epigenetica cos'è? capire cos'e e i suoi effetti, Appunti di Biochimica

Scarica epigenetica cos'è? capire cos'e e i suoi effetti e più Appunti in PDF di Biochimica solo su Docsity! EPIGENETICA CLSF a.a.2017-18 docente: m. renis Nucleo della cellula che contiene 23 paia di cromosomi Geni Basi Filamento di DNA Nell’uomo 23.000 geni! mRNA Proteine NON SIAMO SOLO ESPRESSIONE DEI NOSTRI GENI!!! LA GENETICA MENDELIANA NON SPIEGA … … come si possa generare tanta diversità fenotipica e complessità funzionale a partire da uno stesso (ed unico) DNA! … Principi: 1. L’espressione genica non dipende (solo) da cambiamenti (mutazioni) nella struttura del DNA 2. Il “fenotipo” cellulare” (l’aspetto e le caratteristiche di una cellula) non è dovuto (solo) a cambiamenti (mutazioni) della struttura del DNA 3. Un “fenotipo” cellulare può essere ereditato indipendentemente da cambiamenti (mutazioni) nella struttura del DNA EPIGENETICA … il termine fu coniato nel 1942 da Conrad Hal Waddington, per definire: “ … lo studio delle modificazioni ereditabili dell’ espressione genica o del fenotipo cellulare, non legate a cambiamenti della struttura del DNA.” Ma già Aristotele… parlava di EPIGENESI !  Per capire meglio cosa sia effettivamente l‟epigenetica, pensiamo al programma genetico come una sorta di spartito musicale (il DNA) molto complesso.  Senza un‟orchestra di cellule (i musicisti) e di epigenotipo (gli strumenti musicali), non verrebbe prodotta alcuna musica. In questo fenomeno un ruolo chiave lo hanno i fattori epigenetici, che come un direttore d‟orchestra decide la dinamica dell‟esecuzione di una sinfonia +— sister chromatid Chromosome Histone 2 modifications i’ i A Nucleosome MECCANISMI DI cadi i REGOLAZIONE i EPIGENETICA DELL’ESPRESSIONE GENICA DNA methylation i Le isole CpG * Presenti in regioni ricche di GC Rappresentano lo 0.7% del genoma umano e contengono il 7% di dinucleotidi CpG Lo stato demetilato delle CpG nella linea germinale ‘suggerisce : il sistema di riparo di mismatch trova e corregge la deaminazione della Citosina (Uracile) ‘ma non della metil-Citosina (Timina) Si pensava che le isole CpG fossero tutte demetilate. invece alcune sono rimetilate in maniera tessuto specifica nello sviluppo Methylation Acetylation Phosphorylation o” de Histone modifications > —» ma n I I Na a A nc A | | _oNMr, | Il CL CH CH Rea TESE I H H Chromosome Chromatin — Nucleosome DNA methylation b RNA Normal | Gene ‘switched on * Active (open) * Unmethylated cytosine we (open circles) HATS HDemethylases * Acetylated histones (green circles) Diseased Gene ‘switched off' * Condensed chromatin * Methylated cytosines (closed circles) * Deacetylated histones (red circles) AMBIENTE = La combinazione di condizioni fisiche esterne che influiscono e influenzano la crescita, lo sviluppo e la sopravvivenza degli organismi Epigenetica .... la questione non è solo “Ambiente o Genetica" Genetics Epigenetics SNPs Mutations È sempre più riconosciuto che l'esposizione ambientale ad agenti chimici, nutrizionali e fattori comportamentali altera l'espressione genica e colpisce la salute e la malattia, non solo mutando promotore e regioni codificanti di geni, ma anche modificando dell'epigenoma. Faulk C, Dolinoy DC: Timing is everything: The when and how of environmentally induced changes in the epigenome of animals Epigenetics 6:7, 791- 797; July 2011; Fattori ambientali che lavorano individualmente e in concerto Environmental Exposures Molecular alterations affecting epigenetics of developing male germ cells Effects on next generation(s) ( \ ( N Dietary exposures Malnutrition (famine) Oocyte free @. ©. > Vitamin deficiencies Las (rit: D.folate, >) Fertilisation DNA Methylation Histone modifications Non-coding GAL Degree of methylation NEAR a ere cells LA METILAZIONE DURANTE