Evolución del cerebro a distancia

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Tanto los científicos como los filósofos han buscado durante mucho tiempo la esencia que hace humanos a los humanos, y una respuesta está en el cerebro. Específicamente, los cerebros humanos expresan genes en patrones diferentes a los de especies relacionadas, pero se desconoce qué causa esos cambios. Al comparar la expresión génica en tres especies de primates (humanos, chimpancés y macacos rhesus) a lo largo del desarrollo posnatal, los investigadores, que publicaron hoy (6 de diciembre) en PLoS Biology, descubrieron que los cambios de expresión más drásticos son encontrado en genes que son controlados a distancia por reguladores trans, en lugar de localmente por reguladores cis.

“Los autores aquí encontraron una nueva explicación de cómo se produjo esta evolución del cerebro humano avanzado a nivel molecular” dijo Henrik Kaessmann, quien estudia evolución genómica en la Universidad de Lausanne en Suiza y no participó en la investigación. “Es’un mensaje muy interesante: que los cambios funcionalmente relevantes tienden a ser más impulsados por trans.”…

A pesar de las diminutas diferencias genéticas entre los cerebros humanos y sus primates parientes, la capacidad cognitiva del Homo sapiens es significativamente más avanzada, lo que nos permite fabricar herramientas complicadas, idear una cultura complicada y colonizar el mundo, dijo el autor principal Mehmet Somel, un postdoctorado que estudia genómica evolutiva humana en la Universidad de California, Berkeley. Debido a que los humanos pasan más de una década convirtiéndose en adultos y aprendiendo, mucho más que los dos o tres años de la adolescencia de los chimpancés, los investigadores han sospechado durante mucho tiempo que los genes del desarrollo están involucrados en la evolución del cerebro humano. Y la idea de que los perfiles de expresión génica del cerebro podrían ser diferentes entre especies se propuso hace 40 años, agregó Somel.

Para explorar ambas ideas, Somel y sus colegas del Instituto Max Planck y la Academia China de Sciences observó cambios en la expresión génica a lo largo del desarrollo posnatal en humanos, chimpancés y macacos rhesus. Analizaron la expresión diferencial de alrededor de 12.000 genes en dos regiones del cerebro, la corteza prefrontal y la corteza cerebelosa, cada una de las cuales se ha propuesto como el punto focal de la evolución del cerebro humano. Encontraron diferencias significativas entre especies, así como variaciones entre los diferentes organismos de edad de una especie, pero también encontraron variaciones en la expresión génica que no podían explicarse simplemente por ninguno de estos dos factores. Parecía que había algunos genes que no solo se expresaban de forma diferente a lo largo del desarrollo, sino también a un ritmo diferente en cada especie.

Mirando más de cerca este grupo de genes, los investigadores descubrieron que eran altamente conservados, en su mayoría asociados con el desarrollo o la función neuronal, y se regularon con más frecuencia en la corteza prefrontal humana, la región del cerebro asociada con el pensamiento abstracto, en comparación con los otros primates. Pero cuando los investigadores buscaron la expresión paralela de reguladores genéticos cercanos que pudieran explicar el impulso en la expresión génica, a menudo se quedaron con las manos vacías.

Si los genes no estuvieran regulados localmente por los llamados cis elementos que se encuentran justo al lado de los genes que regulan, deben ser regulados a distancia por elementos trans como factores de transcripción que viajan desde cromosomas lejanos para controlar la expresión de genes diana específicos. Buscando en la literatura factores de transcripción y microARN que cayeran en esta categoría, los investigadores identificaron candidatos a microARN y realizaron experimentos moleculares en tres de ellos para confirmar su participación en la regulación de los genes expresados diferencialmente.

encontrar que es un elemento trans es mucho más interesante para mí que los [microARN] específicos que extrajeron, dijo Eric Vallender, un neurogenetista evolutivo de la Escuela de Medicina de Harvard que no participó en la investigación. El predominio de los cambios regulatorios trans en lugar de cis es sorprendente, dijo, y tiene algunas implicaciones bastante importantes sobre cómo abordar este tipo de preguntas en el futuro.</p

Pero aunque inesperado, el hallazgo tiene sentido desde el punto de vista evolutivo, dijo Genevieve Konopka, neurocientífica genética del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas, que tampoco participó en el estudio. Ajustar la expresión de cada gen individualmente por reguladores cis es complejo, ya que los reguladores cis normalmente controlan solo un gen adyacente, mientras que los reguladores trans pueden influir una variedad de objetivos. Y es más probable que ocurran menos ajustes que promulguen cambios amplios en la evolución que muchos ajustes minuciosos. Si quisiera, por ejemplo, construir un cerebro más grande de una manera más rápida o más compleja, podría manipular factores de transcripción clave o estos microARN y regular un montón de objetivos, dijo Konopka. Eso sería más rápido que hacerlo gen por gen.

Los siguientes pasos son identificar realmente las funciones de algunos de los genes trans-regulados, pero esto puede ser más fácil decirlo que hacerlo, dijo Vallender. En primer lugar, obtener ese tejido cerebral, especialmente de los chimpancés, es muy difícil y casi imposible para los cerebros fetales, lo que sería necesario para comprender completamente los cambios de expresión a lo largo del desarrollo. Además, los investigadores están limitados por las secuencias cis y trans que ya están anotadas en todas las especies, lo que podría dejar fuera muchos candidatos potenciales para genes clave para la evolución del cerebro humano.

M. Somel et al., La remodelación del desarrollo dirigida por microARN en el cerebro distingue a los humanos de otros primates, PLoS Biology, 9: e1001214, 2011.

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