Retroscena
I reggiseni sportivi non motivano a fare sport – la ricerca vuole cambiare le cose
di Siri Schubert
Epigenetica: come lo sport cambia le nostre cellule
5.6.2020
Traduzione: tradotto automaticamente
Lo sport può modificare il nostro patrimonio genetico, più precisamente i marcatori molecolari che controllano i geni. Gli esperti vogliono utilizzare questi dati per determinare quali sono gli sport che apportano maggiori benefici a chi li pratica.
Numerosi studi lo dimostrano: Le persone che fanno attività fisica riducono il rischio di diabete, malattie cardiovascolari e alcuni tipi di cancro. Poiché il nostro corpo è stato progettato per una vita da cacciatori e raccoglitori, abbiamo bisogno di molto esercizio fisico, altrimenti ci ammaliamo. Al contrario, questo significa che: Se fai molto sport, resterai in salute in ogni caso? Non necessariamente. Perché non tutti traggono beneficio dall'esercizio fisico allo stesso modo. Perché è così? E cosa cambia effettivamente nelle nostre cellule quando pedaliamo regolarmente, solleviamo pesi o andiamo a correre?
Molti gruppi di ricerca si stanno concentrando in particolare sulla seconda domanda. Sebbene non esistano ancora studi di grandi dimensioni che rivelino le connessioni specifiche, ci sono osservazioni interessanti: Un team guidato dalla biologa Birgitte Regenberg dell'Università di Copenaghen, ad esempio, ha esaminato le cellule muscolari di 16 uomini sani di età compresa tra i 60 e i 65 anni. La metà dei soggetti esaminati aveva praticato molto sport nel corso della vita. Lo studio ha rivelato che il materiale genetico degli uomini sportivi differiva da quello degli uomini non sportivi in più di 700 punti.
I ricercatori non hanno esaminato le cellule muscolari di 16 uomini sani di età compresa tra i 60 e i 65 anni.
I ricercatori non hanno esaminato la sequenza di lettere del codice genetico, ma i piccoli cambiamenti chimici avvenuti successivamente. Gli esperti li chiamano cambiamenti epigenetici. Ad esempio, le basi del DNA adenina e citosina possono contenere un gruppo metile. Queste appendici influenzano l'accessibilità del DNA. I geni che sono decorati con un numero particolarmente elevato di gruppi metilici in determinate regioni, ad esempio, sono generalmente più difficili da leggere.
I geni necessari per la produzione di energia, la costruzione muscolare o la protezione dai radicali liberi erano meno metilati negli uomini anziani atletici rispetto ai soggetti non atletici. Di conseguenza, questi geni vengono trascritti e tradotti più frequentemente nelle proteine corrispondenti, come ha scoperto il team di Regenberg.
Non solo il DNA: anche il suo imballaggio è importante
Che si tratti di cellule cerebrali, muscolari o epatiche, in linea di massima ogni nostra cellula contiene lo stesso materiale genetico. L'epigenetica, tra le altre cose, determina quali geni vengono letti e conferiscono alla cellula il suo aspetto e la sua funzione tipici. Si può pensare a una sorta di formattazione del testo: La cellula utilizza alcuni marcatori per riconoscere quali parti del genoma sono particolarmente importanti.
Non solo il DNA stesso, ma anche le proteine ad esso legate possono essere modificate epigeneticamente. Il nostro materiale genetico non si trova affatto nudo nel nucleo della cellula, ma è avvolto da complessi proteici a forma di barile, gli istoni, come un filo su un rocchetto. Anche questi portano gruppi metilici o acetilici in determinati punti - oppure no. Se gli istoni sono ricoperti di gruppi acetile, la struttura compatta si allenta e i geni possono essere letti più facilmente (vedi l'infografica "Un meta-livello di regolazione").