LO SVILUPPO Gonadal Germ cells Fertilization differentiation develop Developmental stage  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 sca LE EL RENI r4 (O ENTITO EL TSO geni sono espressi SCE OCA UG AGG, delle abitudini alimentari delle persone, potremmo essere in grado di aiutare le generazioni future a nascere e crescere SETE ROTTI Gestating mother exposed to an endocrine disruptor (sex-determination period) Mother - 1st generation Fetus - 2nd generation Reproductive cells - 3rd generation L’ereditarietà dei caratteri acquisiti ... J.B. Lamarck  +“ Agouti gene HA variable methylation region —_ I: — methylated pre Agouti gene |- agouti mRNA briefly made during development. agouti gene silenced remainder of mouse life. healthy mouse with brown fur Agouti gene | i not methylated agouti gene is continually active, producing mRNA across the mouse lifespan. mouse with yellow fur; develops obesity and diabetes during adulthood. Nutr Rev. 2008 Aug; 66(Suppl 1): S7–11.The agouti mouse model: an epigenetic biosensor for nutritional and environmental alterations on the fetal epigenome . Dana C Dolinoy L‘ esposizione ambientale iniziale interagisce con la regolazione epigenetica ed influenza il fenotipo e le malattie degli adulti. Questo suggerisce che regolazione epigenetica funge da collegamento tra natura e nutrizione. EPIGENETICA: UN PONTE TRA GENOTIPO E FENOTIPO Integrazione alimentare alla madre con genisteina (250 mg / kg di dieta), il principale isoflavone presente nella soia, ha spostato la distribuzione colore del mantello di Avy / verso pseudoagouti (marrone). CARBON ONE CYCLE Arginine Ormnithine NOS UREA . mmonia LA L di Citrulline + NO | È Neuronal Peroxyitrile Damage =* È di Microglial Super Oxide & Activatlon Methionine THF AMe Thymidine' DNA, RNA synmhesis mietisytation He] Protein, ipids Tryptophan Tyrosine dUMP —_ARDMG Guanido Ac Ms || msg BHMT BH4 TMG Creatine Ale Creatinine MTHFR DHPR — #adenosine SAHH Homocysteine 5 Methyl ya BH2 THF CBS Cystathionine Serotonin — Dopamine Ammonia MAO A || maog % Cvetei KG I ] NorEp ysteine + aL da HIAA MAOB COMT . J comr Taurine # Glutathione Sulfite HVA v VMA 4 SUOX Sulfate  - Antiossidante - Antinvecchiamento - Chelante metalli pesanti Î NH, etionina Glutatione M io Glutammato | Glicina —* 5 Cisteina «— Vit. Be HS on Metionina Folati NHa * Vit.Bia OMOCISTEINAÎ ATP >il S-Adenosil Metionina (SAMe) J Concentrazione - Antidepressivo e performance - Antiartrite ridotte AL - Lipotropico epatico 3 Segnale di stimolo Diabete Segnale di Metabolismo Osteoporosi Complicazioni in gravidanza » i, - Fumo e Alcool - Dieta iperproteica - Obesità - Farmaci antagonisti Vit. B6,9,12 - Scarsa attività fisica - Inquinamento da polveri sottili - Omocistinuria - Mutazione gene MHTFR - Malattie metaboliche - Insufficienza renale - Ipotiroidismo - Artrite reumatoide - Aterosclerosi - Malattie cardiovascolari - Ictus e infarto bra | - Demenza - Alzheimer Cosa è un fattore di rischio epigenetico? Semplicemente: un fattore non genetico In maniera più complessa: qualsiasi fattore che influenza l’espressione di un reale rischio genetico STILE DI VITA SEDENTARIO ESPOSIZIONE A SOSTANZE TOSSICHE ESPOSIZIONE AL SOLE DIETA ALCOOL FUMO Mon OH Epicatechin Genistein Resveratrol Catechin Curcumin Libad Green tea Soy Grape Curcuma Principali piante con dimostrata evidenza di modifiche epigenetiche indotte in cellule tumorali I principi attivi di ogni pianta sono indicati tra parentesi. Epigenetics and Gene Activation for Improved Health and Longevity Signaling. molecules Environment eClean air, water and soil eNo smoking ° Nutritional Factors PW ® Calorie Restriction SEI, 7 *Mediterranean Diet *Polyphenols e. MI Emotional Health V * Religion e Meditation Anti-Inflammatory * Spirituality Anti-oxidant, Anti-mutation