Modifiche istoniche, della metilazione della cromatina e mRna da parte dei padri modificano l’espressione del patrimonio genetico trasmesso permettendo di trasmettere informazioni ai figli che dipendono dallo stile di vita, dallo sport, dallo stress, dalle esposizioni ad alcool, droghe e tossici ambientali…

Proc Natl Acad Sci U S A

2019 Apr 22;116(20):10103–10112. doi: 10.1073/pnas.1816781116

Intergenerational transmission of the positive effects of physical exercise on brain and cognition

1. Tema centrale
   Lo studio analizza come gli RNA non codificanti presenti negli spermatozoi possano agire come vettori di informazioni epigenetiche, trasmettendo agli embrioni gli effetti dell’ambiente paterno (dieta, stress, tossici, ecc.).
   È una revisione che integra dati da molti studi recenti.
   
2. Perché è importante
   • Sfida il concetto tradizionale della “barriera di Weismann”, secondo cui le esperienze somatiche non possono influenzare i gameti.
   • Mostra che lo sperma contiene un carico epigenetico ricco e dinamico, non solo DNA.
   • Propone un modello plausibile per spiegare come esperienze paterne possano influenzare la salute dei figli.
3. Evidenze chiave: l’ambiente paterno modifica lo sperma
   Numerosi studi mostrano che:
   
   • dieta paterna (alta o bassa in proteine, obesità, digiuno),
   • stress psicologico,
   • tossici ambientali (vinclozolin, alcol, nicotina),
   • condizionamento olfattivo,

     possono alterare fenotipi metabolici, comportamentali e fisiologici nei figli.

     Questi effetti sono stati osservati anche usando fecondazione in vitro, quindi lo sperma è il vettore.

4. I tre principali vettori epigenetici nello sperma
   La review discute tre categorie:
   1. Cromatina e istoni
      • Una piccola parte degli istoni sopravvive alla protaminizzazione.
      • Alcune modifiche istoniche paterne influenzano lo sviluppo embrionale.
      • Mutazioni nei regolatori della cromatina durante la spermatogenesi causano difetti nei figli anche se non ereditano la mutazione.
   2. Metilazione del DNA
      • Alcune regioni sfuggono alla demetilazione post-fertilizzazione.
      • Dieta e stress paterni possono alterare la metilazione dello sperma.
      • Solo una parte di queste modifiche viene mantenuta nell’embrione.
   3. Small RNA spermatici (focus principale)
      La review si concentra soprattutto su questi.
5. Gli small RNA nello sperma: una scoperta rivoluzionaria
   Lo sperma contiene molte classi di RNA non codificanti:
   • miRNA
   • piRNA
   • endo-siRNA
   • tRNA-derived fragments (tRFs) → i più abbondanti
   • frammenti di rRNA

     Questi RNA:

     • sono modificati dall’ambiente paterno,
     • vengono caricati nello spermatozoo durante la maturazione epididimale,
     • vengono trasferiti all’ovocita al momento della fecondazione,
     • possono modulare l’espressione genica dell’embrione precoce.
6. Il ruolo dell’epididimo: un punto chiave
   Lo studio sottolinea un concetto fondamentale:
   gli spermatozoi cambiano profondamente il loro contenuto di RNA durante il passaggio nell’epididimo.
   
   
   • Le cellule epiteliali dell’epididimo rilasciano vescicole extracellulari (epididymosomes).
   • Queste vescicole trasferiscono small RNA specifici agli spermatozoi.
   • Questo processo è sensibile all’ambiente (dieta, stress, tossici).
     È un meccanismo plausibile per superare la “barriera di Weismann”.
7. Come gli small RNA influenzano l’embrione
   Gli small RNA spermatici possono:
   • regolare la traduzione di mRNA materni,
   • modulare la cromatina embrionale,
   • influenzare la prima attivazione del genoma embrionale (ZGA),
   • alterare vie metaboliche e neurocomportamentali.
     Studi di microiniezione mostrano che iniettare solo gli small RNA spermatici di maschi esposti a stress o dieta può riprodurre i fenotipi nei figli.
8. Conclusione generale
   La review conclude che:
   gli small RNA spermatici sono tra i principali mediatori dell’eredità epigenetica paterna.
   • Sono dinamici, sensibili all’ambiente e trasferibili all’embrione.
   • Rappresentano un ponte molecolare tra esperienze paterne e sviluppo della prole.
   • Comprenderli può aiutare a spiegare l’origine epigenetica di molte malattie metaboliche, neurologiche e comportamentali.