Anche piccoli frammenti di materiale genetico - chiamati micro-RNA - possono cambiare la misura in cui i geni vengono utilizzati. Quando un gene viene letto, la cellula ne produce una copia sotto forma di RNA, che a sua volta serve come modello per le proteine, ad esempio. I micro-RNA possono legarsi a questi intermedi. Ciò può far sì che la proteina corrispondente non venga più prodotta: il gene viene di fatto silenziato. Alcuni micro-RNA, invece, stabilizzano o attivano un gene specifico. [Gli esperti ritengono che circa il 50 percento dei geni che forniscono le istruzioni per la costruzione di una specifica proteina siano regolati da micro-RNA.
Molti di questi cambiamenti epigenetici avvengono già durante lo sviluppo embrionale e sono in gran parte fissi. In altri punti, la firma epigenetica può cambiare nel corso della vita. Gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di scoprire quali sono questi cambiamenti e quali effetti hanno nel dettaglio. "Il campo di ricerca è ancora relativamente giovane, ma l'aumento delle conoscenze è enorme", afferma Barbara Munz dell'Ospedale Universitario di Tubinga.
Con il suo gruppo di lavoro, la ricerca è stata portata avanti con successo.
Con il suo gruppo di lavoro, la biochimica sta studiando come le cellule muscolari reagiscono all'allenamento fisico. La maggior parte degli studi condotti finora, compresi quelli di Regenberg e dei suoi colleghi, sono più descrittivi, afferma Munz. Stanno cercando di capire dove avvengono i cambiamenti epigenetici nel materiale genetico delle persone che fanno esercizio fisico. Poiché molti di questi studi sono molto costosi e richiedono molto tempo, di solito coinvolgono solo una manciata di soggetti. Inoltre, spesso è difficile trovare un numero sufficiente di volontari che soddisfino i requisiti necessari e che rimangano in gioco per tutto il periodo dello studio, spiega Munz.
Che cosa succede?
È difficile scoprire cosa faccia effettivamente una determinata modifica degli istoni o la metilazione del DNA, spiega il biochimico. È necessario indagare in esperimenti di coltura cellulare o utilizzando modelli animali. I team di ricerca lo hanno già fatto per alcuni geni o vie di segnalazione. Ma un topo o un ratto funzionano in modo molto diverso da un essere umano. E come si fa a far fare sport a una coltura cellulare? Si possono usare impulsi elettrici per far contrarre le cellule muscolari. Tuttavia, questo non riflette in alcun modo i complessi processi che l'allenamento fisico innesca nei nostri muscoli, afferma Munz.
Perché l'esercizio fisico aiuta a combattere il diabete
Uno degli effetti più importanti dell'esercizio fisico regolare è l'aumento della massa muscolare. Questo non solo ci rende più belli, ma aumenta anche il nostro metabolismo. Reagiamo in modo più sensibile all'insulina, l'ormone che controlla l'assorbimento degli zuccheri nelle nostre cellule. Questo meccanismo è alterato nelle persone che soffrono di diabete.
"Il bello è che l'insulina è un ormone che controlla l'assorbimento degli zuccheri nelle cellule.
"Il bello è che puoi regolare i livelli di zucchero nel sangue anche con l'esercizio fisico", afferma la farmacologa Annette Schürmann. Ecco perché consiglia sempre ai diabetici di aumentare l'attività fisica. Presso l'Istituto Tedesco di Nutrizione Umana di Potsdam-Rehbrücke, Schürmann sta studiando quali cambiamenti genetici ed epigenetici portano allo sviluppo del diabete. Da ciò, i ricercatori sperano di ottenere nuovi spunti per il trattamento di questa malattia così diffusa.
L'esercizio fisico fa sì che le nostre cellule muscolari assorbano più glucosio, indipendentemente dai livelli di insulina. Questo perché incorporano una quantità maggiore di una certa proteina trasportatrice nella loro membrana. Un team guidato da Edward Ojuka dell'Università di Città del Capo ha voluto scoprire a quali cambiamenti epigenetici è legato questo fenomeno. I ricercatori hanno sottoposto dei topi a un allenamento di nuoto e hanno esaminato una sezione del DNA particolarmente importante per la produzione del trasportatore. Nei topi allenati qualcosa è cambiato: I loro istoni contenevano più gruppi acetilici. Questo è il motivo per cui il gene per il trasportatore di glucosio veniva letto più frequentemente in loro.
