Dallo scrittore Myprotein Leonardo Cesanelli, laureato in Scienze e Tecnologie Alimentari, laureando in Nutrition and Functional Food.
Epigenetica
L’epigenetica è definita come lo studio dei cambiamenti ereditabili nell’espressione genica che non sono causati da cambiamenti nella sequenza del DNA (Waterland & Michels, 2007). Difatti, un segnale epigenetico è un cambiamento ereditabile che non altera la sequenza nucleotidica di un gene, ma la sua attività.
"La differenza fra genetica ed epigenetica può essere paragonata alla differenza che passa fra leggere e scrivere un libro. Una volta scritto il libro, il testo (i geni o le informazioni memorizzate nel DNA) sarà identico in tutte le copie distribuite al pubblico. Ogni lettore potrà tuttavia interpretare la trama in modo leggermente diverso, provare emozioni diverse e attendersi sviluppi diversi man mano che affronta i vari capitoli. Analogamente, l'epigenetica permette interpretazioni diverse di un modello fisso (il codice genetico) e può dare luogo a diverse letture (fenotipi), a seconda delle condizioni variabili con cui il modello viene interrogato".
Thomas Jenuwein (Max-Planck-Institut für Immunbiologie, Freiburg, Germania).
Questo spiega perché le cellule differenziate in un organismo pluricellulare esprimono solo i geni necessari alla loro attività pur presentando stesso genoma. La sequenza del genoma è difati statica (con alcune notevoli eccezioni), ma le cellule si differenziano in molti tipi cellulari diversi, che svolgono funzioni diverse e rispondono in modo diverso all'ambiente ed ai segnali intercellulari.
I ricercatori hanno cercato di spiegare questi meccanismi grazie agli studi fatti su gemelli omozigoti: nascono con lo stesso patrimonio genetico, ma crescendo si possono differenziare a causa dell'ambiente, dello stile di vita, delle emozioni e delle sofferenze provate, che possono influire e cambiare l'espressione di alcuni geni, attivandoli o disattivandoli.
Epigenetica e Alimentazione
Dunque riassumendo, con il termine epigenetica indichiamo le modificazioni del DNA (e della cromatina) che influenzano il genoma e l’espressione genica SENZA ALTERARE il DNA stesso, in pratica determinando quale gene deve essere “ON” oppure “OFF” in una singola cellula determinandone l’espressione genica.
Tutto ciò può essere ereditato da generazioni di cellule “salvando” lo stesso “programma genico” oppure cambiando la configurazione “ON-OFF” (In periodi di siccità, alcune piante si adattano a sopravvivere per poi passare quei geni adattati alla generazione successiva. Se le successive due o tre generazioni, non sperimentano un'altra siccità, i cambiamenti epigenetici di solito non vengono più trasmessi).
L’epigenetica nutrizionale o “nutri-epigenetica”, è la branchia che studia gli effetti che i diversi nutrienti possono avere nei confronti del DNA o della cromatina attraverso modifiche della loro espressione.
Ad esempio studiando come l’esposizione a particolari nutrienti durante lo sviluppo possa “programmare” a lungo termine la salute ed il benessere dell’individuo o ancora come la disponibilità di cibo durante la gravidanza possa avere effetti permanenti sull’espressione genica del bambino, così come alcuni studi hanno cercato di verificare come la regolazione epigenetica influisca sull’espressione dei geni che contribuiscono allo sviluppo dell’obesità.
Un primo esempio: uno studio congiunto statunitense ed europeo ha rilevato che l'esposizione prenatale alla fame può comportare cambiamenti epigenetici che possono incidere sulla salute futura di una persona. La ricerca indica che i bambini concepiti durante la carestia olandese nel 1944/45 hanno sofferto di persistente cattiva salute fino a sei decenni più tardi (predisposizione a malattie cardiache e polmonari, intolleranza al glucosio e altri disturbi).
In altre parole ciò che i nostri genitori e nonni mangiavano, quanto esercizio fisico hanno fatto, a quali sostanze chimiche sono stati esposti, sono tutti fattori che potrebbero influenzare l’aspetto e il funzionamento del nostro corpo.
