Durante el último millón de años de evolución, nuestro cerebro experimentó un considerable aumento en tamaño y complejidad, lo que resultó en las capacidades cognitivas excepcionales de la especie humana. Esta ampliación del cerebro se debe principalmente a un aumento en el número de neuronas en la corteza cerebral, la parte externa del cerebro. Dado que compartimos aproximadamente el 99 por ciento de nuestro genoma con el de nuestro pariente vivo más cercano, el chimpancé, sigue siendo una tarea desalentadora para los científicos identificar qué cambios genéticos específicos de humanos pueden subyacer a los aspectos únicos de la evolución del cerebro humano.

Uno de los motores de la evolución es la aparición de nuevos genes a través de la duplicación: un gen ancestral se duplica y la copia evoluciona en un gen relacionado llamado «paralog». El Prof. Pierre Vanderhaeghen y su equipo estaban particularmente interesados ​​en genes duplicados que surgieron específicamente en el linaje común a los humanos y los grandes simios.

Vanderhaeghen dijo en un comunicado:

Los biólogos del desarrollo suelen observar los cambios en la regulación de los genes para explicar las diferencias evolutivas, y no tanto en los genes mismos, ya que compartimos muchos de nuestros genes incluso con organismos simples como gusanos. Pero la duplicación de genes puede conducir a genes en una especie, lo que podría contribuir a la rápida aparición de rasgos específicos del ser humano, como el aumento del tamaño de la corteza cerebral”.

Se han encontrado varias docenas de genes «específicos de humanos» en el genoma humano, pero su función a menudo ha permanecido desconocida. Se cree que muchos de estos genes son no funcionales o redundantes, y ni siquiera están anotados adecuadamente en las bases de datos del genoma.

La búsqueda de genes específicos para humanos involucrados en el desarrollo del cerebro resultó un desafío. Ikuo Suzuki, investigador postdoctoral en el laboratorio de Vanderhaeghen, explica por qué:

Una de las principales dificultades es distinguir la expresión de genes ancestrales (presentes en todas las especies) y paralogs humanos específicos (presentes solo en el ADN humano), ya que obviamente son extremadamente similares. Es por eso que tuvimos que usar un análisis RNAseq adaptado para la detección específica y sensible de los genes de interés específicos de humanos. De esta manera, podríamos identificar un repertorio completo de genes duplicados que están involucrados en el desarrollo de los genes de la corteza cerebral en los humanos”.

Entre estos, los investigadores se centraron en una familia particular, NOTCH2NL, un grupo de paralogs humanos específicos del receptor NOTCH2. El camino de Notch es bien conocido como un aspecto clave en el desarrollo de órganos, incluido el del cerebro. Utilizando un modelo basado en células madre para el desarrollo cortical, los científicos descubrieron que los genes NOTCH2NL se destacaban por su capacidad para promover la expansión de las células madre corticales, que a su vez generaban más neuronas (ver imagen).

Vanderhaeghen agregó:

Dada la importancia primordial de la vía Notch durante la neurogénesis, hipotetizamos que los genes NOTCH2NL podrían actuar como reguladores específicos de la especie del tamaño del cerebro. Es fascinante ver que los genes que surgieron recientemente interactúan probablemente con la vía de señalización más antigua entre todos los animales: el camino de Notch”.

La ubicación genómica de los genes NOTCH2NL los hizo particularmente interesantes.

Ikuo Suzuki agregó:

Tres genes humanos NOTCH2NL se encuentran en el primer cromosoma, en una región que previamente se había relacionado con cambios en el tamaño cerebral: las microdeleciones genéticas en esta región se asocian con microcefalia y esquizofrenia, mientras que las microduplicaciones están asociadas con macrocefalia y trastornos del espectro autista. Así que, naturalmente, nos preguntamos si estos efectos podrían estar relacionados con los genes NOTCH2NL”.

La respuesta provino de un grupo de científicos estadounidenses liderados por David Haussler (UC Santa Cruz and Howard Hughes Medical Institute). Analizaron el ADN de dichos pacientes con microcefalia o macrocefalia y encontraron que las regiones precisas de origen de deleciones y duplicaciones coincidían notablemente con las regiones de dos de los genes NOTCH2NL. Sus hallazgos han sido informados en la revista Cell.

La familia de genes NOTCH2NL se encuentran solo en humanos y parece desempeñar un papel fundamental en que nuestro cerebro sea más grande que el de otros animales. Crédito: Fiddes et al./Cell

Vanderhaeghen agregó:

Tomados en conjunto, nuestro estudio y el de nuestros colegas en EE.UU. apuntan a un repertorio selectivo de duplicaciones génicas específicas de humanos que pueden actuar como controladores clave del tamaño y función del cerebro humano: menos copias de NOTCH2NL reducirían el tamaño del cerebro , mientras que más copias conducirían a un aumento en el tamaño del cerebro”.

Pero aún queda mucho por descubrir, continúa Vanderhaeghen:

Curiosamente, la misma región del genoma contiene otros genes específicos para humanos con funciones desconocidas. Será interesante ver si controlan otros aspectos del desarrollo del cerebro humano”.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Cell.

Fuente: Daily Galaxy