Fornita la prova che il comportamento sociale e lo stato sociale si riflettono a livello molecolare all'attivazione genetica (epigenoma) nelle iene maculate giovani e adulte
Nelle società dei mammiferi, le gerarchie di dominanza si traducono in disuguaglianze nella salute, nelle prestazioni riproduttive e nella sopravvivenza. Si ritiene che la metilazione del DNA medi gli effetti dello stato sociale sull'espressione genetica e sui risultati fenotipici, ma manca uno studio sui profili di metilazione del DNA specifici dello stato sociale in diverse classi di età in un mammifero sociale selvatico.
Gli studiosi hanno analizzato campioni di epitelio intestinale raccolti in modo non invasivo da iene femmine di alto e basso rango e hanno dimostrato che le differenze di rango erano associate a firme epigenetiche di disuguaglianza sociale, vale a dire il modello di attivazione o disattivazione dei geni che regolano importanti processi fisiologici come la conversione dell'energia e la risposta immunitaria in diverse regioni del genoma. I risultati, pubblicati sulla rivista scientifica Communications Biology (1), contribuiscono a una migliore comprensione del ruolo dei meccanismi epigenetici nell'interazione di fattori sociali, ambientali e fisiologici nella vita di un mammifero altamente sociale.
Nei mammiferi, il comportamento e lo status sociale possono influenzare in modo sostanziale la sopravvivenza, le prestazioni riproduttive e la salute degli individui. Tuttavia, non è ancora del tutto chiaro come la traduzione dei fattori sociali e ambientali nella fisiologia di un organismo si rifletta nei processi molecolari. Ora, gli scienziati del Dipartimento di Genetica Evolutiva Leibniz-IZW e del Progetto Iena Serengeti presso il Dipartimento di Dinamiche Ecologiche Leibniz-IZW hanno scoperto che lo stato sociale influenza i modelli epigenetici, più specificamente la metilazione del DNA nelle iene maculate sia giovani che adulte ( Crocuta crocuta ) che determina l'attivazione dei geni. Hanno analizzato il DNA delle cellule dell'epitelio intestinale di 18 iene femmine adulte e di 24 cuccioli con status sociale noto appartenenti a tre clan nel Parco Nazionale del Serengeti, in Tanzania.
Gli scienziati hanno identificato e convalidato 149 regioni del genoma, in cui individui di alto e basso rango differivano nella metilazione del DNA (regioni differenzialmente metilate, DMR). «Potremmo, per la prima volta, fornire prove delle firme epigenetiche delle disuguaglianze sociali nelle iene maculate sia giovani che adulte», afferma la dottoressa Alexandra Weyrich (2), capo del gruppo di lavoro "Wildlife Epigenetics" presso il Dipartimento di genetica evolutiva e genetica Leibniz-IZW e autrice senior dell'articolo.
I risultati mostrano che queste firme epigenetiche sono stabili attraverso le fasi della vita e che sono collegate a importanti processi fisiologici: molti dei DMR identificati erano coinvolti nella regolazione della conversione dell'energia, della risposta immunitaria, della segnalazione dei recettori del glutammato e del trasporto di ioni.
«Soprattutto il gran numero di DMR nei geni coinvolti nella conversione dell'energia ha attirato la nostra attenzione», afferma il primo autore, il dottor Colin Vullioud (3), data scientist nel gruppo di lavoro di Weyrich. La coautrice dottoressa Sarah Benhaiem (4), co-responsabile del Serengeti Hyena Project, spiega: «Sospettiamo che ciò possa essere guidato da differenze di comportamento e in particolare dal maggiore uso di viaggi di foraggiamento a lunga distanza da parte delle femmine di basso rango rispetto a quelle di alto rango – questi ultimi monopolizzano le risorse nel territorio del loro clan». È interessante notare che questi geni erano più metilati (o ipermetilati) nelle femmine adulte di basso rango ma non nei cuccioli. Ciò potrebbe indicare un adattamento delle femmine adulte di basso rango ai costi energetici più elevati dei frequenti spostamenti su lunghe distanze, un comportamento non mostrato dai cuccioli. «Sebbene le esatte conseguenze fisiologiche dell'ipermetilazione osservata restino da indagare, questi risultati sono coerenti con le nostre osservazioni e suggeriscono il ricercato collegamento mancante tra fattori sociali e fisiologici», concludono Weyrich e Benhaiem.
