La dieta materna può indurre alterazioni epigenetiche nel genoma del feto, come cambiamenti nella metilazione del DNA. Uno studio americano pubblicato su Scientific reports ha dimostrato che l’integrazione di metionina nelle bovine da carne prima del concepimento e all’inizio della gravidanza altera l’epigenoma del feto, e in particolare modifica la metilazione del DNA nel tessuto muscolare e non solo, e che alcune di queste alterazioni persistono durante le diverse fasi di sviluppo del vitello. 

Con il termine “programmazione fetale” (fetal programming) si indica la risposta del feto ad uno stimolo o insulto intrauterino durante una finestra temporale critica dello sviluppo, con conseguente alterazione del percorso di sviluppo. Questo fenomeno fa riferimento agli adattamenti che si verificano durante la vita fetale in risposta a diversi stimoli, come cambiamenti nell’alimentazione, stress da caldo o esposizione a malattie, tra le altre cose. Questi adattamenti avvengono con l’idea che l’ambiente post-natale coinciderà con l’ambiente prenatale (in utero). In molti casi, come mostrato nei modelli umani e animali, la programmazione fetale ha conseguenze negative, alterando la crescita postnatale e la composizione corporea, causando disordini metabolici e disfunzioni di vari organi. Tuttavia, nel bestiame, questo fenomeno è stato associato anche a cambiamenti positivi nelle performance della prole. Ad esempio, l’integrazione di acido linoleico nelle pecore durante la fase finale della gestazione ha portato ad un aumento della sopravvivenza degli agnelli al parto in caso di stress da freddo. Inoltre, l’integrazione proteica nei bovini da carne a fine gestazione, ha determinato un aumento del peso corporeo e della fertilità nelle manze, nonché un aumento dell’accumulo di grasso nei manzi. Questi risultati sono rilevanti per l’allevamento di animali da reddito poiché il miglioramento di caratteristiche come la crescita, la composizione corporea e il peso della carcassa, può incrementare la qualità della carne bovina, con conseguenti vantaggi economici.

I meccanismi alla base della programmazione fetale non sono stati ancora del tutto compresi; tuttavia, si ritiene che siano sia fisiologici che epigenetici, e che i cambiamenti della metilazione del DNA giochino un ruolo importante. La metilazione del DNA è una modificazione epigenetica che comprende l’aggiunta di un gruppo metilico sulla posizione C5 dell’anello di citosina, ed è particolarmente importante per la sua ereditabilità mitotica. Questa modificazione avviene per la maggior parte nei dinucleotidi CpG, sebbene possa essere evidenziata in altri contesti, come CHG e CHH, dove H può essere adenosina, citosina o timina. Mentre i dinucleotidi CpG sono scarsi in tutto il genoma, si ritrovano in alte concentrazioni nelle isole CpG. Circa il 70% dei promotori genici noti si sovrappone a un’isola CpG, il che è importante se si considera che l’espressione genica viene alterata attraverso i cambiamenti nello stato di metilazione del promotore.

I cambiamenti nella metilazione del DNA possono indurre cambiamenti fenotipici che possono essere permanenti e transgenerazionali. L’alimentazione materna può influenzare in particolare la metilazione del DNA attraverso la via del carbonio 1-C, una via metabolica dipendente da micronutrienti, come il folato, la vitamina B6, la vitamina B12 e la metionina. Attraverso una catena di reazioni, la metionina viene convertita in S-adenosilmetionina, che funge da donatore universale di metile.

L’obiettivo

Un gruppo di ricercatori della University of Wisconsin-Madison, Kansas State University e University of Florida ha dimostrato che l’integrazione di metionina intorno al momento del concepimento nei bovini da carne causa modificazioni epigenetiche nella prole. In effetti, hanno identificato cambiamenti significativi nell’epigenoma muscolare di vitelli da carne di 30 giorni a causa dell’integrazione materna di metionina, inclusi cambiamenti nei modelli di co-espressione genica e splicing alternativo. Sorprendentemente, alcuni di questi cambiamenti trascrittomici sono stati mediati da cambiamenti nella metilazione del DNA. Tuttavia, non è chiaro se questi cambiamenti di metilazione del DNA siano transitori o permanenti nel tempo.

Pertanto, in questo studio i ricercatori hanno deciso di valutare l’epigenoma muscolare dello stesso gruppo di vitelli da carne che avevano precedentemente valutato a 30 giorni di età, ma questa volta a 200 giorni di età. E’ stato ipotizzato che l’integrazione materna di metionina durante la fase di pre-concepimento e l’inizio della gravidanza altererebbe l’epigenoma fetale e che alcune di queste alterazioni persisterebbero durante le diverse fasi di sviluppo della prole.

Lo studio

Alle vacche da carne sono state assegnate in modo casuale o una dieta di controllo o una dieta ricca di metionina, da – 30 a + 90 giorni rispetto all’inizio della stagione riproduttiva. E’ stato poi valutato il metiloma del muscolo lombare degli stessi vitelli (n = 10 per dieta materna) a 30 e 200 giorni di età, utilizzando il sequenziamento bisolfito dell’intero genoma.

I risultati

Nello specifico, un totale di 28.310 citosine ha mostrato differenze di metilazione persistenti nel tempo con le diverse diete materne (valore q < 0,10, cambiamento di metilazione > 20%). Queste citosine con diversa metilazione si trovavano nei siti di inizio della trascrizione, negli esoni o nei siti di giunzione di 341 geni noti. L’analisi della sovra rappresentazione ha rivelato che questi geni diversamente metilati erano coinvolti nella contrazione muscolare, nella metilazione del DNA e dell’istone, nella funzione mitocondriale, nell’omeostasi delle specie reattive dell’ossigeno, nell’autofagia e nella via di segnalazione PI3K, e non solo. Inoltre, alcune delle citosine diversamente metilate in modo permanente sono state trovate nelle isole CpG a ridosso dei geni implicati nelle attività mitocondriali e nella risposta immunitaria.

Le conclusioni

Nel complesso, questo studio ha dimostrato che l’integrazione materna di metionina durante il periodo del concepimento e il primo trimestre di gestazione ha avuto un impatto significativo sull’epigenoma della prole, sia a 30 che a 200 giorni di età. Ha infatti indotto cambiamenti di metilazione del DNA nel muscolo dei vitelli da carne, e alcuni di questi cambiamenti epigenetici sono duraturi nel tempo.

La maggior parte dei geni influenzati dai cambiamenti persistenti della metilazione del DNA erano correlati alla contrazione muscolare, alla funzione mitocondriale, all’omeostasi dei ROS, all’autofagia e alla via PIK3, e ad altre funzioni.

Nel complesso, questo studio ha fornito ulteriori prove del fatto che la nutrizione materna può alterare l’epigenoma del feto e che alcuni di questi cambiamenti epigenetici persistono nel tempo.

 

Tratto da: Amorín, R., Liu, L., Moriel, P. et al. “Maternal diet induces persistent DNA methylation changes in the muscle of beef calves”. Sci Rep 13, 1587 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28896-3.