El gen del tamaño del cerebro humano desencadena un cerebro más grande en los monos

Imagen microscópica de una sección a través de un hemisferio cerebral de un feto de tití transgénico ARHGAP11B de 101 días. Los núcleos celulares se visualizan mediante DAPI (blanco). Las flechas indican un surco y una circunvolución. Crédito: Heide et al. / MPI-CBG

La expansión del cerebro humano durante la evolución, concretamente del neocórtex, está ligada a capacidades cognitivas como el razonamiento y el lenguaje. Cierto gen llamado ARHGAP11B que solo se encuentra en humanos activa las células madre del cerebro para formar más células madre, un requisito previo para un cerebro más grande. Estudios anteriores han demostrado que ARHGAP11B, cuando se expresa en ratones y hurones a niveles anormalmente altos, causa una neocorteza expandida, pero su relevancia para la evolución de los primates no está clara.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresden, junto con colegas del Instituto Central para Animales de Experimentación (CIEA) en Kawasaki y la Universidad de Keio en Tokio, ambos ubicados en Japón, ahora muestran que este gen específico humano, cuando se expresa a niveles fisiológicos, provoca un neocórtex agrandado en el tití común, un mono del Nuevo Mundo. Esto sugiere que el gen ARHGAP11B puede haber causado la expansión de la neocorteza durante la evolución humana. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Science.

La neocorteza humana, la parte evolutivamente más joven de la corteza cerebral, es aproximadamente tres veces más grande que la de los parientes humanos más cercanos, los chimpancés, y se pliega en arrugas. aumentó durante la evolución para encajar dentro del espacio restringido del cráneo. Una pregunta clave para los científicos es cómo se hizo tan grande la neocorteza humana. En un estudio de 2015, el grupo de investigación de Wieland Huttner, director fundador del MPI-CBG, descubrió que, bajo la influencia del gen ARHGAP11B específico para humanos, los embriones de ratón producían muchas más células progenitoras neurales e incluso podían plegarse de su forma normal. neocorteza desplegada. Los resultados sugirieron que el gen ARHGAP11B juega un papel clave en la expansión evolutiva de la neocorteza humana.

El surgimiento del gen específico humano

El gen específico humano ARHGAP11B surgió a través de una duplicación parcial del gen omnipresente ARHGAP11A hace aproximadamente cinco millones de años a lo largo del linaje evolutivo que condujo a los neandertales, los denisovanos y los humanos actuales, y después de que este linaje se segregara del que condujo al chimpancé. En un estudio de seguimiento en 2016, el grupo de investigación de Wieland Huttner descubrió una razón sorprendente por la cual la proteína ARHGAP11B contiene una secuencia de 47 aminoácidos que es específica de humanos, no se encuentra en la proteína ARHGAP11A y es esencial para la capacidad de ARHGAP11B para aumentar células madre cerebrales.

Específicamente, una sola sustitución de base C por G que se encuentra en el gen ARHGAP11B conduce a la pérdida de 55 nucleótidos del ARN mensajero ARHGAP11B, lo que provoca un cambio en el marco de lectura que da como resultado el , secuencia de 47 aminoácidos funcionalmente crítica. Esta sustitución de base probablemente ocurrió mucho más tarde que cuando surgió este gen hace unos 5 millones de años, en cualquier momento entre hace 1,5 millones y 500.000 años. Tales mutaciones puntuales no son raras, pero en el caso de ARHGAP11B, sus ventajas de formar un cerebro más grande parecen haber influido inmediatamente en la evolución humana.

Cerebros de tití de tipo salvaje (normal) y fetal transgénico ARHGAP11B (101 días). Líneas amarillas, límites de la corteza cerebral; líneas blancas, cerebelo en desarrollo; puntas de flecha, pliegues. Barras de escala, 1 mm. Crédito: Heide et al. / MPI-CBG

El efecto del gen en los monos

Sin embargo, hasta ahora no estaba claro si el gen ARHGAP11B, específico de humanos, también causaría un neocórtex agrandado en primates no humanos. Para investigar esto, los investigadores del grupo de Wieland Huttner se asociaron con Erika Sasaki en el Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) en Kawasaki y Hideyuki Okano en la Universidad de Keio en Tokio, ambos ubicados en Japón, quienes habían sido pioneros en el desarrollo de una tecnología para generar primates no humanos transgénicos. El primer autor del estudio, el postdoctorado Michael Heide, viajó a Japón para trabajar con los colegas directamente en el lugar.

Generaron titíes comunes transgénicos, un mono del Nuevo Mundo, que expresaban el gen ARHGAP11B específico de humanos, que normalmente no tienen, en el neocórtex en desarrollo. Japón tiene estándares y regulaciones éticos igualmente altos con respecto a la investigación animal y el bienestar animal como Alemania. Los cerebros de fetos de tití común de 101 días de edad (50 días antes de la fecha de nacimiento normal) se obtuvieron en Japón y se exportaron al MPI-CBG en Dresden para un análisis detallado.

Michael Heide explica: «En efecto, descubrimos que la neocorteza del cerebro del tití común estaba agrandada y la superficie del cerebro doblada. Su placa cortical también era más gruesa de lo normal. Además, pudimos ver un mayor número de neuronas radiales basales». progenitores de glía en la zona subventricular externa y un mayor número de neuronas de la capa superior, el tipo de neurona que aumenta en la evolución de los primates». Los investigadores ahora tenían evidencia funcional de que ARHGAP11B causa una expansión de la neocorteza de los primates.

Consideraciones éticas

Wieland Huttner, quien dirigió el estudio, agrega: «Limitamos nuestros análisis a fetos de tití , porque anticipamos que la expresión de este gen específico humano afectaría el desarrollo de la neocorteza en el tití. A la luz de las posibles consecuencias imprevisibles con respecto a la función cerebral posnatal, consideramos que es un requisito previo y obligatorio desde un punto de vista ético determinar primero el efectos de ARHGAP11B en el desarrollo de la neocorteza fetal de tití».

Los investigadores concluyen que estos resultados sugieren que el gen ARHGAP11B específico de humanos puede haber causado la expansión de la neocorteza en el curso de la evolución humana.

Explore más

Un gen que se encuentra solo en humanos y activo en la corteza cerebral puede agrandar el cerebro de un hurón Más información: «ARHGAP11B específico para humanos aumenta el tamaño y el plegamiento de la neocorteza de primates tití fetal» Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abb2401 Información de la revista: Science

Proporcionado por la Sociedad Max Planck Cita: El gen del tamaño del cerebro humano desencadena un cerebro más grande en los monos (2020, 18 de junio) recuperado 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-human-brain-size-gene-triggers.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.