Charles Darwin, un nome noto a tutti. Jean-Bapriste de Lamarck, nome già meno noto, cose che succedono a chi perde. La bagarre è vecchia di quasi due secoli, prima che Darwin imponesse le sue idee (e a dirla tutta precedente persino alla loro pubblicazione). Si cercava allora una spiegazione sull’origine delle specie e la loro diversità. L’idea di Lamarck, anche se la semplificazione è brutale, era che gli sforzi dei genitori influenzassero in qualche modo la morfologia della prole. L’esempio classico è quello delle giraffe che, dopo una vita a tirarsi il collo per brucare le foglie più alte, generano piccoli col collo più lungo.

Lamarck perse, Darwin si impose, la genetica, un quasi un secolo dopo spiegò come l’evoluzione agisse. I più moderni studi sul DNA correggono però leggermente il tiro. Darwin aveva senza dubbio completamente ragione. Solo che Lamarck non aveva torto. Non completamente almeno.

Facciamo un passo indietro; DNA, ovvero acido desossiribonucleico, dovrebbe dirvi qualcosa… la base dell’informazione genetica, una specie di libro in cui con quattro lettere è scritto tutto ciò che serve per creare un altro piccolo voi. Una molecola lunghissima, una sorta di chiusura lampo di nucleotidi (le famose quattro lettere). Tantissimi, tre miliardi circa che vanno a formare una molecola filiforme lunghissima. Talmente lunga da misurare quasi 2cm. Tanto, anzi tantissimo per essere contenuto in una cellula di qualche millesimo di millimetro. Questo DNA va imballato, avvolto ed immagazzinato in qualche modo nel claustrofobico spazio che è il nucleo cellulare. La soluzione? Istoni, delle piccole proteine attorno alle quali avvolgere la doppia elica di DNA. Piccole proteine piene di grandi potenzialità, prima fra tutte la capacità di assemblarsi fra loro. Quattro istoni differenti (H2A, H2B, H3, H4) si organizzano in una struttura complessa chiamata nucleosoma. Il DNA è allora avvolto attorno ai nulceosomi, due giri interi di DNA intorno alla struttura proteica e via verso un altro nucleosoma. Un po’ come la carta igienica per intenderci. Due giri attorno al nucleosoma, DNA libero, due giri attorno al nucleosoma, eccetera. Nelle fotografie al microscopio elettronico questa forma del DNA appare come un collier di perle. È questa la forma di DNA meno organizzata che si conosca. Le altre comprendono ancora più nucleosomi e strutture più complesse formate dei nucleosomi stessi. Ciò implica che la doppia elica è sempre associata a degli istoni, il complesso DNA-istoni è allora chiamato cromatina. I nucleosomi, oltre che avvolgere il DNA sono anche capaci di organizzarsi in strutture proprie (grazie anche all’istone H1 che viene allora a fissarsi sul complesso nucleosoma-DNA, ma non complichiamo le cose). La cromatina può allora raggiungere diverse fasi di condensazione. La forma più densa della cromatina sono i famosi cromosomi metafisici, i “bastoncini” di DNA ed istoni, visibili al microscopio ottico nelle cellule in divisione cellulare.

Cosa ci insegna tutto questo? Ebbene fra le righe vi ho detto che la gestione della condensazione del DNA è appannaggio degli istoni.

Facciamo di nuovo un passo indietro. La forma più conosciuta di organizzazione del DNA è il gene. Un gene è una sequenza di DNA divisa in una regione detta codante (quella che contiene le informazioni su cosa produrre) e un promotore (quella che contiene le informazioni si quando produrre).

Lo stato di condensazione del DNA è però (ovviamente) di primaria importanza per il funzionamento di questo meccanismo. Del DNA altamente condensato (eterocromatina) non sarà accessibile alle macchine cellulari di lettura del DNA stesso (RNA polimerasi) e non sarà quindi trascritto, indipendentemente dalle regioni promotrici dei geni in esso contenuti. L’informazione contenuta in queste regioni sarà quindi virtualmente inesistente. Parallelamente la trascrizione delle regioni poco condensate (eucromatina) sarà più forte. Tutta l’informazione sull’organizzazione dei nucleosomi è contenuta nei nucleosomi stessi ed è portata su delle regioni specializzate degli istoni. Queste regioni sono soggette a molteplici modificazioni (metilazione, acetilazione e fosforilazione soprattutto), tutte reversibili. La distribuzione di queste modificazioni determina il grado di condensazione del DNA.

Ciò significa in primo luogo ammettere l’esistenza di dell’informazione non genetica (ma trasmissibile) ed in secondo luogo la possibilità di manipolare questa informazione durante la propria vita, ed è qui che, bizzarramente, Lamarck in fondo alla sua tomba comincia a sogghignare malignamente. Siamo chiari, vi sono dei limiti. Non si aumenta la complessità dell’informazione in sé (ciò che si può fare, per intenderci) ma si aumenta la finezza della sua regolazione (il quando lo si fa). Secondariamente nei mammiferi quanto meno, le esigenze riproduttive impongono nello spermatozoo una tale condensazione del DNA da sostituire tutti gli istoni precedentemente utilizzati con altri “ad alta densità” con annessa perdita di tutta l’informazione ad essi associata.

Ma l’ovulo? Nessun problema di spazio, questa volta, e conservazione di almeno metà degli istoni (il DNA viene copiato prima della formazione dell’ovulo, vi è quindi in doppio di DNA da immagazzinare, di cui metà sui vecchi istoni e metà su quelli nuovi).

È stato per esempio dimostrato che le regioni più utilizzate subiscono lentamente la sostituzione dell’istone H3 con un’isoforma dell’H3 che facilita la lettura. La cellula fa le orecchie alle pagine di DNA che preferisce leggere se così vi piace. Questa informazione è trasmessa da madre in figlio e dipende dalla vita che la madre ha condotto. In fondo la mamma è sempre la mamma…

Più egualitaria è invece la metilazione del DNA stesso. Non ve l’avevo detto? La cellula non contenta di modificare le scatole di immagazzinamento del DNA si permette pure di toccare alla struttura stessa del DNA. Non il codice certo, ma incolla dei gruppi metile sulle basi azotate, il che ha per ripercussione una maggiore difficoltà alla lettura e, sorpresa, un reclutamento di macchine capaci di modificare i nucleosomi, solitamente nel senso di una maggiore addensamento della cromatina. Ecco quindi un’informazione trasmissibile di padre in figlio (idem per la madre), modificabile durante la vita, e non genetica. Carte del metiloma (tutta l’informazione legata alla metilazione del DNA in determinate situazioni) sono già disponibili per diverse specie, ma sono lungi dall’essere complete.

Vi sembra terribilmente complicato? Lo è, statene certi, tanto da meritare un nome, epigenetica che va a designare “il contesto” in cui l’informazione genetica viene a trovarsi. Tanto complicato che si comincia appena a comprendere la complessità delle sue implicazioni. Ciò malgrado tecniche per analizzare la composizione in istoni delle regioni cromatiniche già esistono (la “ChIP on Chip” per esempio) e ci si attende nei prossimi anni grandi progressi su questo fronte.

Nel frattempo dalla tomba di Lamarck si continuerà ad udire un sommesso ridacchiare.