La Metilazione
Andiamo un po’ più nel dettaglio. La metilazione del DNA è uno dei più importanti meccanismi epigenetici di controllo della trascrizione e gioca un ruolo essenziale nel mantenere la funzione cellulare.
Diverse componenti bioattivi contenuti negli alimenti possono modulare la metilazione del DNA (influenzano la disponibilità di gruppi metilici (-CH3) e di conseguenza il processo biochimico di metilazione), componenti che includono ad esempio la vitamina B12, B6, la metionina, i folati (acido folico o vitamina B9).
Un largo numero di studi epidemiologici e clinici suggerisce come i folati della dieta sono inversamente associati con il rischio di malattie gravi e anomalie nella metilazione del DNA (ipermetilazioni riscontrate frequentemente nelle cellule tumorali associata a disattivazione dei geni attivi nella soppressione del processo neoplastico).
La Restrizione Calorica
Partiamo col dire che l’adozione di un corretto stile di vita rappresenta uno dei fattori più importanti per conseguire un invecchiamento di successo, libero da malattie e da condizioni di disabilità.
Un regime dietetico sano, lo svolgimento regolare di un’attività fisica e l’astensione dal fumo rappresentano, ad oggi, le più importanti misure di prevenzione per diversi disturbi come le cardiopatie. Studi recenti hanno portato ad una maggiore comprensione dei meccanismi con cui i nutrienti modulano i processi biologici del nostro organismo.
In quest’ambito, la restrizione calorica (RC), caratterizzata da una riduzione del 30-40% rispetto all’assunzione considerata “normale” per la specie in esame, è stato uno dei modelli maggiormente studiati e che sembrano essere strettamente legati a meccanismi “epigenetici”.
Osservazioni in lieviti, elminti e mammiferi hanno mostrato come la RC sia efficace nel ridurre o rallentare l’insorgenza di patologie età-correlate, ad esempio inducendo perdita di peso corporeo ed esplicando una serie di effetti benefici sui livelli plasmatici di colesterolo, trigliceridi e sul controllo della pressione sanguigna, favorendo così una maggiore resistenza allo stress e rallentando il declino funzionale con un prolungamento significativo del “lifespan”.
La RC, inoltre, favorisce l’espressione di geni coinvolti nella riparazione cellulare, nel turnover e nella sintesi proteica e nella resistenza allo stress, e promuove la down-regolazione di numerosi geni implicati nei meccanismi di stress ossidativo ed infiammazione.
Un’altra via metabolica modulata dalla restrizione calorica è quella delle Sirtuine (una famiglia di enzimi deacetilasici), in particolare, il gene SIRT1 che codifica per la proteina Sirt1, sembra essere in grado di deacetilare proteine nucleari e citoplasmatiche che controllano processi cellulari critici come l’apoptosi.
Sirt1 sembra esplicare anche un’azione protettiva nei confronti della funzione endoteliale riducendo i livelli di colesterolo periferici e producendo down-regulation di diversi mediatori dell’infiammazione.
La ricerca a seguito di tale scoperte si è spostata sui fitochimici presenti in diversi cibi in grado di mimare gli effetti della RC, dando via a tutta una serie di studi volti alla ricerca di un modello dietetico sano, premessa indispensabile per il raggiungimento di un invecchiamento di successo.
Il "Seven Countries Study"
Uno studio su tutti è senz’altro il Seven Countries Study, basato sul confronto dei regimi alimentari di 12.000 soggetti di età compresa tra 40 e 59 anni, sparsi in sette Paesi (Finlandia, Giappone, Grecia, Italia, Olanda, Stati Uniti e Jugoslavia) in grado di dimostrare come la dieta Mediterranea (DM), ricca in fitochimici come l’Idrossitirosolo, il Resveratrolo e la Quercetina, sia in grado di indurre effetti benefici sulla salute dell’individuo, stimolando le medesime vie metaboliche (controllo dello stress ossidativo e dell’infiammazione, attivazione della via delle Sirtuine) attivate dalla RC.
Tra gli elementi distintivi di questo regime dietetico troviamo l’olio di oliva che è particolarmente ricco di acidi grassi monoinsaturi (MUFA) come l’acido oleico, un componente essenziale delle membrane biologiche che può progressivamente sostituire gli acidi grassi polinsaturi.
