I gemelli: il modello più semplice per spiegare l’epigenetica

I gemelli rappresentano il modello più semplice e diretto al quale si fa riferimento, solitamente, per spiegare il concetto di epigenetica. Il termine epigenetico è stato concepito per la prima volta da Conrad Waddington (biologo britannico) nei primi anni ’40. Waddington, considerato uno dei fondatori dell’epigenetica, ne diede questa definizione: “branca della biologia che studia le interazioni causali tra i geni e i loro prodotti che portano il fenotipo in essere”. È doveroso sottolineare che Waddington si occupava di genetica e biologia dello sviluppo; per questo motivo la prima definizione di epigenetica si basò essenzialmente su concetti di natura embriologica.

Evoluzione del concetto di epigenetica

Soltanto negli anni 80-90 il termine epigenetica inizia ad avere un significato più generalizzato. Ad esempio, una definizione del 1982 descrive l’epigenetica come “relativa all’interazione dei fattori genetici e dei processi di sviluppo attraverso i quali il genotipo è espresso nel fenotipo”. Questa definizione include il termine sviluppo, ma il suo significato sembra essere più relativo allo sviluppo del fenotipo che ad un significato ontologico. Sebbene poco diversa dalla definizione originale di Waddington, quest’ultima e altre durante quegli anni ampliarono il significato dell’epigenetica in modo importante. Meritevoli di citazione sono anche gli studi condotti da Nanney, Riggs e Holliday che, con le loro definizioni, hanno gettato le basi dell’odierna “epigenetica molecolare”.

Pur mantenendo il nesso con lo sviluppo e la genetica, questo concetto ha via via abbracciato più branche quali citologia, istologia, ecologia, e tante altre. Questo ha permesso di ottenere un enorme vantaggio: la generalizzazione del concetto di epigenetica e la convergenza verso un unico obiettivo di tantissimi studi su campi completamente diversi, accomunati da un nuovo pensiero emergente. Ne deriva che il termine epigenetica è oggi disponibile e applicabile in tantissimi settori.

Epigenetica: significato degli anni 2000

Dalla convergenza di tanti pensieri e dall’evoluzione di diverse teorie, è stata raggiunta l’unanimità nella definizione. L’epigenetica (dal greco ἐπί, epì, «sopra» e γεννητικός, gennitikòs, «relativo all’eredità familiare») è quel ramo della genetica che studia le modificazioni ereditabili che portano a variazioni dell’espressione genica senza però alterare la sequenza del DNA. Stiamo parlando di modifiche/alterazioni del fenotipo, non del genotipo, che sono comunque ereditabili, ovvero trasmissibili alle successive generazioni. Con fenotipo intendiamo l’insieme delle caratteristiche morfologiche di un individuo o organismo. Con genotipo intendiamo l’insieme delle informazioni geniche (DNA).

Rapporto genotipo-fenotipo

Il fenotipo di un individuo dipende dal suo genotipo. Per intenderci, il nostro aspetto (carattere, fisicità, salute) dipende dalle informazioni che il nostro DNA contiene. Ma non solo: un altro importantissimo aspetto da considerare è ciò che sta “al di sopra” del nostro genoma, ovvero la modalità con cui esso si esprime (epigenetica). Questo significa che il fenotipo non rispecchia al 100% il genotipo, in quanto l’espressione di quest’ultimo può cambiare, può subire delle modifiche destinate ad aumentare nel tempo.

Queste modifiche dipendono dall’interazione individuo-ambiente e quindi genoma-ambiente. Per ambiente intendiamo tutto ciò che ci circonda e che cambia in base al nostro stile di vita, in base al luogo in cui viviamo (c’è molta differenza tra una baita in montagna e un appartamento in pieno centro di Milano, ad esempio). Il termine ambiente si riferisce anche alle esperienze, alle relazioni con gli altri. Ambiente inteso come tutto ciò che ci circonda (materiale e non).

Perché i gemelli come modello?

E’ ben saputo che i gemelli monozigoti hanno lo stesso patrimonio genetico, ovvero il loro DNA contiene le stesse informazioni. Non a caso si parla anche di gemelli “identici”. Vi siete mai chiesti per quale motivo due gemelli monozigoti, pur condividendo gli stessi geni, tendono nel tempo a differenziarsi sempre di più? Intendiamo differenze sotto tanti aspetti: fisico, caratteriale, intellettuale, idealistico (fenotipo). La risposta sta proprio nell’epigenetica.

I gemelli, fin dalla nascita, iniziano ad acquisire delle modifiche nell’espressione dell’informazione genetica dovute all’ambiente (anche le “cure” della madre rientrano nell’ambiente del neonato). Diversi studi hanno dimostrato che le prime modifiche epigenetiche avvengono già durante la gravidanza. Il numero di possibili alterazioni aumenta nel tempo. Se i due gemelli, ad esempio, per motivi di studio o di lavoro, da grandi si trasferiscono in due città o paesi diversi, le differenze probabilmente tenderanno ad accentuarsi per l’effetto che i due ambienti hanno su di loro.

Per tutte queste ragioni, tra i due gemelli monozigoti può capitare che uno dei due sviluppi una patologia e l’altro no. Pur avendo la stessa informazione genetica, non è detto che questa si esprima allo stesso modo in entrambi. Questo è il concetto di epigenetica. I gemelli monozigoti, proprio per il fatto che hanno lo stesso genotipo, rappresentano un ottimo modello per spiegare il significato di epigenetica. Ci aiutano a comprendere che ciò che noi vediamo di un individuo (fenotipo) non è un riflesso esatto del suo genotipo, ma dipende anche da come questo genotipo si esprime. La sua espressione è influenzata dall’ambiente che nel tempo porta ad un aumento di mutazioni epigenetiche. I due gemelli, col passare degli anni, si differenzieranno sempre di più, soprattutto se vivono in ambienti diversi.

Il genoma interagisce con l’ambiente

Ognuno di noi accumula nel tempo mutazioni epigenetiche dovute all’interazione del nostro genoma con l’ambiente. Queste mutazioni non alterano la sequenza del DNA (da non confondere con mutazioni geniche), ma modificano la modalità di espressione dei nostri geni. Questo concetto riguarda ognuno di noi, ogni singolo individuo, tuttavia per il fatto che i gemelli monozigoti partono da una stessa informazione genica (DNA), è più immediata, con loro, la comprensione di questo fenomeno.