I meccanismi di regolazione dell'espressione dei geni che presiedono a 58 tratti anatomici e funzionali dell'organismo umano sono stati identificati dai ricercatori del Roadmap Epigenomics Program. I risultati ottenuti, che hanno richiesto un'elaborazione di dati tremila volte superiore a quella che fu necessaria per sequenziare l'intero genoma umano, permettono di comprendere meglio molte funzioni fisiologiche e aprono le porte allo sviluppo di nuove terapie per molte malattie, fra cui il cancro e l'Alzheimer(red)
La più vasta descrizione mai realizzata delle modificazioni chimiche che alterano il modo in cui l'informazione genetica è usata nelle cellule – l'epigenoma – è stata tracciata in una serie di articoli pubblicati in contemporanea su “Nature”, "Nature Communications”, "Nature Biotechnology" e "Nature Protocols”, frutto della collaborazione internazionale Roadmap Epigenomics Program. La decifrazione dell'epigenoma offre un quadro di riferimento per una migliore comprensione di funzioni fisiologiche fondamentali, per lo studio delle malattie umane e lo sviluppo di nuove terapie. (Qui l'elenco degli articoli pubblicati).
Tutte le cellule del corpo hanno lo stesso DNA, ma hanno caratteristiche diverse perché esprimono diversi insiemi di geni. Così, per esempio, le cellule cardiache hanno un aspetto e una funzione diversa dai neuroni cerebrali perché esprimono geni diversi, e a stabilire quali geni debbano di volta sono appunto i fattori epigenetici.
Solo metà dei circa 25.000 geni che codificano proteine sono infatti espressi in un dato tipo di cellula, e anche se molti di questi geni sono necessari per le funzioni generali e sono attivi in tutte le cellule, molti altri sono espressi in un solo tipo di cellula o in pochi tipi. Per di più, i tempi e i livelli di espressione di questi geni seguono schemi (profili di espressione) differenti da cellula a cellula. In media ciascun tipo cellulare è controllato da 20.000-40.000 “interruttori genici”, per lo più attivati e disattivati per via epigenetica, che determinano il suo particolare profilo di espressione genica.
Gli articoli spaziano su un'ampia gamma di argomenti, dal funzionamento dei meccanismi epigenomici, all'indicazione dei fattori specifici che intervengono nelle diverse fasi di sviluppo dell'organismo per una corretta differenziazione cellulare, fino ai rapporti fra fattori epigenetici e diverse patologie, come il cancro o l'Alzheimer.
Più specificamente, Alexander Meissner e colleghi illustrano come la metilazione del DNA - l'aggiunta di particolari gruppi chimici al genoma, una premessa per l'attivazione o lo spegnimento dei geni – sia essenziale per il modo in cui le cellule staminali si differenziano in cellule neurali specializzate, mentre Bing Ren e colleghi mostrano che alla differenziazione delle cellule staminali concorre in modo significativo anche un'altra forma di regolazione epigenomica, la modificazione della cromatina. La cromatina è la sostanza di cui sono fatti i cromosomi, che oltre ai filamenti di DNA comprende diverse proteine necessarie a far assumere ai cromosomi la loro caratteristica forma compatta; le alterazioni della sua configurazione tridimensionale influiscono sull'espressione genica in modo generale.
Manolis Kellis e colleghi hanno invece studiato nel topo il profilo epigenetico di una malattia neurodegenerativa che è l'equivalente murino del morbo di Alzheimer, e dimostrano che la predisposizione genetica alla malattia di Alzheimer è essere associata principalmente con alterazioni che riguardano la sfera delle funzioni immunitarie (ossia è prevalentemente genetica). I cambiamenti nell'attività neuronale che controlla la memoria e l'apprendimento – e quindi i sintomi che interessano queste specifiche sfere - possono invece essere pesantemente influenzati da fattori non genetici, ma epigemnetici. I ricercatori sono inoltre riusciti a mostrare, che questa conclusione non vale solo per il topo ma anche per l'essere umano.