Il bello è che puoi regolare i livelli di zucchero nel sangue anche con l'esercizio fisico.
Per curare il diabete o prevenire la malattia metabolica, è necessario anche modificare la propria dieta a lungo termine, afferma Schürmann. Il sovrappeso è uno dei principali fattori di rischio per il diabete di tipo 2. Lo sport può aiutarti a perdere peso. Lo sport può aiutarti a perdere peso. Tuttavia, è stato dimostrato che l'esercizio fisico ha un'influenza molto minore sul nostro peso corporeo rispetto a quanto si pensava in precedenza. A quanto pare è molto più importante cosa e quanto si mangia. Inoltre, la dieta provoca anche cambiamenti epigenetici. La buona notizia è che questi cambiamenti possono essere invertiti, almeno in parte. Anche chi ha seguito una dieta scorretta per anni, ad esempio mangiando molti grassi e carboidrati, può ancora fare qualcosa per fermare il diabete con un cambiamento nella dieta e nell'esercizio fisico.
Quanto sport è necessario?
D'altra parte, è ormai noto che non solo i tratti genetici, ma anche i tratti epigenetici possono essere trasmessi alla generazione successiva e probabilmente anche a quella dopo. "Lo sport e l'alimentazione modificano anche le nostre cellule germinali", afferma Schürmann. Queste sono le cellule che produciamo nei nostri organi riproduttivi, cioè gli spermatozoi e gli ovuli. Gli esperimenti con i topi hanno dimostrato, ad esempio, che la prole degli animali che hanno seguito una dieta ricca di grassi è più incline all'obesità e al diabete. Per molti esperti, non c'è dubbio che la causa sia da ricercare nei cambiamenti epigenetici.
Per scoprire se ciò è simile nell'uomo, un team guidato dalla ricercatrice sul diabete Charlotte Ling dell'Università svedese di Lund ha analizzato l'epigenoma di 28 uomini con un'età media di 37,5 anni. Tutti gli uomini erano sani ma non atletici. 15 partecipanti erano direttamente imparentati con qualcuno che soffriva di diabete di tipo 2. In alcuni di loro, il team ha trovato diversi modelli di metilazione nei geni coinvolti nel metabolismo energetico e insulinico. Tuttavia, dopo un programma di allenamento di sei mesi, alcuni di questi schemi erano cambiati.
Questo è un altro dato di fatto.
Questa è anche un'indicazione del fatto che vale ancora la pena iniziare a fare esercizio fisico in mezza età o in età avanzata. Munz è d'accordo: "Gli effetti positivi sono riconoscibili a qualsiasi età", afferma il biochimico. Per le persone anziane è particolarmente importante contrastare la perdita di massa muscolare. Non solo gli sport di resistenza, ma anche un leggero allenamento di forza può fare la differenza. Se possibile, dovresti combinare allenamenti di forza e di resistenza e consultare il tuo medico.
Quanto sport è necessario per osservare i cambiamenti epigenetici? Anche una sola sessione ha un effetto? "In linea di principio sì", afferma Wilhelm Bloch della German Sport University di Colonia. Ogni attività sportiva è uno stimolo e comporta un'elevata pressione di adattamento, afferma il medico sportivo. Alcuni studi indicano che anche una sola sessione di allenamento innesca cambiamenti epigenetici. Secondo Schürmann, tuttavia, questi differiscono in modo significativo dalle tracce lasciate dallo sport regolare. La dottoressa ritiene che questi cambiamenti possano essere osservati solo dopo tre mesi di allenamento. Quanto a lungo persistano non è ancora chiaro.
