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Fisionomia neuroplasticità geni e sistema immunitario

Le conoscenze acquisite con lo studio sul genoma umano ci hanno sorprendentemente rivelato dettagli affascinanti e visibili dell’espressione genica negli esseri umani.

Autore

claudio marcassoliDott. Vittorio Catalano – MD Clinical Psychiatry EDT, Neuroscience, Wellness Coaching Psychology, Cagliari.


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e conoscenze acquisite con lo studio sul genoma umano ci hanno sorprendentemente rivelato dettagli affascinanti e visibili dell’espressione genica negli esseri umani.

Aspetti estremamente interessanti per le neuroscienze sono i corrispondenti filogenetici delle caratteristiche fisionomiche, le relative differenti risposte adattivo comportamentali nell’ambiente, le conseguenti variazioni delle funzionalità celebrali e ogni loro peculiarità. Il colore degli occhi umani è determinato da due fattori: la pigmentazione dell’iride e il modo in cui l’iride assorbe la luce che lo attraversa. I geni stabiliscono la quantità di melanina presente negli occhi.

Più è alta la quantità di melanina, più l’occhio è scuro. Tuttavia, potrebbe sembrare che in alcuni individui il colore degli occhi tende a cambiare in base alla quantità di luce presente. Ciò è dovuto al doppio strato di iride presente nell’occhio. Il colore degli occhi, dipende da quale livello dell’iride riflette la luce. Circa il 79% della popolazione mondiale ha gli occhi marroni, il che lo rende il colore degli occhi più comune al mondo, l’8% – 10% degli umani al mondo ha gli occhi blu, il 5% ha gli occhi ambra o nocciola, e il 2%  ha gli occhi verdi, gli occhi grigi, rossi/ viola e l’eterocromia (2 occhi di colori differenti) sono presenti in meno dell’1% della popolazione umana. Il nero é il colore dei capelli più comune al mondo.

Il 75-84% della popolazione mondiale ha capelli naturalmente neri (a seconda dello studio). I capelli castani entrano come il secondo colore più comune dei capelli, con l’11% della popolazione che è naturalmente bruna. Solo il 3% della popolazione mondiale ha capelli biondi naturali. Infine, solo il 2% delle persone ha i capelli rossi naturali. I capelli biondi naturali di solito sono costituiti da più ciocche di capelli rispetto agli altri colori di capelli: biondi 120.000 ciocche di capelli, le brune hanno 100.000 e le rosse in media circa 80.000.

Le persone di discendenza europea hanno il 45% di capelli lisci, il 40% mossi e il 15% di capelli naturalmente ricci. I ricercatori (Martin, S. Medland), avevano già scoperto che esiste il 90% di probabilità di ereditare la caratteristica dei capelli ricci. Il 10-15% della popolazione umana é mancina. Un recente studio (Shulter et all 2014) ha evidenziato come la pigmentazione del corpo sia associata a specifiche caratteristiche funzionali del sistema nervoso centrale. Nel sistema visivo, ad esempio, una proiezione anormale della retina temporale all’emisfero controlaterale è ben documentata. Inoltre, vi è evidenza di una relazione significativa tra l’estensione di tale deviazione funzionale di lateralizzazione del cervello e il grado individuale di pigmentazione dei capelli e degli occhi. Associazioni simili sono state mostrate per il sistema uditivo (pigmentazione chiara della pelle) e anche per il sistema motorio nell’uomo senza caratteristiche distinte di pigmentazione cutanea. È stata osservata una alta frequenza di mancinismo (inusuale lateralizzazione motoria) in soggetti con pigmentazione chiara dei capelli.

La lateralizzazione cerebrale a sua volta è chiaramente associata a diverse funzioni immunitarie e riguarda parametri e processi sia del sistema immunitario umorale che cellulare (ad es. Cellule S-IgA, B e T e cellule natural killer). Inoltre, é stata dimostrata una relazione tra i diversi livelli di citochine proinfiammatorie specifiche (interleuchina 1β e interleuchina 6) nelle cortecce sinistra versus destra e la lateralizzazione motoria. Una possibile spiegazione fa riferimento a un’importante caratteristica funzionale dei melanociti: recenti evidenze hanno indicato differenze distinte nell’efficienza antiossidativa del sistema melanocitario tra individui. Queste differenze sono causate dal recettore della melanocortina 1 che è altamente polimorfico e uno dei maggiori responsabili alla diversità di pigmentazione umana.

