Memoria molecolare: come l’età di una madre si riflette nelle cellule della prole.

Negli esseri umani e in molti altri animali, l’età della madre può influenzare le caratteristiche fisiche e comportamentali della generazione successiva. Gli scienziati chiamano questi cambiamenti “effetti dell’età materna” e, sebbene siano diffusi in tutto il regno animale, i ricercatori non ne comprendono ancora appieno il meccanismo e le ragioni.

“Gli effetti dell’età materna sono incredibilmente comuni, dagli invertebrati fino agli esseri umani, agli elefanti, agli altri primati e ad altri mammiferi”, ha affermato Kristin Gribble, ricercatrice associata presso il Bay Paul Center del Marine Biological Laboratory. “Quasi tutte le forme di vita mostrano un certo livello di effetto dell’età materna, e la maggior parte sono effetti negativi causati dall’età materna avanzata.”

Il laboratorio di Gribble utilizza i rotiferi, minuscoli animali acquatici che si riproducono rapidamente e sono facili da studiare, per scoprire il meccanismo biologico che trasmette le informazioni sull’età della madre alla prole. “Comprendere il meccanismo in questi semplici invertebrati può aiutarci a capire come si manifestano gli effetti dell’età materna anche negli esseri umani”, ha affermato.

Studiando i rotiferi, il suo laboratorio ha fatto una scoperta sorprendente: gli effetti dell’età materna sono probabilmente determinati da un meccanismo epigenetico — ovvero un cambiamento nel modo in cui un gene viene espresso — piuttosto che da una mutazione nella sequenza del DNA stessa.

Le prove indicano che il danno al DNA è più grave.

Una ricerca condotta nel laboratorio di Gribble dalla ricercatrice post-dottorato Alyssa Liguori, ora professoressa assistente alla SUNY-New Paltz, ha dimostrato che in due diversi genotipi della stessa specie di rotifero, gli effetti dell’età materna non aumentavano con ogni generazione. Al contrario, potevano essere rapidamente invertiti in una singola generazione, il che implica che tali effetti non sono causati dal graduale accumulo di danni cellulari o mutazioni del DNA associate all’età avanzata, come molti credevano in precedenza.

Gli effetti ereditari potrebbero invece essere il risultato di un meccanismo epigenetico noto come modificazioni degli istoni, che possono attivare o disattivare l’espressione genica.

Il suo laboratorio sta ora studiando se queste modifiche degli istoni siano responsabili degli effetti legati all’età materna osservati, e Gribble sta anche considerando il potenziale ruolo del DNA mitocondriale — tipicamente trasmesso dalla madre — nella trasmissione di informazioni sull’età materna alla prole.

Il suo laboratorio si interessa anche di come la gravità degli effetti dell’età materna sulla prole possa dipendere dalle variazioni genetiche. “È probabile che esistano varianti genetiche protettive dagli effetti negativi dell’età materna avanzata”, ha affermato Gribble. “In uno dei nostri ceppi, abbiamo osservato che la prole di madri più anziane aveva una maggiore aspettativa di vita, il che suggerisce che un meccanismo genetico potrebbe essere coinvolto in questo effetto benefico.”

Perché gli effetti persistono

Uno dei più grandi interrogativi ancora senza risposta è perché gli effetti dell’età materna persistano. Poiché la prole di madri anziane ha spesso una durata di vita più breve, si riproduce meno ed è meno adatta dal punto di vista evolutivo, gli scienziati si aspetterebbero che la selezione naturale eliminasse questi effetti nel tempo. Invece, gli effetti dell’età materna si riscontrano in una notevole varietà di specie.

Gribble sospetta che una delle ragioni per cui gli effetti dell’età materna persistono sia l’indebolimento della selezione naturale con l’avanzare dell’età. “La pressione selettiva è molto più bassa in età avanzata, soprattutto nei rotiferi, che sono geneticamente predisposti a vivere e riprodursi per la maggior parte del tempo in età molto giovane”, ha affermato. Quando le femmine raggiungono la vecchiaia, hanno già prodotto la maggior parte della loro prole, quindi la pressione evolutiva che agisce su di loro per produrre una prole adatta diminuisce.

La salute è un tema che attraversa le generazioni

Ciò che più entusiasma Gribble è scoprire come le informazioni vengono trasmesse da una generazione all’altra. “Voglio capire come le informazioni sull’ambiente di una nonna o bisnonna possano influenzare il fenotipo del nipote o del pronipote”, ha affermato.

Comprendere come gli effetti materni si trasmettano di generazione in generazione potrebbe anche migliorare la comprensione della salute umana da parte degli scienziati e fornire spunti per futuri approcci alla medicina di precisione. “Non si tratta solo di ciò che è contenuto nel tuo genoma come individuo”, ha affermato Gribble, perché “la tua salute potenzialmente dipende dalla salute e dall’ambiente di tua madre, tua nonna e la tua bisnonna.”

Abstract

Gli effetti dell’età materna, in cui il fenotipo della prole è determinato dall’età della madre al momento della nascita, sono comuni e variabili tra diversi taxa, ma si sa relativamente poco sulla loro dinamica attraverso più generazioni. Caratterizzare i modelli di ereditarietà inter- e transgenerazionale dell’età materna può fornire informazioni sui potenziali meccanismi molecolari ed evolutivi. In due ceppi del rotifero Brachionus manjavacas , abbiamo mantenuto linee di età materna giovani e anziane e abbiamo verificato se gli effetti dell’età materna sulla durata della vita e sulla riproduzione cambiassero in entità o direzione nel corso di tre generazioni. Nella terza generazione, abbiamo avviato coorti di età materna invertite per ottenere combinazioni fattoriali di età materna e nonna al fine di verificare la reversibilità degli effetti dell’età materna. Per entrambi i ceppi, gli effetti dell’età materna sulla produzione riproduttiva totale sono risultati coerenti tra le generazioni, senza alcuna evidenza di accumulo di effetti positivi o negativi tra linee di età giovani e anziane. In un ceppo, la prole con madri più anziane presentava una durata della vita ridotta, ma l’entità di questo effetto dell’età materna diminuiva nel corso delle generazioni. L’analisi di coorti materne con età diverse ha rivelato che gli effetti erano reversibili entro una generazione, ma solo per determinate metriche di risposta e in modo dipendente dal ceppo. Data la natura non cumulativa e spesso reversibile degli effetti dell’età materna osservati, ipotizziamo che siano più probabilmente coinvolti meccanismi epigenetici e/o mitocondriali dinamici rispetto a cambiamenti nell’apporto materno o all’accumulo di mutazioni.

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