Le molecole del metabolismo, messaggeri dell’adattamento, modulano la funzione del genoma

Come vi abbiamo accennato nei precedenti post, nel nostro laboratorio ci occupiamo di studiare la regolazione epigenetica del metabolismo in particolare nel contesto del tessuto adiposo. Abbiamo già detto che lo stile di vita e le abitudini alimentari possono modificare il livello di espressione dei geni andando proprio ad agire sulle proteine epigenetiche.

Come può avvenire ciò? Tutta questione di chimica o meglio, di biochimica! Bisogna innanzitutto tenere presente che le proteine epigenetiche sono, di fatto, enzimi, cioè acceleratori di reazioni chimiche. Come tale, l’attività degli enzimi può richiedere altre molecole che prendono parte alla reazione (cofattori). La loro azione può essere anche bloccata o modulata da altre molecole (inibitori). Ebbene, molecole che fanno parte del metabolismo delle cellule possono essere cofattori oppure inibitori degli enzimi epigenetici. Per capire bene questo concetto, dobbiamo sforzarci di fare uno zoom fino a riuscire a vedere la struttura atomica del DNA. Il DNA ha notoriamente una struttura a doppia elica e possiede cariche elettriche negative poste verso l’esterno della doppia elica. È avvolto nel nucleo delle cellule attorno a proteine dette istoni, come fosse un gomitolo di lana. Alcune porzioni delle proteine istoniche possiedono cariche positive. Si può facilmente comprendere che le cariche positive degli istoni e quelle negative del DNA si attraggono tra loro, quindi DNA e istoni si trovano molto vicini nello spazio. Lo stato di avvolgimento attorno al gomitolo istonico regola anche la funzione del DNA e la maggior parte degli enzimi epigenetici agisce proprio a questo livello. Facciamo un esempio: alcuni scrittori epigenetici possono legare molecole, dette gruppi acetile, chimicamente CH3COO, alle proteine istoniche. Gli enzimi che svolgono questa funzione sono pertanto detti istone acetiltransferasi. L’aggiunta di gruppi acetile annulla le cariche positive degli istoni e quindi l’attrazione elettrica tra DNA e istoni diminuisce. Ne consegue che il DNA si allontana dagli istoni. Questo rende accessibile il DNA a tutto quel complesso macchinario che regola la trascrizione dei geni. Viceversa, la rimozione di gruppi acetile è operata da enzimi gomma detti istone deacetilasi. La loro azione renderà il DNA meno accessibile e pertanto non trascritto o silenziato. Questi meccanismi, quindi, regolano in maniera dinamica la funzione del DNA.

Ma cosa c’entra tutto questo con la dieta? Il collegamento è proprio il gruppo acetile. Questi gruppi, infatti, derivano da un mattone fondamentale e centrale per il metabolismo: l’acetil-coenzima A. Questa molecola è, infatti, prodotta dalla degradazione del glucosio, nella famosa glicolisi, ma anche dalla degradazione degli acidi grassi e degli aminoacidi. In conclusione, alcune molecole basilari provenienti dal metabolismo possono modulare la funzione epigenetica. Questo è uno dei modi attraverso cui la cellula sente i cambiamenti del metabolismo e adatta la propria funzione.

Nel nostro progetto, finanziato da Fondazione Cariplo, intendiamo occuparci dello studio approfondito di questi meccanismi e di come possano essere alterati in condizioni patologiche, quali l’obesità e il diabete di tipo 2. Il fine ultimo sarà quello di mettere a punto strategie terapeutiche che possano ripristinare il corretto funzionamento di questa comunicazione tra cellula e ambiente circostante.

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