi è abituato a pensare che le nostre caratteristiche peculiari, quali le capacità artistiche o intellettive, ma anche i nostri punti deboli, come le malattie cardiovascolari, i tumori, i disordini psicologici e psichici, altro non fossero che tratti distintivi programmati dai nostri geni. Il tutto si sarebbe sviluppato in un’ottica passiva: ciò che siamo, ciò che diventiamo e ciò che la vita ci riserva era visto come un qualcosa di già prestabilito, una sorta di riflesso di ciò che ereditiamo dai nostri genitori.
Verso la fine degli anni Trenta del secolo scorso, si fece strada una nuova interessante teoria, basata sulla scoperta dell’esistenza di forti interazioni tra le nostre cellule e l’ambiente che ci circonda. Fu il biologo, genetista e paleontologo inglese Conrad Hal Waddington a introdurre il termine epigenetica (dal greco: επí, “sopra-genetica”), definita come quella branca della scienza che si occupa di studiare le modificazioni nell’espressione dei geni che non implicano un cambiamento nella composizione in basi del DNA. In realtà, le origini concettuali dell’epigenetica risalgono addirittura 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 completamente formati.
L’epigenetica moderna ha, quindi, fornito una nuova chiave di lettura: ci ha fatto comprendere l’importanza di tanti e diversi fattori esterni, come stimolazioni, alterazioni e modificazioni ambientali, sull’espressione dei nostri geni, cioè nel farci diventare ciò che siamo. Ecco allora che da spettatori passivi del nostro destino ne diventiamo fautori e protagonisti: l’alimentazione, l’attività fisica, lo stile di vita e lo stress assumono un ruolo determinante nel guidare l’espressione dei nostri geni e sono tutti aspetti della nostra vita che possiamo controllare. In questi casi, l’epigenetica assume una sorta di valenza positiva rispetto al determinismo e alla “condanna” della genetica: non siamo in grado di intervenire sul patrimonio genetico che abbiamo ereditato, ma possiamo modularne l’espressione; tutto il nostro destino non è già completamente scritto nel nostro DNA al momento della nascita.

Un esempio

Pensiamo a due gemelli omozigoti, ovvero due persone che condividono la stessa sequenza del DNA. Essi si somigliano molto, eppure non sono identici. Soprattutto, il loro rischio di sviluppare una determinata patologia non è lo stesso. In termini molecolari, possiamo dire che a essere diverso è il modo in cui il medesimo DNA si esprime: sono, cioè, diverse le parti della sequenza del DNA che vengono attivate e disattivate. A oggi si ritiene che queste variazioni siano indotte dall’ambiente e dalle abitudini di vita. Un interessante studio pubblicato nel 2005 sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences¹ mostra come molte delle differenze fra gemelli omozigoti siano spiegabili attraverso l’epigenetica. In particolare, sono stati valutati i profili epigenetici di 80 coppie di gemelli omozigoti di età compresa tra i 3 e i 74 anni. Il risultato più suggestivo è che le coppie di gemelli più giovani mostravano un pattern epigenetico molto simile tra loro, mentre nelle coppie di gemelli più anziani questo pattern si differenziava sempre di più. Chiaramente, la loro genetica rimaneva la stessa, ma grazie alla divergenza dei meccanismi epigenetici, che si modificavano nel tempo, la loro espressione genica diventava via via sempre più diversa. Non solo: le differenze epigenetiche più rilevanti si osservavano nelle coppie di gemelli che avevano trascorso minor parte della propria vita insieme, supportando il ruolo svolto dai fattori ambientali nel modificare i profili epigenetici ed eventualmente il rischio di malattia.

