05 luglio 2013
Un particolare tipo di regolazione epigenetica, la metilazione del DNA, in cellule del sistema
nervoso centrale emerge durante l’infanzia e l’adolescenza ed è conservato nell’età adulta. Lo ha
dimostrato una ricerca che fa luce sui meccanismi neurobiologici alla base della plasticità
cerebrale in funzione dell’esperienza. Si tratta di un risultato importante non solo per comprendere
meglio in che modo matura il cervello dall’infanzia fino al termine dell’adolescenza e perché si
sviluppano patologie psichiatriche, come la schizofrenia, o i disturbi della funzione cerebrale come
l’autismo (red)
lescienze.it
L’esperienza dalla nascita all’adolescenza, è in grado di plasmare in modo sostanziale conoscenze e
comportamento dell’individuo. Ma qual è il substrato neurobiologico di questo cambiamento? Una nuova
ricerca pubblicata su Science a firma di Ryan Lister, del Salk Institute di La Jolla, in
California, e colleghi di un’ampia collaborazione internazionale, ha dimostrato che la risposta va
cercata nell’epigenoma, cioè nell’insieme dei meccanismi di regolazione dell’espressione dei geni.
Lo studio, il primo che ha considerato questi meccanismi sull’intero genoma di topi e di esseri
umani dalla prima infanzia fino all’età adulta, dimostra che un particolare tipo di metilazione, uno
dei processi chimici cruciali per la regolazione genica, riguarda in modo specifico i neuroni e
viene progressivamente incrementato fino al termine dell’adolescenza, quando la maturazione del
sistema nervoso è compiuta.
Il risultato ha un’enorme importanza per chiarire meglio alcuni aspetti di quella capacità di
cambiamento del sistema nervoso centrale che va sotto il nome di plasticità neurale. Questa capacità
è alla base non solo dell’apprendimento attraverso l’esperienza, ma anche di patologie
psichiatriche: recenti studi hanno ipotizzato un ruolo della metilazione nella schizofrenia, nel
disturbo bipolare e nella depressione.
Negli ultimi decenni, le ricerche di genetica hanno mostrato quanto siano importanti per la vita di
un organismo non solo i geni, in cui sono codificate le informazioni per la sintesi delle proteine,
ma anche i meccanismi che regolano l’espressione dei geni, attivandoli o silenziandoli. Uno dei
risultati cruciali in questo campo è che la metilazione del DNA avviene tipicamente nei cosiddetti
siti CpG, in cui una citosina si trova immediatamente adiacente alla guanina (citosina e guanina
sono due delle quattro basi azotate, insieme con adenina e timina, che costituiscono i mattoni
elementari di cui sono costituite le molecole di DNA). Inoltre, è stato osservato che questo tipo di
metilazione è estremamente diffusa nel genoma degli esseri umani adulti e riguarda addirittura
l’80-90 per cento dei siti CpG.
Per questa, che sembrerebbe una regola, c’è tuttavia un’eccezione. Gli stessi ricercatori del Salk
Institute, infatti, hanno scoperto in passato che le cose stanno molto diversamente nelle cellule
staminali embrionali umane e nelle staminali pluripotenti indotte, in cui la metilazione del DNA si
osserva solo nei siti in cui la G non segue la C. Sulle prime si era ipotizzato che questa
metilazione non-CG dovesse scomparire una volta che le cellule staminali si fossero differenziate
in linee cellulari specifiche.
Quest’ultimo studio ha dimostrato che questo non è vero per quanto riguarda il cervello, in cui la
metilazione non-CG appare anche nelle cellule differenziate, e va via via accumulandosi durante
l’infanzia e l’adolescenza, per rimanere conservate anche nelle età successive. Questo mostra che il
processo di maturazione delle circuitazioni cerebrali, e in particolare la formazione di nuove
sinapsi, che procede molto rapidamente, è accompagnato da un parallelo processo di riconfigurazione
su larga scala dell’epigenoma. In particolare, questi processi riguardano la corteccia frontale, che
ha un ruolo cruciale nei processi cognitivi, nei processi decisionali e nell’azione. Tenuto conto
che i meccanismi epigenetici sono influenzati dall’interazione con l’ambiente, prende corpo
l’ipotesi che proprio i processi di metilazione siano il tramite grazie al quale l’esperienza rimane
fissata in modo permanente nel funzionamento del sistema nervoso, anche nei casi patologici.
I risultati del nostro studio dimostrano che la metilazione del DNA ha un ruolo cruciale nel
plasmare le sinapsi, gli spazi comunicativi tra i neuroni, spiega Manel Esteller, direttore
dell’Epigenetics and Cancer Biology Biomedical Research Institute (IDIBELL), ICREA di Barcellona,
professore di genetica all’università della stessa città e cofirmatario dello studio.
Il cervello è diviso in materia bianca, la glia, e materia grigia, i neuroni, con diversi tipi
cellulari, ognuno con una funzione specifica. Sia i neuroni sia la glia devono regolare attentamente
l’espressione del loro codice genetico e questo è precisamente il ruolo della metilazione, riassume
Esteller.
“Dal nostro studio risulta che anche nella materia grigia ci sono sottotipi cellulari come i neuroni
piramidali e i produttori del neurotrasmettitore GABA che hanno specifici sottoschemi di metilazione
del DNA, aggiunge Esteller.
Questo secondo risultato indica che in qualche modo c’è una correlazione tra la funzione delle
specifiche popolazioni cellulari del cervello e i corrispondenti schemi di metilazione, ed è proprio
su questo aspetto che secondo gli autori andrebbero indirizzate le future ricerche.
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