La teoria della regolazione genica, così come la teoria dei radicali liberi di cui abbiamo già parlato, fa parte delle teorie che individuano nell’invecchiamento una causa molecolare. È stata proposta la prima volta da Madhu Sudan Kanungo nel 1975: il gerontologo ipotizzava che l’invecchiamento, a livello cellulare, fosse dovuto a cambiamenti nell’espressione di alcuni geni dopo il raggiungimento della maturità riproduttiva. A partire dall’età adulta e man mano che passa il tempo, quindi, si comincerebbero ad attivare e a spegnere geni specifici, che causano, come risultato finale, l’aspetto tipico dell’invecchiamento (sia normale che patologico).

Cos’è la regolazione genica

Facciamo un passo indietro, perché prima di tutto occorre capire cosa si intende per regolazione genica. Ogni cellula che fa parte di un organismo contiene lo stesso patrimonio genetico delle altre, in quanto tutte derivano dalla prima cellula fecondata, lo zigote. Dunque,  per quale motivo le cellule di un essere umano, per esempio, sono così diverse tra loro? Perché, se possiedono lo stesso DNA, un neurone presenta caratteristiche morfologiche e funzionali che un globulo rosso invece non ha?

Nonostante ogni cellula, in linea generale, contenga le stesse informazioni genetiche di tutte le altre, essa, in ogni momento della sua vita, esprime solo un definito sottoinsieme dei suoi geni. Per esempio, i neuroni devono esprimere i geni necessari per produrre i neurotrasmettitori, mentre i globuli rossi quelli per produrre l’emoglobina. Questo è possibile grazie ad appositi segnali che interagiscono con il      DNA indicando di esprimere un solo insieme specifico di geni e non altri. Non solo: i segnali, che possono provenire anche dall’esterno della cellula, variano nel tempo, in un processo estremamente dinamico e flessibile, che regola il tipo e la quantità di geni espressi nel corso della vita di ogni cellula e che viene chiamato regolazione genica.

Nelle fasi embrionali dell’organismo, è grazie a questo meccanismo che avviene il differenziamento cellulare: si tratta di un processo programmato grazie al quale la cellula matura, e si verifica nel caso dell’espressione (o attivazione) e della non espressione (o repressione) di alcuni geni in un preciso ordine. Grazie alla differenziazione, per esempio, il globulo rosso diventerà tale, e così tutte le cellule dell’organismo.

A livello macroscopico è grazie alla regolazione genica che si raggiunge la maturità riproduttiva dell’individuo, che consente alla specie di moltiplicarsi garantendone la continuazione.

Il modello della teoria della regolazione genica

La teoria di Kanungo tiene conto di due caratteristiche principali dell’invecchiamento: il fatto che dopo aver raggiunto la maturità riproduttiva gli organismi viventi diventano sempre meno adatti, nel senso evolutivo del termine, all’ambiente in cui vivono e che gli individui di una specie hanno sempre una durata media della vita che li differenzia dalle altre. Sulla base di questi presupposti, quindi, il modello teorico afferma che le fasi della vita di ciascun organismo sono composte dal differenziamento, dalla crescita, dalla maturità e dall’invecchiamento: in tutte le specie queste fasi avvengono sempre in quest’ordine, ma ciascuna di esse, a seconda della specie, ha una durata caratteristica. L’ordine lineare e la durata specifica di ogni fase della vita si verificherebbe proprio a causa dell’attivazione e repressione sequenziale di determinati geni.

In particolare, il programma di attivazione e repressione sequenziale dei geni responsabile del differenziamento e dello sviluppo continua anche dopo la maturità riproduttiva ed è responsabile delle caratteristiche tipiche dell’invecchiamento. Anzi, secondo il gerontologo, questo fenomeno potrebbe essere responsabile della diminuzione della capacità riproduttiva degli individui di età avanzata (di qualsiasi specie si tratti). In più, sarebbe l’ordine e la durata di attivazione o repressione dei geni a determinare la durata delle diverse fasi della vita di un organismo e, in generale, della durata della vita stessa.

Che i geni intervengano in maniera significativa sull’invecchiamento (e anzi, ne decidano le sorti) non è un’idea esclusiva di questa teoria, ma fa anche parte di diverse teorie evolutive dell’invecchiamento, che vedremo in seguito. Per esempio, nel 1957 George C. Williams ipotizzò l’esistenza di geni che, se durante la giovane età erano particolarmente vantaggiosi per la vita e la riproduzione degli individui, a lungo andare si rivelavano dannosi per la salute, esponendoli alle malattie dell’invecchiamento. Tale ipotesi (seppure mai dimostrata sperimentalmente), è alla base di alcune delle teorie dell’invecchiamento cellulare più accreditate.

Prove e criticità della teoria

Ma torniamo alla regolazione genica. Per validare questa teoria, nel corso degli anni sono stati condotti diversi esperimenti su modelli di animali e studi osservazionali sugli esseri umani, in particolare sulle persone molto longeve. Grazie a esperimenti condotti sui moscerini della frutta, recentemente è emerso che l’espressione genica di un organismo effettivamente cambia in funzione dell’età: analizzando l’espressione dei geni legati allo sviluppo delle antenne, gli scienziati hanno trovato che solo qualche decina di essi si rivelava costante, mentre il resto cambiava      esclusivamente a causa dello scorrere del tempo. I ricercatori, infatti, sono riusciti a dimostrare che l’attività di questi geni era legata all’età cronologica, e non a motivi fisiologici.

Per quanto riguarda gli esseri umani, studi su centenari e le loro famiglie hanno permesso di identificare un coinvolgimento genetico nella longevità. In particolare, uno studio sui centenari ha evidenziato come la longevità sembri più l’effetto di fattori genetici attivati dall’età avanzata, piuttosto che ambientali o socio-economici. Non solo: secondo un gruppo di gerontologi la longevità estrema è correlata a una componente genetica identificata direttamente su una specifica porzione del cromosoma 4. Tutte queste evidenze sembrano confermare, almeno in parte, la teoria della regolazione genica.

Fonti:

Ferrara, Nicola & Corbi, Graziamaria & SCARPA, D. & Rengo, Giuseppe & Longobardi, Giancarlo & Mazzella, Francesca & Cacciatore, Francesco & Rengo, Franco & Terme, Telese. (2005). The aging theories. Giornale di Gerontologia. 53.

M.S. Kanungo (1975). A model for ageing., 53(2), 253–261. doi:10.1016/s0022-5193(75)80002-6

Paola S. Timiras, Physiological Basis of Aging and Geriatrics – Fourth Edition Informa Healthcare, 2017