Epigenetica: ereditare i ricordi è possibile?

Come l'epigenetica influenza la struttura del DNA

L'epigenetica è la scienza che si occupa dello studio dei cambiamenti del DNA senza che questi però alterino la sequenza dei geni."Epigenetica" dal greco, significa "ciò che sta sopra" alla genetica, quindi al DNA: si tratta di un meccanismo che regola l'espressione genica attraverso piccole mutazioni, originatesi nella vita di un individuo a seconda degli input ricevuti, non alterando però la sequenza del genoma. Il DNA infatti, non può essere modificato in questo senso; nel nostro genoma sono trascritte tutte le informazioni genetiche che dettano il funzionamento e lo sviluppo di ogni essere vivente e non possono essere cambiate se non attraverso vere e proprie mutazioni genetiche dovute all'evoluzione. I geni stabiliscono tutti gli aspetti di un individuo, mentre i meccanismi epigenetici ne regolano l'espressione, variando il fenotipo di un organismo senza alterare il suo genotipo, così da rendere questa modifica ereditabile. Lo si potrebbe anche immaginare come un processo che lavora sul DNA, accendendo e spegnendo certi geni che questo presenta in una sequenza fissa. In questo modo il genoma, contrariamente a quanto si pensava pochi decenni fa, è estremamente plastico, tanto da modificare la sua struttura numerose volte lungo la vita di un organismo.

Anche il cibo può influenzare il DNA; basti pensare all'ape regina che nutrendosi di pappa reale, nonostante nasca morfologicamente e geneticamente uguale all'ape operaia del suo stesso alveare, cambi il suo fenotipo modificando completamente sia l'aspetto che il comportamento. 

È chiaro dunque come l'ambiente sia determinante per quanto riguarda l'attivazione e la disattivazione di alcuni geni con cui nasciamo per ereditarietà: stress, nutrizione, stili di vita, paure e molti altri stimoli fanno parte di ciò che chiamiamo ambiente ed influenzano ogni individuo nel corso della sua esistenza.

Sono rappresentate sopra l'attivazione e la disattivazione di un gene da parte di uno dei fattori epigenetici quale la metilazione.

Memoria epigenetica

Ma cosa condivide l'epigenetica, e quindi il DNA, con la memoria? Sebbene le sinapsi, connessioni neuronali, siano il segnale elettrico responsabile della memoria, recentemente si è scoperto che questa potrebbe presentarsi come una traccia non solo elettrica ma anche fisica, contenuta nell' RNA: si tratta di memoria epigenetica.

Uno studio di David Glanzman, del dipartimento di biologia e fisiologia della UCLA University, pubblicato su eNeuro, ha dimostrato come sia effettivamente possibile un trapianto di memoria in individui con un circuito neuronale poco complesso come quello della lumaca di mare Aplysia californica.(https://www.eneuro.org/content/5/3/ENEURO.0038-18.2018)

Aplysia californica

In primo luogo questo esperimento prevedeva l'associare un tocco ad un successivo lieve shock elettrico arrecato agli esemplari di lumaca. Queste scariche determinavano un riflesso incondizionato da parte delle lumache, le quali ritraevano il sifone e le branchie per circa un minuto. Una volta instaurato questo condizionamento nelle lumache, Glanzman e colleghi, hanno estratto l'RNA dalle cellule del sistema nervoso di questi individui per iniettarlo in altri che non avevano ancora subìto alcun tipo di shock. Il risultato fu che, nonostante quest'ultime non avessero subito lo stesso condizionamento, presentarono lo stesso tipo di riflesso incondizionato al seguito del tocco che avrebbe poi dato spazio alla scossa elettrica. 

Con questo esperimento si è potuto intuire come la memoria non sia esclusivamente immagazzinata nei segnali elettrici neuronali bensì anche nel nucleo dei neuroni stessi, assumendo quindi anche una dimensione fisica.
L'epigenetica, in questo caso, ha permesso alle lumache sottoposte alle scosse di incidere nel loro DNA la memoria di questo pericolo rendendola quindi fisica e di conseguenza trasferibile.

Epigenetica transgenerazionale

Per capire al meglio l'ereditarietà della memoria attraverso l'epigenetica possiamo analizzare un altro tipo d'esperimento: questa volta un gruppo di ricercatori dell'Howard Hughes Medical Institute a Chevy Chase, ha esposto un gruppo di topi ad una sostanza aromatica simile al profumo di ciliegia mentre venivano sottoposti a scariche elettriche blande. In questo modo i topi hanno potuto associare il profumo alla paura della scossa. La prole dei topi condizionati, nonostante fosse stata separata dai genitori, ha subito dimostrato una risposta di paura nei confronti del dolce aroma; lo stesso è avvenuto con la generazione ancora successiva, ovvero i nipoti del primo gruppo di topi condizionati con le scosse elettriche. 

Questo determina come i primi topi abbiano subito modificazioni epigenetiche, cambiando l'espressione dei geni, ma non la loro sequenza, semplicemente attivando e disattivando alcuni di questi. Queste modificazioni possono essere interpretate come un trasferimento di memoria, un segno lasciato sul DNA e poi trasmesso ai figli; il ricordo del trauma dei topi condizionati è stato trasmesso alle generazioni successive che quindi sin da subito hanno evitato con timore il profumo di ciliegia associandolo al pericolo. Questo carattere epigenetico acquisito dai primi topi ha permesso che nascessero figli con più recettori verso quell'odore. 

I dibattiti riguardo questa materia sono durati molti anni poiché alcuni ricercatori, nonostante affermassero l'esistenza dell'epigenetica, non credevano che questa potesse essere trasmessa alla prole. Recentemente però uno studio pubblicato su "Science" da ricercatori del Max-Planck-Institut in Germania ha dimostrato come la memoria epigenetica sia realmente trasmissibile alla prole e come questa sia importante per lo sviluppo dello stesso embrione.
(https://science.sciencemag.org/content/357/6347/212)

In conclusione

Ipotizziamo che il DNA sia un grande libro d'istruzioni tramandato di generazione in generazione; i capitoli non cambiano negli anni ma i discendenti avranno a disposizione delle note da aggiungere o meno. Un individuo non potrà modificare le istruzioni del libro bensì potrà appuntare alcune note, come nel caso dei topi "il profumo di ciliegia significa pericolo", oppure come nel caso dell' Aplysia "il tocco presagisce una scarica elettrica". In questo modo le generazioni successive avranno a disposizione il libro con tutte le istruzioni di base con annesse le note dei progenitori che hanno subito determinati traumi od input ambientali. Questi processi hanno permesso di attivare o disattivare alcuni geni e quindi di appuntare delle note (modificazioni epigenetiche) nelle pagine del libro d'istruzioni (il DNA).
Possiamo quindi dedurre come sia vero il fatto che la genetica ci definisca e che per quanto non sia possibile cambiare il DNA a nostro piacimento, possiamo comunque adottare uno stile di vita che incida positivamente sul genoma e che questi appunti sul nostro libro di istruzioni possano essere tramandati alle generazioni successive.

FONTI 

Pikaia 

La Mela di Newton 

Le Scienze