"Nel corso della nostra vita, il modello di metilazione di molti geni cambia", afferma Bloch. Con l'avanzare dell'età, si accumulano più gruppi metilici in molte aree. Alcuni geni che prevengono lo sviluppo del cancro sono quindi meno attivi: una delle ragioni per cui il rischio di cancro aumenta con l'età. Lo sport può contrastare questo fenomeno, dice Bloch. I geni coinvolti nella risposta infiammatoria, invece, sono spesso meno metilati nelle persone anziane. Vengono quindi trascritti più frequentemente e hanno un effetto pro-infiammatorio. Per scoprire se questo aspetto può essere influenzato anche dall'esercizio fisico, un team guidato da Shun'ichiro Taniguchi della Shinshu University in Giappone ha fatto svolgere a circa 200 persone anziane un allenamento regolare per sei mesi. In seguito, i ricercatori hanno riscontrato una maggiore metilazione di un importante gene infiammatorio. A quanto pare, l'esercizio fisico regolare può contrastare i processi infiammatori legati all'età.
Genetica ed epigenetica si influenzano a vicenda
Perché alcune persone continuano ad ammalarsi anche se hanno fatto sport per tutta la vita? Non è facile rispondere a questa domanda. Innanzitutto, si può affermare che non sono solo le caratteristiche epigenetiche, ma anche le piccole e sottili deviazioni del nostro codice genetico a influenzare la lettura dei geni e il funzionamento delle proteine che produciamo. Il background genetico gioca un ruolo particolarmente importante nel diabete, afferma Schürmann. "Sappiamo che più di 400 siti nella sequenza del nostro materiale genetico sono collegati allo sviluppo del diabete".
In passato gli scienziati pensavano che queste differenze di sequenza fossero l'unico modo per spiegare perché le persone sono particolarmente suscettibili a determinate malattie. Il fatto che questa spiegazione non sia sufficiente si può vedere, ad esempio, nei gemelli identici. Sebbene il loro corredo genetico sia identico, non necessariamente sviluppano le stesse malattie.
Infatti, l'epigenesi non è sufficiente.
Infatti, l'epigenetica e la genetica si influenzano a vicenda, afferma Bloch. Ad esempio, se una persona ha un numero particolarmente elevato di citosine in un determinato gene, questo può essere metilato in modo particolarmente forte. Questo può avere effetti sia positivi che negativi sulle prestazioni e sulla salute della persona. È difficile stimare l'influenza dello sport e del relativo cambiamento nella metilazione.
L'alcol è un eccellente regolatore epigenetico.
Oltre allo sport e all'alimentazione, ci sono molti altri fattori che possono modificare il nostro epigenoma. "L'alcol, ad esempio, è un ottimo regolatore epigenetico", afferma Bloch. Per questo dice ai suoi studenti che andare al pub è come un esperimento epigenetico. In esperimenti su colture cellulari, ha osservato che anche minime quantità di alcol portano a gruppi metilici che vengono attaccati e rimossi dal DNA più facilmente. "Quando si studiano i cambiamenti epigenetici dovuti allo sport, bisogna sempre chiedersi: cos'altro fanno le persone?", osserva lo specialista in medicina dello sport. L'intero pacchetto è molto complesso"
"Al momento, siamo ancora lontani dal poter prevedere quale cambiamento epigenetico provochi cosa", afferma Munz. Tuttavia, l'esperta ritiene che in futuro sarà possibile utilizzare il profilo epigenetico di una persona per prevedere se risponderà a un particolare programma di allenamento. Nell'ambito del progetto "Individual Response to Physical Activity - A Transdisciplinary Approach (iReAct)", Munz e i suoi colleghi stanno attualmente conducendo uno studio su persone giovani e sane. Questi ultimi stanno completando due diverse forme di allenamento di resistenza per sei settimane ciascuna. Il team di ricerca sta monitorando l'aumento delle prestazioni delle persone e analizzando il loro tessuto muscolare alla ricerca di determinate caratteristiche epigenetiche, in questo caso i micro-RNA. I primi risultati hanno già rivelato uno schema, afferma Munz. "Forse in futuro saremo in grado di consigliare le persone, anche se non ne comprendiamo ancora i meccanismi."
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](https://link.springer.com/article/10.1007/s40279-019-01070-4)
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