Ossigeno

95 The queen bee differs from worker bees by their morphology, reproductive ability, behaviour and lifespan. Yet, within a beehive, the larvae are all genetically identical, including the one from which the queen bee will develop. How is it that genetic clones develop in a so different way? The “secret” lies in the fact that the larva destined to become queen, unlike the worker bees, is fed with royal jelly, a complex jelly whose composition is still not perfectly known. Scientists have studied, at the molecular level, this fascinating process, proving that the royal jelly influences on a complex combination of processes that occur at the DNA level, indicated by the term “epigenetic modifications” (Lyko et al. 2010; Kucharski et al. 2008). The term epigenetics (from the Greek epì = “above” and gennetikòs = “relative to the family heritage”) was coined for the first time in 1942 by Conrad Waddington (Waddington 2012) and refers to the possibility of modulating the functioning of our cells without changing the DNA sequence contained in them. The Human Genome Project, started in the 90s, was intended to accurately decipher the entire human DNA sequence to identify our genes and their function and to clarify, for example, what happens when you get sick. Although this is a milestone in biology, we now know that the DNA sequence is only a first level of regulation of cellular activity. For example, we consider that every cell in our body contains the same DNA, how to explain the profound differences between a pancreatic cell and a neuron? This is where epigenetics comes into play. In practice, the DNA and proteins associated with it are modified chemically by the binding of specific molecules that allow turning on (express) or off (silencing) the genes and the corresponding proteins. As a result, genetically identical cells but with different epigenetic modifications produce different proteins and are, in fact, different in morphology and function. L’ape regina differisce dalle api operaie per morfologia, capacità riproduttiva, comportamento e durata della vita. Eppure, all’interno di un alveare, le larve sono tutte geneticamente identiche, inclusa quella da cui si svilupperà l’ape regina. Com’è possibile che dei cloni genetici si sviluppino in maniera tanto diversa? Il “segreto” sta nell’alimentazione della larva destinata a divenire regina che, a differenza delle api operaie, viene nutrita con la pappa reale, una complessa gelatina di composizione ancora non perfettamente nota. Gli scienziati hanno studiato a livello molecolare questo affascinante processo, dimostrando che la pappa reale influenza un complesso insieme di meccanismi che avvengono a livello del DNA, indicato col termine di “modificazioni epigenetiche” (Lyko et al. 2010; Kucharski et al. 2008). Il termine epigenetica (dal greco epì , “sopra” e gennetikòs , “relativo all’eredità familiare”) fu coniato per la prima volta nel 1942 da Conrad Waddington (Waddington 2012) e si riferisce alla possibilità di modulare il funzionamento delle nostre cellule senza cambiare la sequenza del DNA contenuto in esse. Il Progetto Genoma Umano (The Human Genome Project), iniziato negli anni ’90, aveva come obiettivo quello di decifrare in maniera accurata l’intera sequenza del DNA di un individuo per identificarne i geni e la loro funzione per chiarire, ad esempio, cosa realmente succeda quando ci si ammala. Sebbene questa sia stata una tappa fondamentale della biologia, oggi sappiamo che la sequenza del DNA rappresenta solamente un primo livello di regolazione dell’attività cellulare. Per esempio, posto che ogni cellula del nostro corpo contiene lo stesso DNA, come spiegare le profonde differenze tra una cellula pancreatica e un neurone? È proprio qui che entra in gioco l’epigenetica. Sostanzialmente, il DNA e le proteine a esso associate vengono modificate chimicamente mediante il legame di specifiche molecole che permettono di accendere (esprimere) o spegnere (silenziare) i geni e le corrispondenti proteine. Da ciò deriva che cellule geneticamente identiche ma con modificazioni epigenetiche differenti producono proteine diverse e sono di fatto diverse per morfologia e funzionamento. HOW A BEE BECAME A QUEEN BEE The food that cures: the new fontiers of nutriepigenetics. O f o r Ó l o s O for Ólos curated by Chiara Pirazzini and Maria Giulia Bacalini