La metilazione del DNA è un processo biologico che provoca cambiamenti nell’espressione genica. Da alcuni anni si ritiene che svolga un ruolo chiave nell’interazione microbiota-intestino e nello sviluppo di malattie infiammatorie intestinali.

Lo studio condotto sui topi

Un recente studio condotto sui topi ha rivelato che l’esposizione ai microbi intestinali può modificare l’attività di specifici elementi regolatori del DNA, attivando geni che mantengono l’omeostasi intestinale o promuovono l’infiammazione.

«Il microbiota intestinale regola la fisiologia intestinale modificando l’espressione genica dell’ospite in tutto l’intestino, ma i meccanismi sottostanti sono tuttora sconosciuti», affermano i ricercatori. Lo studio, pubblicato su Nature Microbiology, spiega come i microbi intestinali influenzano l’equilibrio dell’intestino in condizioni di salute e malattia.

Recentemente è stato dimostrato che il microbiota può regolare l’espressione genica di diverse cellule immunitarie intestinali e che la metilazione del DNA svolge un ruolo importante nel controllo dell’omeostasi e della differenziazione intestinale. La metilazione può cambiare l’attività di un gene influenzandone il legame con alcune proteine ​​e l’organizzazione tridimensionale del DNA, senza cambiarne la sequenza.

Utilizzando topi convenzionali e topi germ-free, Yehudit Bergman della Hebrew University Medical School di Gerusalemme e i suoi colleghi hanno analizzato l’impatto del microbiota sulla metilazione del DNA delle cellule che rivestono l’intestino.

Come cambia l’espressione genica

I livelli globali di metilazione sono risultati ridotti nei campioni prelevati dall’intestino di topi convenzionali rispetto ai campioni di topi germ-free. In particolare, il team di ricercatori ha identificato regioni a bassa metilazione (con bassi livelli di metilazione), che rappresentano segmenti di DNA regolatori attivi.

Dai dati raccolti è emerso che nei campioni di topi convenzionali ne sono presenti circa 93.000, mentre nei campioni di topi germ-free solamente circa 57.000.

Le regioni a bassa metilazione sono risultate arricchite in siti di legame per i fattori di trascrizione che svolgono un ruolo importante nello sviluppo dell’intestino, nella proliferazione cellulare, nell’infiammazione, nella migrazione cellulare e nella morte cellulare.

Inoltre, la maggior parte dei 300 geni che sono risultati sovraregolati in topi convenzionali è generalmente coinvolta nella protezione dell’intestino dall’infiammazione. Questi dati suggeriscono che l’esposizione al microbiota commensale promuove l’attivazione di una serie di geni che guidano la normale omeostasi intestinale.

Variazioni mediate dal microbiota intestinale

Successivamente, i ricercatori hanno indotto danni intestinali e infiammazione in topi convenzionali. I livelli globali di metilazione sono risultati ridotti nei campioni di intestino di questi topi e l’infiammazione acuta ha provocato cambiamenti nella metilazione degli elementi regolatori del DNA, portando ad alterazioni dei geni collegati alla colite e al cancro del colon.

Per scoprire se i cambiamenti osservati nei topi convenzionali con colite fossero dovuti a una maggiore esposizione batterica, il team di ricercatori ha causato danni intestinali e infiammazione anche nei topi germ-free.

Solo il 5% dei geni colpiti in topi allevati convenzionalmente sono risultati modificati in topi germ-free con colite, suggerendo che i cambiamenti di espressione osservati in caso di danno intestinale sono correlabili al microbiota.

Lo studio, secondo i ricercatori, mostra che la regolazione dei geni “microbiota-dipendente” nelle cellule intestinali è associata a cambiamenti nella metilazione del DNA. Questo dato, aggiungono gli autori dello studio, «fornisce un altro importante tassello per scoprire il meccanismo di regolazione dei geni intestinali dell’ospite coinvolti nell’uomo nei processi fisiologici e nelle malattie”.