Le membrane cellulari ricche in acidi grassi monoinsaturi hanno un’ottima fluidità e subiscono meno la perossidazione lipidica. Altri componenti dell’olio di oliva sono l’alfa tocoferolo, i composti fenolici e il coenzima Q, che contribuiscono a contrastare gli effetti tossici dei prodotti residui del metabolismo dell’ossigeno e prevengono la formazione dei radicali liberi, proteggendo la cellula dal danno ossidativo.
Riprendendo i dati del Seven Countries si può notare come anche il Giappone sia caratterizzato da una minore mortalità cardio-vascolare. In questo caso il modello dietetico studiato è quello di Okinawa, caratterizzato da un’abbondante quota di frutta e vegetali e, quindi, ricca in fitochimici dalle proprietà anti-ossidanti ed anti-infiammatorie. In questo caso il the verde svolge un ruolo simile a quello dell’olio di oliva nella dieta mediterranea.
La dieta Mediterranea sembra in grado, quindi, di modulare l’espressione genica attraverso la regolazione di meccanismi epigenetici come la metilazione del DNA, la modificazione degli istoni e la regolazione dei micro-RNA.
Alcuni ricercatori nel campo dell’antiaging suggeriscono difatti che sia improbabile che la massima aspettativa di vita dell’uomo possa essere estesa da singoli interventi come la restrizione calorica o meglio, i benefici sulla salute e sulla longevità sarebbero numerosi, ma non senza altri potenziali effetti negativi.
Alternative al classico regime di CR sono in fase di valutazione. Dirks et al. hanno rilevato che una restrizione calorica dell’8% ha già effetti benefici su specifici biomarkers biochimici e infiammatori. Lo sviluppo di mimetici della CR potrebbe rappresentare una pratica strategia anti-aging. Un candidato è il resveratrolo, o ancor meglio una combinazione di sostanze ad attività mimetica, rispetto all’utilizzo di singole molecole, potrebbe rappresentare l’approccio più efficace, soprattutto in virtù del fatto che gli effetti antiaging della CR coinvolgono numerose vie metaboliche.
Nel frattempo, possiamo sicuramente affermare che qualche sacrificio alimentare e l’assunzione di cibi ricchi dal punto di vista nutrizionale ma poveri in calorie (frutta, verdura, legumi) ha sicuramente dei benefici provati scientificamente.
L'Attività Fisica
Una larga review ha dimostrato come l’attività fisica possa indurre “alterazioni epigenetiche” cruciali per l’attivazione di cascate di segnali associate ad espressione genica, regolazione di pathway metabolici e consumo energetico nel muscolo scheletrico così come numerosi meccanismi anti o pro infiammatori.
In tal senso l’attività fisica sembra avere un ruolo altrettanto importante all’alimentazione per quanto riguarda il “lifespan” (invecchiamento) e utilizzabile come metodo preventivo delle malattie legate all’invecchiamento. ( J. Ntanasis-Stathopoulos et al.: Epigenetic effects of exercise)
In Conclusione
È possibile quindi immaginare di arrivare, in un prossimo futuro, ad una reale personalizzazione della dieta, individualizzata non solo sugli indici antropometrici e sui parametri biochimici e strumentali del paziente, ma anche e soprattutto sulla relazione genoma-risposta dietetica del singolo individuo, senza dimenticare l’importanza dell’attività fisica e dello sport.
1) Cohen HY, Miller C et al. Calorie restriction promotes mammalian cell survival by inducing the SIRT1 deacetylase. Science 2004, 305:390-2.
2) learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/
3) Keys A, Seven Countries: a multivariate analysis of death and coronary hearth disease. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press 1980.
4) Vakili S, Caudill MA. Personalized nutrition: nutritional genomics as a potential tool for targeted medical nutrition therapy. Nutr Rev. 2007, 65:301- 15.
5) López-Miranda J, Pérez-Jiménez F et al. Olive oil and health: summary of the II international conference on olive oil and health consensus report, Nutr Metab Cardiovasc Dis 2010, 20(4):284-94.
6) Corella D, Ordovas JM, How does the Mediterranean diet promote cardiovascular health? Current progress toward molecular Mechanisms. Prospects & Overviews 2014: 526-37.
7) J. Ntanasis-Stathopoulos et al.: Epigenetic effects of exercise.
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