Epigenetica: Come la Vita influenza i nostri geni - Giovanni Cenci - Sapienza Università di Roma

Epigenetica:
Come la Vita influenza i nostri geni

  Giovanni Cenci – Sapienza Università di Roma   24 novembre 2020

Avviso
Tutti i docenti partecipanti a questo
incontro sono pregati di inviare i propri
contatti al referente, Prof.ssa Silvia
Bonaccorsi
     silvia.bonaccorsi@uniroma1.it

Ambiente
                                       Geni
             Geni         Ambiente

 IQ; Tendenze Criminali       Scelte Politiche
                              Depressione

Dutch Hunger Winter
   Hongerwinter
   (1944-1945)      La Grande Carestia
                          Cinese
                                  三年大      荒
                             (1958-1961)

   18 000 mila morti

                       15-55 milioni di morti

I gemelli identici sono poi così
            uguali?

Gemelli vs Ambiente
   Gemelli MZ

                    Epigenetica
                                  Geni
                        Ambiente

     Autismo
      Asma
Disturbo Bipolare

Epigenetica

  Modifiche chimiche ereditabili al
  DNA e agli istoni che influenzano
l’espressione genica senza alterare
      la sequenza nucleotidica

Conrad Waddington, la canalizzazione e
   il concetto di epigenetica (1942)

 “interazioni casuali tra i geni e i loro prodotti che
               determino il fenotipo”

I meccanismi epigenetici

— Modificazioni istoniche
— Metilazione del DNA
— RNA non codificanti

Doudna e Charpentier

(0.34 × 10−9 m) (6 × 109)          (1013) =      2 x 1013 metri
   Lunghezza        Numero di      Numero di
                                                 Lunghezza Totale
     di 1bp         bp/cellula     cellule del
                                                  DNA del corpo
                                      corpo

        70 viaggi A/R terra-Sole

Le modificazioni istoniche

Metilazione del DNA: un’altra marcatura
epigenetica

Mantenimento della metilazione della
             citosina

Epigenome Roadmap

Come la dieta influenza i marker
          epigenetici:

 Siamo il risultato di ciò che mamma ha
                 mangiato

Dieta Normale

Acido Folico
Vitamina B12
Colina
Betaina

Agouti

mC mC mC mC

              Agouti

Dieta ed epigenoma
— Effetti della dieta e della disponibilità di
  cibo sull’epigenoma e conseguenze cliniche
— Effetti della nutrizione sull’epigenoma dei
  bambini del Gambia nati durante la
  stagione della siccità
— Carestia in Olanda durante la seconda
  guerra mondiale (1944-1945) ed in Svezia
  (1867–1869)

“DNA methylation signatures link prenatal famine
     exposure to growth and metabolism”

                               — Modulazioni della metilazione in
                                  geni chiave per il colesterolo e
                                  dell’ormone della crescita

                               ü Insulin signalling (INSR),
                               ü Pancreatic beta cell functioning (SMAD7)
                               ü Fatty acid oxidation (CPTIA)
                               ü Cholesterol metabolism (KLF13)

Tobi EW et al. Nat Comm 2014

Cambiamenti Epigenetici
          nell’ambiente intrauterino
— Ipometilazione globale del DNA e
   ipermetilazione di BNDF (brain derived
   neurothophic factor), con conseguenze
   compor tamentali nel neonato e
   nell’adolecente. Aumento della
   metilazione nel promotore nei geni
   correlati alle funzioni immunitarie,
   asma e allergie

— Cambiamenti nei livelli di metilazione
   CpG e delle modificazioni istoniche nei
   figli di mamme con alto consumo di
   alcool

Il microbiota e la regolazione
         epigenetica
              — I batteri del nostro intestino
                metabolizzano macronutrienti
                della dieta e generano una
                miriade di metaboliti che
                possono influenzare il nostro
                epigenoma (geni del sistema
                immunitario, risposta
                infiammatoria)

              — Effetti del microbioma vaginale e
                del seno durante l’allattamento
                sistema neuronale ed
                immunitario)

Eredità epigenetica della paura
           da odore

Epigenetica e tumori

Inattivazione del cromosoma X dei
            mammiferi

— Genes are regulated by a multitude of mechanisms
  including products of other genes (transcription factors),
  other organisms (presence of a predator, population
  density), and environmental factors such as temperature
  or the uterine environment.

— Waddington developed the idea of epigenetic control of
  gene regulation most clearly in his concept of the
  canalization of historical foundations developmental
  pathways, which allows embryos to “buffer” changes in
  individual genes epigenetically

— stable heritable chemical modifications to DNA and histones
  that affect gene expression without altering nucleotide
  sequence
— new perspective from which the complexity of many cellular
  processes such as genetic regulation, cellular development and
  differentiation, genomic imprinting, embryology,aging and
  cancer, and other diseases is understood
— epigenetic alterations may occur due to chance orunder
  environmental influence. In the latter case,
  epigeneticsmoderates the genetic expression of a trait
  dependingon the prevailing environmental conditions, a
  phenomenon which could confer an organism with the
  necessary plasticity to adapt to its environment and the
  capacity to induce alternative phenotypes from the same
  genotype through theregulation of gene expression patterns

— Environmental epigenetics emerges from the idea that
  the interaction between the environment and the
  epigenome may alter the phenotype and might be related
  to disease susceptibility.

— And most importantly, these alterations could be
  transmitted down through generations

Essentials
— Epigenetics is an additional layer of instructions that controls how our
   DNA is interpreted—how our genes are controlled and expressed

— Epigenetic mechanisms change the way genes are packaged in the
   cell nucleus, and involve changes in chemical groups that can attach
   to DNA, or changes in the way RNA molecules interact with our DNA

— Some epigenetic mechanisms can go wrong during development or
   cell division, resulting in disease

— Diet and other external environmental influences can potentially play
   a role in controlling epigenetic processes

— Some epigenetic marks can potentially be passed down through the
   generations

Variegazione per Effetto di Posizione

Trascritti primari di diversi tipi di
              miRNA

miRNA formano stem loops

Processamento miRNA

Modi di azione dei miRNA