Gli scienziati del Laboratorio di Epidemiologia Genetica presso il Queensland Institute of Medical Research (QIMR) di Brisbane hanno identificato il gene TCHH (trichohyalin) sul cromosoma come il principale gene che controlla la curvatura dei capelli. Il ruolo nello sviluppo dei follicoli piliferi del TCHH è noto da oltre vent’anni ed è espresso nella guaina della radice interna dei follicoli piliferi in via di sviluppo. In uno studio dal titolo “Gli scienziati scoprono che le rughe sembrano piuttosto vecchie” i ricercatori hanno scoperto che i cambiamenti in un gene noto come MC1R erano fortemente associati con le percezioni dell’età facciale.

Le persone sfortunate abbastanza da ereditare due varianti MC1R difettose (includendo quelle che provocano capelli rossi e pelle pallida) sono state valutate dagli osservatori come se avessero circa due anni in più delle persone i cui geni MC1R funzionavano correttamente. Coloro che hanno ereditato una variante “buona” e una “cattiva” apparivano circa un anno più vecchi. Il gene MCR1 potrebbe spiegare con successo i meccanismi dell’invecchiamento cutaneo. Una delle ultime scoperte di un gene coinvolto nell’invecchiamento è uno studio pubblicato all’inizio di quest’anno che ha dimostrato che il gene IRF4 è coinvolto nell’invecchiamento dei capelli aiutando a regolare la produzione e la conservazione della melanina.

È chiaro che alcuni di questi “geni dell’invecchiamento” hanno effetti importanti sulla salute, oltre che sull’estetica – il che li rende evidentemente importanti. Adhikari e i suoi colleghi hanno esaminato il DNA di 6.357 persone dall’America Latina. La regione è un melting pot genetico, con popolazioni di antenati europei, nativi americani e dell’Africa subsahariana, per trovare geni per diversi tipi di capelli. Avendo fatto note dettagliate sui capelli dei volontari, tra cui il colore e la forma, e per gli uomini, la natura delle loro barbe, sopracciglia e sopracciglia attaccate, gli scienziati hanno ricercato i geni che potrebbero causare le differenze: ne descrivono 18 in totale, 10 di cui sembrano essere nuovi, in accordo con un rapporto di Nature Communication. Il gene IRF4 che ha un ruolo nella definizione del colore dei capelli pare essere influente anche nel processo che li rende grigi. IRF4 interviene nel ciclo di produzione della melanina, il pigmento che governa il colore degli occhi, dei capelli e della pelle. Questo gene è improbabile che lavori isolatamente, sembra chiaro che cooperi interagendo con gli altri geni che intervengono sulla fisionomia umana: c’è quello che determina i capelli ricci (PRSS53), quello che regola lo spessore della barba e la forma dei capelli (EDAR), lo spessore e la densità delle sopracciglia (FOXL2) e addirittura quello del «monosopracciglio» (PAX3).

É veramente affascinante sottolineare come alcuni di questi geni svolgano anche altre funzioni fondamentali per la biologia umana che comprendono la codifica proteica, l’influenza/settaggio sul funzionamento del sistema immunitario e la neurodegenerazione. L’invecchiamento è un importante fattore di rischio per la grande maggioranza delle malattie neurodegenerative. I cambiamenti dipendenti dall’età, tra cui l’aumento dell’attivazione delle cellule gliali, la neuroinfiammazione, lo stress ossidativo, la compromissione della funzione mitocondriale e alterata elaborazione delle proteine, potrebbero portare alla disregolazione delle funzioni delle cellule microgliali. Considerando che ognuno di questi cambiamenti dipendenti dall’età sono discreti nel normale processo di invecchiamento, il loro effetto combinato, insieme al background genetico e alle condizioni ambientali, potrebbe accentuare il circolo vizioso che porta a più aggregazione di Aβ e tau. La proteina codificata da IRF4 appartiene alla famiglia dei fattori di trascrizione IRF (interferon regulatory factor), caratterizzata da un esclusivo dominio di legame al DNA con triptofano pentadico. Gli IRF sono importanti nella regolazione degli interferoni in risposta all’infezione da virus e nella regolazione dei geni inducibili da interferone. Questo membro della famiglia è specifico per i linfociti e regola negativamente la segnalazione del Toll-like-rector (TLR) che è centrale per l’attivazione dei sistemi immunitari innati e adattivi. Una traslocazione cromosomica che coinvolge questo gene e il locus IgH, t (6; 14) (p25; q32), può essere una causa del mieloma multiplo. Sono state trovate varianti di trascrizione congiunte alternativamente per questo gene.

