Caratteristiche quali l'altezza, il metabolismo e il rischio di malattia possono essere influenzate in modo diverso, e persino in direzioni opposte, a seconda che la variante genetica responsabile sia ereditata dalla madre o dal padre, secondo uno studio pubblicato oggi su Nature. Condotto da un gruppo SIB con sede presso l'Università di Losanna e Unisanté, il lavoro introduce un metodo innovativo per studiare tali effetti legati al genitore di origine, scopre nuove varianti genetiche che influenzano la salute umana e fornisce una delle prime prove a sostegno dell'ipotesi evolutiva del «conflitto genitoriale» negli esseri umani.
I geni che vengono disattivati durante la formazione degli ovuli o dello sperma non vengono espressi nella prole. Secondo l'ipotesi del conflitto parentale, questo processo, chiamato imprinting genomico, si è evoluto come adattamento a interessi evolutivi contrastanti: i geni paterni possono favorire una maggiore crescita per massimizzare il successo della prole, anche a scapito della madre, mentre i geni materni possono limitare la crescita della prole per conservare le risorse necessarie alla sopravvivenza della madre e alla sua futura riproduzione.
Determinazione dell'origine parentale di geni specifici su larga scala
Migliaia di varianti genetiche sono state collegate a diversi tratti e malattie umani. Tali studi solitamente ignorano da quale genitore provengano queste varianti, supponendo che ciò non influenzi il loro effetto. Tuttavia, alcuni geni sono naturalmente "disattivati" negli ovuli o nello sperma, il che significa che alcune varianti hanno effetto solo se ereditate dal genitore in cui il gene è "attivo".
I geni che vengono disattivati durante la formazione degli ovuli o dello sperma non vengono espressi nella prole. Secondo l'ipotesi del conflitto parentale, questo processo, chiamato imprinting genomico, si è evoluto come adattamento a interessi evolutivi contrastanti: i geni paterni possono favorire una maggiore crescita per massimizzare il successo della prole, anche a scapito della madre, mentre i geni materni possono limitare la crescita della prole per conservare le risorse necessarie alla sopravvivenza della madre e alla sua futura riproduzione.
Una delle principali difficoltà nello studio degli effetti dell'origine parentale (POE) è la mancanza di un numero sufficiente di campioni di DNA sia degli individui che dei loro genitori. Per ovviare a questo problema, il Gruppo di genetica statistica del SIB, guidato da Zoltán Kutalik e con sede presso il Dipartimento di biologia computazionaledell'Università di Losanna e Unisanté, ha sviluppato un metodo computazionale per dedurre l'origine parentale utilizzando i dati genetici di qualsiasi parente. Il metodo identifica innanzitutto se un parente è della parte materna, cercando sequenze condivise sul cromosoma X o sul DNA mitocondriale, entrambi ereditati dalla madre. Quindi utilizza modelli di segmenti condivisi nel resto del genoma per dedurre quali sono stati ereditati dalla madre.
Utilizzando questa tecnica, i ricercatori hanno assegnato l'origine materna o paterna alle varianti genetiche di oltre 236.000 persone che partecipano a tre grandi biobanche nel Regno Unito, in Estonia e in Norvegia. Ciò ha aumentato di quasi 5 volte il numero di campioni disponibili per le indagini POE.
I geni responsabili della crescita e del metabolismo mostrano effetti opposti specifici per ciascun genitore
Utilizzando questi dati, i ricercatori hanno identificato più di 30 varianti genetiche il cui impatto varia a seconda che siano state ereditate dalla madre o dal padre, molte delle quali non erano state rilevate in studi precedenti.
Diciannove di queste hanno mostrato modelli "bipolari", in cui la stessa variante genetica aumentava un tratto quando ereditata da un genitore, ma lo diminuiva quando ereditata dall'altro. Tali effetti sono in genere invisibili negli studi di associazione genetica standard, in cui i segnali parentali opposti si annullano a vicenda.
Tutti i 19 POE bipolari sono correlati alla crescita e al metabolismo e includono tratti quali l'indice di massa corporea, i livelli di lipidi nel sangue e l'altezza. Questa scoperta supporta l'ipotesi del conflitto genitoriale ed evidenzia il ruolo generale dei POE nella formazione di tratti umani complessi.
Questa è una delle prove più evidenti finora a sostegno della teoria evoluzionistica di lunga data del conflitto genetico tra i geni dei genitori.
Fornire nuove informazioni sulla salute e sulle malattie
Lo studio evidenzia anche il ruolo dei POE in condizioni come il diabete di tipo 2, l'obesità e le malattie cardiovascolari: molti dei tratti che mostrano effetti bipolari sono indicatori consolidati della salute metabolica e strettamente legati all'insulino-resistenza e alla sindrome metabolica. Sebbene lo studio si sia concentrato su adulti sani di origine europea, i ricercatori osservano che gli effetti dei genitori di origine potrebbero svolgere un ruolo ancora più importante nei disturbi dello sviluppo rari. Essi intendono approfondire ulteriormente come questi effetti possano alterare l'espressione genica e contribuire alle condizioni della prima infanzia.
Il nostro studio dimostra che non è solo il DNA che si eredita a essere importante, ma anche dachi lo si eredita. Speriamo che il nostro metodo, disponibile al pubblico, apra la strada alla deduzione e all'utilizzo sistematico delle informazioni relative al genitore di origine nei futuri studi genetici.
Reference(s)
Hofmeister R.J. et al. Effetto dell'origine parentale sui tratti complessi in un campione di 236.781 individui. Nature
Crediti immagine: Daniel Eriksson, Unsplash
