I meccanismi epigenetici spiegano il comportamento differenziale delle cellule di un organismo?

Prof. Giuseppe Macino
Dipartimento Biotecnologie cellulari e Ematologia Sapienza Università di Roma

Tutte le cellule di un organismo sono dotate dello stesso genoma. Come è spiegabile quindi la grande variabilità di forme e funzioni cellulari dello stesso organismo?
Oggi sappiamo che i circa 20.000 geni del nostro genoma sono espressi in modo differenziale nelle cellule dei vari tessuti.
Gruppi diversi di geni determinano le caratteristiche di ogni tipo cellulare e le sue funzioni. Nell'espressione differenziale di questo gran numero di geni si potrebbe trovare la risposta alla complessità di funzionamento di ogni cellula ma la genomica comparata ci fa vedere che anche organismi più semplici come i vermi o gli insetti hanno un numero di geni corrispondente a quello dei mammiferi ma che hanno una complessità di tessuti e del sistema nervoso infinitamente inferiore. Come è possibile che con lo stesso numero di geni si ottengano risultati così differenti?
I nuovi concetti di epigenetica cominciano a spiegarci come è possibile che gruppi di geni siano coordinati attraverso delle reti di funzionamento che li fanno esprimere in modo differenziale e coordinato tra cellula e cellula. Così con gli stessi geni è possibile ottenere una complessità di comportamenti molto maggiore.
Nei cromosomi i geni sono strutturati localmente in cromatina, costituita da DNA e da proteine istoniche.
L'organizzazione di base della cromatina è chiamata nucleosoma formata un tratto di DNA di circa 150 coppie di basi avvolte intorno ad un ottetto formato da quattro dimeri di istoni H2A, H2B, H3 e H4. In un genoma come quello umano ci quindi sono molte decine di milioni di nucleosomi.
Queste strutture cromatiniche sono altamente dinamiche e sono regolate dalla attività di enzimi che, modificando chimicamente ognuna delle proteine istoniche ne alterano profondamente il comportamento.
Questi meccanismi epigenetici regolano finemente il livello di espressione di ogni gene permettendo una coordinazione della loro funzione anche quando i geni sono molto distanti sul genoma.
Questo spiega perché un qualunque segnale o stimolo che raggiunge le cellule può alterare l'espressione di molti geni contemporaneamente.
Lo stimolo infatti servirà a far variare l'attività degli enzimi deputati alle modifiche istoniche che agiranno contemporaneamente su tantissimi nucleosomi localizzati su tutto il genoma, portando ad un cambiamento della struttura globale della cromatina e alla espressione differenziale di tanti geni.

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