La microglia, in una stretta diafonia con astrociti, neuroni e altre cellule cerebrali, svolge funzioni cruciali come sistema scavenger del sistema nervoso centrale, fornendo funzioni benefiche come la riparazione dei tessuti nel sistema nervoso centrale. Sviluppate strategie per potenziare le funzioni benefiche delle microglia, può renderci capaci di trattare i disturbi neurodegenerativi, intervenendo sui meccanismi protettivi e modulatori dell’attivazione immunitaria. L’attivazione microgliale è un elemento chiave nella produzione delle risposte infiammatorie all’ictus. Il fattore di regolazione dell’interferone 5 (IRF5) e la segnalazione di IRF4 sono risultati fondamentali nella mediazione dei fenotipi dei macrofagi pro-infiammatori (M1) e anti-infiammatori (M2), rispettivamente, nell’infiammazione periferica. Infatti, i fenotipi della microglia sono attivi verso l’ ictus ischemico e il segnale IRF5 / 4 può regolare l’attivazione della M1 / M2 microgliale e l’impatto sui risultati dell’ictus. La neuroprotezione conseguente all’ictus ischemico è determinata dall’interazione tra fattori regolatori della trascrizione e fattori protettivi endogeni. Utilizzando approcci genetici, si é stabilito un ruolo centrale per IRF4 nella protezione contro la morte neuronale indotta da ischemia. In particolare, salva i neuroni dalla morte indotta sia in vivo che in vitro. Le analisi integrative di sopravvivenza trascrizionale e cellulare hanno dimostrato che l’IRF4 funziona meccanicamente come attivatore di trascrizione del fattore di risposta sierico (SRF) cruciale per il salvataggio dei neuroni durante l’ictus. Risultati simili sono stati osservati nei neuroni corticali primari trattati con deprivazione di glucosio di ossigeno (OGD).

L’IRF4 è stato identificato come un fattore chiave con funzioni essenziali nei linfociti, dove indirizza lo sviluppo, la maturazione dell’affinità e la differenziazione terminale delle cellule B, e ha ruoli critici in diverse cellule T effettrici. Lo studio, del laboratorio di Tak Mak, è stato il primo a descrivere il fenotipo di topi privi di IRF4. Questi studi hanno fornito gli strumenti per compiere passi da gigante nella comprensione del ruolo dell’IRF4 nelle funzioni di regolazione dei linfociti. Inoltre, la pervasività dell’IRF4 nei percorsi regolatori delle cellule B e T suggerisce la sua potenziale utilità come immunomodulatore specifico del cancro. L’IRF4 è espresso in più tipi di cellule implicate nella patogenesi delle malattie autoimmuni e associato al verificarsi di tumori derivati da cellule linfoidi, come il mieloma multiplo.

In un recente studio i ricercatori (Fan Liu et all.) hanno rilevato negli europei olandesi un’associazione significativa tra le varianti del DNA nel gene MC1R e l’età percepita, dopo aver rimosso l’influenza di età, sesso e rughe, i risultati sono stati replicati con successo in due campioni europei indipendenti dei Paesi Bassi e del Regno Unito. Alcune varianti del gene MC1R sono fortemente associate con la pigmentazione chiara e specialmente con il colore dei capelli rossi negli esseri umani (cioè gli alleli RHC). Le associazioni di età percepite da MC1R osservate erano indipendenti dal colore della pelle e dalle macchie pigmentate, indicando che altre caratteristiche facciali erano responsabili delle associazioni col gene. Inoltre, abbiamo trovato poche prove che l’esposizione al sole era la principale via attraverso la quale le varianti del gene MC1R si associano con l’età percepita.

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