Epigenetics: psiconeuroendocrinology and lamarckian-like evolution

Elena Sbalchiero, phDOzzano dell’Emilia (BO)

13-14 ottobre 2012

Epigenetics psiconeuroendocrinology

and lamarckian-like evolution

martedì 27 novembre 2012

“I have hitherto sometimes spoken as if the variation were due to chance. This, of course, is a wholly incorrect expression, but it serves to acknowledge plainly our ignorance of the cause of each particular variation.[The facts] lead to the conclusion that variability is generally related to the conditions of life to which each species has been exposed during several successive generations”.

From “The Origin of Species”


DNAIstoni

Fattori di trascrizione

trascrittoma

proteoma

Espressione genicamRNA

tRNA

Long ncRNA

siRNA piRNA

microRNA

rRNA

Enzimi metabolici

metaboloma Somaticacambiamenti fenotipici

Linea germinalecambiamenti trans

generazionali

enzimi che modificano la cromatinacaratterizzano l’ambiente epigenetico

FATTORI AMBIENTALIDal genotipo… al fenotipo


cromosoma

cromatina

Istoniacetilati

DNAcon isole CpG demetilate

mRNA

RNA polimerasi II

Struttura aperta della cromatinaaccessibile ai fattori di trascrizione

metiltransferasi

DNA con isole CpG metilateIstoni deacetilati

Struttura chiusa della cromatinanon accessibile ai fattori di

trascrizione


Topi più sensibili allo stress durante la vita adultaMaggiore produzione di corticosteroneMeno recettori per ormoni steroidei nell’ippocampo

Metilato ngf1-a che dovrebbe trascrivere gr

Topi meno sensibili allo stress durante la vita adultaMinore produzione di corticosteronePiù recettori per ormoni steroidei nell’ippocampo

Non metilato ngf1-a che trascrive gr

Weaver et al., 2004

Edelmann et al., 2011La madre si mostra più amorosa verso i maschi

I maschi mostrano maggiore metilazione al promotore di ERα più metilato rispetto alle femmine

Studio condotto sull’amigdalamartedì 27 novembre 2012

McGowan et al., 2009

1) Gruppo di suicidi che subito abusi durante l’età infantile

2) Gruppo di suicidi che non hanno subito abusi in età infantile

Esaminato lo stato di metilazione del gene NR3C1 che codifica per

il recettore del glucocorticoide nell’ippocampo

3) Gruppo di controllo composto da soggetti morti improvvisamente

Il gruppo 1 ha livelli minori di recettore per il glucocorticoide perché il gene presenta un maggiore livello di metilazione


Demetilazione della citosina

Metilazione della citosinametiltransferasi

Appaiamento con il filamento

del cromosoma omologosintesi del nuovo filamento

Mutazioni puntiformi alla successiva replicazione


Cyp21 Cyp21


colesterolo

corticosteroneAldosterone(catabolici)

ormoni sessuali(anabolici)

Cyp21

poco attiva

Alcuni antigeni Cyp21 - sono presentati dalla proteine MHC (DRB1) con carica +

Ambiente stressante infiammazione

selezione delle cellule surrenali che esprimono quantità maggiori di Cyp 21

attecchiscono gli embrioni che producono più Cyp 21 per cause genetiche o epigenetiche

Molti nuovi nati ora sono “catabolici” e adattati ad un ambiente più stressante

molte madri “cataboliche” riconoscono gli antigeni Cyp 21 come “self” selezionano embrioni con minore produzione di Cyp 21

Seconda generazione…


0

25,00

50,00

75,00

100,00

-70,00 -52,50 -35,00 -17,50 0

% o

f neu

tral (

0) c

harg

e

latitude in degrees

0

25,00

50,00

75,00

100,00

0 17,50 35,00 52,50 70,00

% o

f neu

tral (

0) c

harg

e

latitude in degrees

f

A B

Figure 1. A. Neutral charge distribution in the North hemisphere of the planet. The percentage of aminoacid combinations displaying the neutral (0) total electric charge at the position 70, 71 and 74 of DRB1 primary sequence is plotted against the latitude of each human population examined. An increased linear trend from the North Polus to the Equator is drawn (R2=0.0456).B. Neutral charge distribution in the South hemisphere of the planet. The percentage of aminoacid combinations displaying the neutral (0) total electric charge at the position 70, 71 and 74 of DRB1 primary sequence is plotted against the latitude of each human population examined. A decreased linear trend from the Equator to the South Pole is drawn (R2=0.0309).


0

25,00

50,00

75,00

100,00

0 17,50 35,00 52,50 70,00

% o

f cha

rged

(+/-)

am

inoa

cids

latitude in degrees

0

25,00

50,00

75,00

100,00

-70,00 -52,50 -35,00 -17,50 0

% o

f cha

rged

(+/-)

am

inoa

cids

latitude in degrees

Figure 2. A. Charged (+/-) aminoacids distribution in the North hemisphere of the planet. The percentage of aminoacid combinations displaying a total positive or negative electric charge (+/-) at the position 70, 71 and 74 of DRB1 primary sequence is plotted against the latitude of each human population examined. A decreased linear trend from the North Pole to the Equator is drawn (R2=0.0442).B. Charged (+/-) aminoacids distribution in the South hemisphere of the planet. The percentage of aminoacid combinations displaying a total positive or negative electric charge (+/-) at the position 70, 71 and 74 of DRB1 primary sequence is plotted against the latitude of each human population examined. An increased linear trend from the Equator to the South Pole is drawn (R2=0.0348).

A B

341 popolazioni umane nei due emisferi del globo


Bibliografia

Weaver IC, Cervoni N, Champagne FA, D’Alessio AC, Sharma S, Seckl JR, Dymov S, Szyf M, Meaney MJ.Epigenetic reprogramming by maternal behavior. Nat Neurosc. 2004 Aug;7(8):847-54.

Edelmann ME and Auger PA. Epigenetic impact of simulated maternal grooming on estrogen receptor alphawithin the developing amygdala. Brain Behav Immun. 2011 Oct;25(7):1299-1304.

McGowan P, Sasaki A, D’Alessio AC, Dymov S, Benoit L, Szyf M, Tureki G, and Meaney M.Epigenetic regulation of the glucocorticoid receptor in human brain associates with childhood abuse.Nat. Neurosc. 2009 Mar;12(3):342-348.

Tsankova N, Renthal W, Kumar A, and Nestler E. Epigenetic regulation in psychiatric disorders. Nat. Neurosci. 2007 May;8:355-367.

Fritz EL, Papavasiliou N. Cytidine deaminases: AIDing DNA demethylation? Genes Dev. 2010 24:2107-2114.

Miller G. The seductive allure of behavioral epigenetics. Science 2010 Jul;329:24-26.

Damiani G and Della Franca P. Lo Yin e lo Yan dell’evoluzione biologica. 2007.

Shapiro JA.Mobile DNA and evolution in the 21° century. Mobile DNA 2010 1:4.


Champagne 2006

Topi femmine allevate da madri amorose diventano anch’esse madri amorose

Chi è allevato da madri fredde ha metilato un gene per il recettore degli estrogeni in ipotalamoRegione coinvolta nel comportamento riproduttivo

Questo recettore se espresso amplifica il segnale dell’ossitocina che promuove il legame madre-figlio


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