Epigenetica

Il periodo dal concepimento ai primi anni di vita è un lasso di tempo estremamente importante caratterizzato da crescita accelerata e plasticità dello sviluppo.  Le prove epidemiologiche sulle esposizioni durante questo periodo hanno condotto alla formulazione dell'ipotesi di Barker, ora chiamata Developmental Origins of Health and Disease (DOHAD), secondo la quale le risposte di adattamento del feto alle esposizioni avverse potrebbero aumentare il rischio delle malattie respiratorie, cardiovascolari, ecc.

Dati sempre più numerosi collegano l'esposizione agli inquinanti atmosferici a esiti avversi alla nascita, oltre ad effetti sul futuro sviluppo neurologico, la funzione respiratoria e la predisposizione dei bambini alle malattie metaboliche. Il meccanismo biologico che sta alla base di queste osservazioni non è ancora ben chiaro, ma potrebbe includere azioni anche a livello del corredo genetico degli individui (il DNA), senza mutarne la sequenza originale ma modificandone la struttura chimica e di conseguenza l’attività.

Queste modificazioni sono dette epigenetiche e i cambiamenti nella metilazione del DNA ne sono un esempio. Si è infatti osservato che la metilazione del DNA è un processo dinamico che ha inizio dalla fase fetale e continua durante l’infanzia e che alcuni fattori ambientali contribuiscono al suo modellamento. Un altro biomarcatore, oltre alla metilazione del DNA, che potrebbe avere particolare interesse è la lunghezza dei telomeri, cioè la parte di DNA localizzata alla fine di ogni cromosoma. Anche la lunghezza dei telomeri dipende da determinanti genetici e ambientali. Pertanto, la metilazione del DNA o la lunghezza dei telomeri possono servire da surrogato per valutare l'esposizione ambientale prenatale agli inquinanti atmosferici a livello di popolazione. Poiché sono influenzati da numerosissimi fattori, non forniscono invece informazioni sull’esposizione a livello individuale.

Per saperne di più leggi anche i contenuti per i genitori e i cittadini:

• Inquinamento: quali gli effetti a livello epigenetico?

Sulla base dei dati dello studio di coorte Piccolipiù si è voluto capire come le esposizioni precoci – durante la gravidanza – a inquinanti ambientali potessero provocare alterazioni molecolari a livello di DNA in termini di variazioni nella metilazione del DNA e della lunghezza dei telomeri. Tutte le analisi molecolari sono state condotte sui campioni di sangue cordonale prelevati al momento della nascita dei bambini della coorte Piccolipiù e custoditi presso la banca biologica dell’Istituto Superiore di Sanità. Per motivi di fattibilità e per ragioni metodologiche, le analisi sono state ristrette a un sottogruppo della coorte Piccolipiù.
In particolare, dopo i controlli di qualità, per le analisi di metilazione del DNA sono stati inclusi:

• 72 campioni per il centro di Torino
• 96 per Trieste
• 92 per Firenze
• 89 per Viareggio
• 21 per Roma

Per le analisi sulla lunghezza dei telomeri sono stati inclusi:

• 99 campioni di Torino
• 100 per Trieste
• 100 per Firenze
• 97 per Viareggio
• 100 per Roma

Tutte le analisi molecolari sono state condotte sui campioni di sangue cordonale prelevati al momento della nascita dei bambini di Piccolipiù e custoditi presso la banca biologica dell’Istituto Superiore di Sanità.

Metilazione

Ogni campione di sangue che viene analizzato contiene molte cellule e quindi altrettante copie del DNA. Per studiare la metilazione è stato misurato lo stato di metilazione di oltre 850mila siti lungo ciascuna copia di DNA dove le “etichette” epigenetiche, i gruppi metilici, si “attaccano” al DNA.

La metilazione, in ciascun sito, può assumere un valore che va da 0 a 1. Lo 0 indica che nessuna delle copie del DNA di un campione, su questa posizione, è metilata; mentre l’1 indica che ogni copia del DNA del campione è metilata in questa posizione. La metilazione complessiva di ogni campione di sangue è data dalla media dei valori di metilazione sulle 850 mila posizioni, per tutte le copie di DNA presenti nelle cellule del campione.

È  possibile descrivere la distribuzione della metilazione complessiva in ciascun campione di sangue, per ciascun centro nascita dello studio Piccolipiù, come mostrato nel grafico 1.

Nel grafico 1, non si osservano differenze rilevanti tra i centri. I risultati per il centro di Roma sono basati su una numerosità più piccola (21 soggetti) e il livello di metilazione globale più basso è compatibile con la variabilità casuale. Sono in corso analisi di associazione con l’inquinamento atmosferico considerando tutti i centri nel loro insieme e valutando ciascuno dei siti di metilazione individualmente, anziché la metilazione globale come marcatore complessivo.

Lunghezza dei telomeri

La lunghezza dei telomeri è stata misurata rispetto a un gene di lunghezza standard ed è stata espressa come rapporto tra lunghezza dei telomeri e lunghezza del gene standard. Per esempio, una lunghezza del telomero >1 indica che, per quel campione, la lunghezza del telomero è maggiore di quella del gene standard. La maggiore lunghezza dei telomeri può essere considerata un indice di migliore salute di una cellula. Fattori come la genetica, il sesso e esposizioni avverse durante la gravidanza, inclusa l’esposizione a inquinanti, influiscono sulla lunghezza dei telomeri anche prima della nascita. 

Il grafico 2 riporta la descrizione della lunghezza dei telomeri per ciascuna popolazione all’interno dello studio Piccolipiù.  I valori mediani sono minori per Torino e Trieste, in particolare rispetto a Firenze, anche se le differenze sono piccole. La variabilità tra popolazioni può essere spiegata da molteplici fattori, genetici e ambientali. Sono in corso analisi di associazione tra inquinamento atmosferico e lunghezza dei telomeri utilizzando tutti i centri nel loro insieme.