Le analisi si basano sulle competenze epigenetiche del Leibniz-IZW e sulla ricerca a lungo termine sulle iene maculate nel Serengeti, iniziata nel 1987. Le femmine in questa indagine sono conosciute individualmente e il loro status sociale è stato monitorato per generazioni. Ciò ha fornito le condizioni ideali per studiare i collegamenti tra comportamento, fattori fisiologici, modifiche epigenetiche e idoneità in termini di sopravvivenza e riproduzione in una popolazione selvatica. «Abbiamo raccolto i nostri campioni senza invadere la vita delle iene», affermano la dottoressa Marion L. East (5) e il professor dottor Heribert Hofer (6), fondatori del "Serengeti hyena project" e coautori dello studio. «Abbiamo seguito i nostri animali da studio, raccolto escrementi freschissimi subito dopo la loro produzione e conservato campioni di epitelio intestinale dalla superficie delle feci». L'utilizzo di campioni raccolti in modo non invasivo è uno dei punti di forza dell'indagine, suppongono gli autori. «Il metodo di metilazione di cattura che abbiamo utilizzato arricchisce il DNA metilato e il DNA dei mammiferi, migliorando la quantità di DNA di iena rispetto al DNA batterico e la qualità dei dati di sequenziamento», spiega Alexandra Weyrich.
La metilazione del DNA è una modificazione chimica degli elementi costitutivi di base del materiale genetico di una cellula. Questa modifica è resa possibile dal trasferimento dei gruppi metilici alle basi azotate in determinate posizioni nel DNA. Poiché la struttura di base della rispettiva base azotata è inalterata, la metilazione del DNA non è una mutazione genetica, ma una modificazione che determina se questa parte del DNA viene "utilizzata" (attivata) o disattivata. La metilazione del DNA è la modifica epigenetica più importante e quindi una parte fondamentale nel rendere le informazioni genetiche disponibili ai processi fisiologici all'interno di una cellula.
Le iene maculate sono altamente sociali e un modello per le differenze legate allo stato sociale nei tratti della storia della vita è correlato al fatto che sono accompagnate da differenze nei processi fisiologici e nella salute. Nei clan delle iene, le femmine e la loro prole dominano socialmente tutti i maschi immigrati, e lo status sociale è "ereditato" comportamentalmente dai cuccioli dalle madri che ottengono privilegi associati allo status sociale materno. «Come in alcune specie di primati, le giovani iene ricevono sostegno sociale dalle loro madri durante le interazioni con i membri del gruppo. Da questi apprendono che possono dominare tutti gli individui sottomessi alla madre, ma devono sottomettersi a quelli a cui la madre è sottomessa», spiega Marion L. East. Pertanto, lo status sociale è stabile e prevedibile perché determinato dalle relazioni familiari e dalle convenzioni comportamentali.
«Inoltre, gli effetti dello status sociale sulle traiettorie della storia della vita e sulla salute vengono generalmente trasmessi di generazione in generazione», aggiunge Hofer. Ad esempio, le femmine di alto rango hanno accesso prioritario alle risorse nel territorio del clan e non hanno bisogno di spostarsi tanto quanto le femmine di basso rango per trovare cibo. Sono quindi molto più spesso presenti nella tana comune e allattano più frequentemente i loro piccoli. I cuccioli dipendenti dal latte beneficiano in modo sproporzionato di questa fase iniziale della loro vita: crescono più velocemente, hanno maggiori possibilità di sopravvivere fino all'età adulta e iniziano la riproduzione in età precoce rispetto alla prole di femmine di basso rango.
Riferimenti:
(3) Colin Vullioud
(4) Sarah Benhaiem
(5) Marion L. East
(6) Heribert Hofer
Descrizione foto: Iene maculate che riposano nella tana comune nel Parco Nazionale del Serengeti in Tanzania. - Credit: Sarah Benhaiem/Leibniz-IZW.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: When inequality is more than "skin-deep": Social status leaves traces in the epigenome of spotted hyenas in Tanzania