Epigenetica e adattamento

Quando espandiamo questo concetto fino al livello di popolazione, possiamo intuire come l’epigenetica abbia un ruolo chiave nella modificazione del DNA di ogni individuo, laddove il concetto di modificazione è, almeno inizialmente, strettamente legato al concetto di adattamento. Pensare che un organismo abbia necessità di adattare la propria espressione genica per poter meglio rispondere alle sollecitazioni esterne è un concetto intuitivo, l’epigenetica ci fornisce un meccanismo biologico per spiegare come questo accade.
Diventa, perciò, ora fondamentale la comprensione del ruolo giocato dall’ambiente e dagli stili di vita (per esempio, dieta, fumo, consumo di alcol, attività fisica) e di lavoro, denominati nel loro complesso “esposoma”, nel determinare lo sviluppo di patologie, nell’ottica di lungo corso di promuovere uno stile di vita più sano e di limitare il numero di malati. Il concetto di esposoma è stato definito nel 2005 dall’epidemiologo Christopher Wild,² al fine di indicare la globalità delle esposizioni ambientali e dello stile di vita che agiscono sull’individuo e sulla salute. Questa idea risulta strettamente legata al concetto di origine ambientale delle malattie, che trova il suo fondamento nella semplice osservazione che la variabilità genetica non può da sola spiegare la variabilità del rischio di sviluppare malattie croniche. Tale concetto, molto affascinante per le prospettive che apre, rappresenta una vera e propria sfida in ambito di ricerca scientifica. La valutazione dell’esposoma richiede, infatti, tecnologie all’avanguardia e necessita di modelli statistici complessi, che permettano di discriminare correttamente il ruolo dei diversi fattori che influiscono sulla salute. In questo contesto, l’epigenetica può essere considerata come l’interfaccia tra genetica ed esposoma.
Abbiamo, quindi, detto che l’epigenoma, cioè l’insieme dei meccanismi di regolazione che consentono o bloccano l’espressione genica, provvede ad attivare questo o quel gene, in questa o quella cellula, a seconda delle fasi della vita, ma soprattutto a seconda degli stimoli esterni, ambientali e, in senso lato, “culturali”. L’ambiente ci plasma, insomma. Ma quando si definisce il nostro pattern epigenetico? La risposta è che probabilmente ogni singolo momento della nostra vita esercita un proprio contributo nel determinare il bilancio finale.
È noto, per esempio, che le abitudini alimentari e comportamentali della madre in gravidanza – la sua esperienza biologica, gli ormoni secreti dal suo organismo, ciò che mangia, le situazioni stressanti che si trova a vivere – possono influire sul feto e sull’espressione dei suoi geni. Inoltre, lo stress nelle primissime fasi della vita e la carenza di cure materne possono modificare determinate regioni regolatorie dei geni e dei relativi circuiti cerebrali, per cui la progenie finirà con lo sviluppare un fenotipo depressivo/aggressivo. In alcuni casi tali caratteristiche possono essere ereditate e la predisposizione si combina poi con l’ambiente sociale e familiare.
L’epigenoma continua a lavorare anche nel periodo post-natale e per tutta la durata della nostra vita: la ricerca ha riscontrato correlazioni tra determinate caratteristiche epigenetiche e la tendenza al suicidio, alla schizofrenia e all’alcolismo, solo per citare alcuni esempi. Per quanto riguarda il rapporto tra epigenetica e cervello umano, possiamo dire che molte funzioni cerebrali sono accompagnate da cambiamenti nell’espressione genica a livello cellulare e che alcuni di questi meccanismi sembrano essere coinvolti nella memoria a lungo termine.
Si tratta, quindi, di un intrecciarsi continuo tra ruolo fisiologico e patologico dell’epigenoma: se da un lato è in grado di scandire fasi differenti, di accendere e spegnere i nostri geni permettendoci di crescere e di differenziarci gli uni dagli altri, dall’altro lato è anche in grado di attivare meccanismi patologici in risposta a stimoli esterni dannosi e nocivi per il nostro organismo.

Avremo modo, nell’arco dei prossimi mesi, di approfondire gli spunti introduttivi che oggi vi abbiamo fornito, affinché ciascuno viva e scelga con consapevolezza e con la convinzione che, in fondo, restiamo artefici, almeno in parte, del nostro destino!

Bibliografia

1. Fraga MF, Ballestar E, Paz MF et al. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proc Natl Acad Sci U S A 2005;102(30):10604-09.
2. Wild CP. Complementing the genome with an “exposome”: the outstanding challenge of environmental exposure measurement in molecular epidemiology. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2005;14(8):1847-50.

Glossario

• Epigenetica: branca della scienza che si occupa di studiare le modificazioni nell’espressione dei geni che non implicano un cambiamento nella composizione in basi del DNA.
• Esposoma: globalità dell’esposizione ambientale (ambiente in cui si vive, stili di vita e di lavoro).
• Epigenoma: insieme dei meccanismi di regolazione che consentono o bloccano l’espressione genica.