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Il futuro della salute in epigenetica ed epigenomica

Progetto Epigen: un eccellenza tutta italiana per la produzione di nuovi farmaci

Epigenetica ed epigenomica sono già una realtà nella pratica clinica, ma dovranno essere massimizzate nella biologia riproduttiva e nel campo agroalimentare. Il progetto Epigen esplora il rapporto tra il genoma e i composti chimici che lo modificano, puntando al trattamento di malattie come cancro e distrofia muscolare

Come altre nazioni europee, anche l’Italia ha ora un progetto di epigenomica denominato EPIGEN, sostenuto dalle risorse del Ministero della Ricerca e diretto dal prof. Giuseppe Macino. I risultati forniti da questo progetto sono estremamente interessanti e tali da metterci allo stesso livello dei progetti internazionali promossi da quei paesi che hanno una più alta sensibilità verso la ricerca. Settanta laboratori di ricerca italiani esperti in biologia molecolare, infatti, hanno focalizzato la loro attenzione sull’identificazione dei meccanismi epigenetici che determinano il profilo di espressione genetica in diversi tipi cellulari e in diverse condizioni fisiologiche e patologiche. Tra questi, 13 gruppi con competenze in bioinformatica stanno interpretando i dati e li rendono via via disponibili per un utilizzo immediato.

I risultati ottenuti dal progetto EPIGEN forniscono e forniranno le basi molecolari per la produzione di nuovi farmaci per il trattamento di malattie come il cancro e la distrofia muscolare. Sebbene la terapia epigenetica sia già una realtà nella pratica clinica, il suo potenziale nell'ambito terapeutico, ma anche nel campo della biologia riproduttiva e in quello agroalimentare, può essere massimizzato solo giungendo a una piena caratterizzazione e comprensione dei meccanismi epigenetici.

Da un punto di vista applicativo, l'aspetto rivoluzionario dei meccanismi epigenetici risiede nel fatto che sono reversibili. Le modificazioni dell'epigenoma risultano regolate da enzimi che, per loro natura, sono bersagli potenziali di nuovi farmaci. È stato dimostrato che qualunque cellula somatica può riacquistare tutte le caratteristiche proprie di una cellula staminale o germinale, aprendo la prospettiva di poter utilizzare cellule provenienti dal paziente stesso o da donatori per la rigenerazione tessutale.

L'uso di tecnologie avanzate all'interno del progetto EPIGEN, in particolare il Next Generation Sequencing, contribuiscono all'ulteriore avanzamento tecnologico e consentono l'accesso immediato della comunità scientifica italiana a tutte queste innovazioni, anche durante la fase del loro sviluppo.

Il progetto sta formando giovani ricercatori che hanno acquisito delle competenze in bioinformatica che sono altamente richieste nella comunità scientifica mondiale. Due parole si stanno facendo strada nel contesto della medicina e della salute. Due parole che dobbiamo imparare perché sono alla base della medicina del futuro prossimo: epigenetica ed epigenomica. L'ipotesi è che le origini della salute e della suscettibilità alla malattia siano, in parte, il risultato del regolamento epigenetico del modello genetico. In particolare, i meccanismi epigenetici che controllano il differenziamento delle cellule staminali e dell’organogenesi contribuiscono alla risposta biologica attraverso forme endogene ed esogene di stimoli che provocano la malattia.

L'epigenetica è una scienza emergente che studia i cambiamenti nella regolazione dell'attività del gene e delle sue espressione che non sono dipendenti dalla sequenza del gene. L’epigenetica si riferisce sia ai cambiamenti ereditari nell'attività del gene e alla sua espressione sia alle alterazioni nel potenziale trascrizionale di una cella che non sono necessariamente ereditabili.

Mentre l'epigenetica si riferisce allo studio di singoli geni o gruppi di geni, l’epigenomica si riferisce all'analisi più globale dei cambiamenti epigenetici attraverso l'intero genoma.

Le modificazioni del DNA che non cambiano la sequenza del DNA possono influenzare l'attività del gene. Composti chimici che vengono aggiunti a singoli geni possono regolare la loro attività. Queste modifiche sono conosciute come “cambiamenti epigenetici”. L'epigenoma comprende tutti i composti chimici che sono stati aggiunti per la totalità del proprio DNA (genoma) come un modo per regolare l'attività (espressione) di tutti i geni all'interno del genoma. I composti chimici dell'epigenoma non fanno parte della sequenza del DNA, ma sono sopra o collegati al DNA (“epi”, in greco, significa sopra). Le modifiche epigenomiche rimangono anche quando le cellule si suddividono e in alcuni casi possono essere ereditate attraverso le generazioni. Le influenze ambientali, quali la dieta e l'esposizione agli inquinanti, possono incidere sull’epigenoma.

I cambiamenti epigenetici possono aiutare a determinare se i geni sono attivati o disattivati e possono influenzare la produzione di proteine in determinate cellule, garantendo che siano prodotte solo le proteine necessarie. I modelli della modificazione epigenomica variano tra individuo e individuo, tra i diversi tessuti all'interno di una singola cellule e tra cellule differenti. Un tipo comune di modificazione epigenomica viene chiamato “metilazione”. La metilazione comporta il collegamento di piccole molecole chiamate gruppi metilici, ciascuno composto da un atomo di carbonio e tre atomi di idrogeno, di segmenti di DNA. Quando i gruppi metilici vengono aggiunti a un particolare gene, quel gene è spento o messo a tacere, e nessuna proteina è prodotta da quel gene.

Gli errori nel processo epigenetico, ad esempio modificando il gene sbagliato o non riuscendo ad aggiungere un composto ad un gene, possono causare disordini genetici. Tumori, malattie metaboliche e patologie degenerative sono correlati a processi epigenetici.

Gli scienziati di EPIGEN continueranno negli anni a venire a esplorare il rapporto tra il genoma e i composti chimici che lo modificano. La società italiana deve garantirsi una continuità futura anche attraverso il sostegno di progetti come questo, non solo attraverso un necessario sviluppo industriale, ma soprattutto attraverso uno sviluppo sostenibile in cui prima di tutto è tutelata la salute della persona.

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