Se trata de un gen llamado ARHGAP11B que solo se encuentra en humanos, que 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 no fisiológicos altos, causa una neocorteza expandida, pero su relevancia para la evolución de los primates no ha sido clara.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular (MPI-CBG), en Alemania, junto con colegas del Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) y la Universidad Keio en Tokio, en Japón, muestran ahora que este gen específico humano, cuando se expresa a niveles fisiológicos, causa un neocórtex agrandado en el mono tití común, un mono del Nuevo Mundo. Esto sugiere que el gen ARHGAP11B puede haber causado la expansión de neocórtex durante la evolución humana.

El neocórtex humano, la parte evolutivamente más joven de la corteza cerebral, es aproximadamente tres veces más grande que la de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés, y su pliegue en arrugas aumentó durante la evolución para adaptarse al espacio restringido del cráneo.

Una pregunta clave para los científicos es cómo el neocórtex humano se hizo tan grande. En un estudio de 2015, el grupo de investigación de Wieland Huttner, director fundador de 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 sufrir el plegamiento de sus células normales. Los resultados sugirieron que el gen ARHGAP11B desempeña un papel clave en la expansión evolutiva de la neocorteza humana.

Este gen específico para humanos surgió a través de una duplicación parcial del gen ubicuo ARHGAP11A hace aproximadamente cinco millones de años a lo largo del linaje evolutivo que conducía a los neandertales, los denisovanos y los humanos actuales, y después de que este linaje se había segregado de aquel que conducía 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 del ser humano, no se encuentra en la proteína ARHGAP11A, y esencial para la capacidad de ARHGAP11B de aumentar células madre cerebrales.

Específicamente, una única sustitución de base C-a-G encontrada 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 resulta en el humano específico, secuencia de 47 aminoácidos funcionalmente crítica.

Esta sustitución de bases probablemente ocurrió mucho más tarde que cuando este gen surgió 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.

Sin embargo, hasta ahora no estaba claro si el gen ARHGAP11B específico para humanos también causaría una neocorteza agrandada en primates no humanos. Para investigar esto, los investigadores del grupo de Wieland Huttner se unieron 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, que fueron pioneros en el desarrollo de una tecnología para generar primates no humanos transgénicos.

Generaron titíes transgénicos comunes que expresaban el gen ARHGAP11B específico del ser humano, que normalmente no tienen, en el neocórtex en desarrollo. El primer autor del estudio, el postdoc Michael Heide, explica: De hecho, descubrimos que el neocórtex del cerebro del tití común estaba agrandada y la superficie del cerebro plegada. Su placa cortical también era más gruesa de lo normal. Además, pudimos ver un mayor número de progenitores basales de la glía radial 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.

Wieland Huttner, quien dirigió el estudio, agrega: Confinamos nuestros análisis a los fetos de tití, porque anticipamos que la expresión de este gen específico para humanos afectaría el desarrollo del neocórtex en el tití. A la luz de las posibles consecuencias imprevisibles con respecto al postnatal función cerebral, lo consideramos un requisito previo, y obligatorio desde un punto de vista ético, para determinar primero los efectos de ARHGAP11B en el desarrollo del neocórtex fetal de tití.

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

junio 29/2020 (Europa Press) -Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Referencia:

Ehrenreich I.M. Evolution after genome duplication. Science  26 Jun 2020. Vol. 368, Issue 6498, pp. 1424-1425. DOI: 10.1126/science.abc1796

El innovador estudio, publicado en Nature Immunology es el primero en demostrar una única variante de secuencia de ADN de una especie humana extinta que cambia la actividad del sistema inmune humano moderno.

Los denisovanos, una especie humana extinta relacionada con los neandertales, se cruzaron con los humanos modernos hace unos 50 000 años durante las migraciones de los humanos modernos de África a lo que ahora es Papua Nueva Guinea y Australia. En la actualidad, hasta el 5 % del genoma de las personas indígenas de Papua Nueva Guinea se deriva de los denisovanos.

El estudio de Garván revela que los humanos modernos adquirieron una variante genética de los denisovanos que aumenta un rango de reacciones inmunes y respuestas inflamatorias, incluidas reacciones que protegen a los humanos de los microbios que causan enfermedades.

Nuestro estudio indica que la variante del gen denisovano aumenta la respuesta inflamatoria en humanos, explica el coautor principal, el profesor asociado Shane Gray, quien dirige el Laboratorio de Inmunología de Trasplantes en Garván.

Investigaciones anteriores han encontrado colecciones de variantes genéticas de especies humanas extintas que parecen haber proporcionado una ventaja a los humanos que viven a gran altura o que resisten a los virus, pero no han sido capaces de determinar cuál de ellos era realmente funcional, agrega. Este estudio es el primero en identificar una única variante funcional y sugiere que también tuvo un beneficio evolutivo en el sistema inmunitario humano.

Las versiones dañinas de un gen llamado TNFAIP3 se han asociado durante mucho tiempo con la inmunidad hiperactiva en condiciones autoinmunes, que incluyen enfermedades inflamatorias del intestino, artritis, esclerosis múltiple, lupus, psoriasis y diabetes tipo 1. El gen TNFAIP3 codifica una proteína llamada A20 que ayuda a enfriar el sistema inmunitario al reducir las reacciones inmunes a moléculas y microbios extraños.

Como parte de una colaboración entre Garván, el Sydney Children’s Hospital, el Children’s Hospital en Westmead y el Clinical Immunogenomics Research Consortium of Australasia (CIRCA), los investigadores analizaron los genomas de familias en las que un niño presentaba una enfermedad grave e inusual autoinmune o inflamatoria.

Cuatro familias separadas tenían la misma variante de ADN en el gen TNFAIP3, cambiando un aminoácido en la proteína A20 de una isoleucina a una leucina (I207L), señala el profesor Goodnow, director ejecutivo del Instituto Garván y coautor principal del estudio. Sin embargo, la presencia de esta variante en familiares sanos indicó que no era suficiente para causar enfermedad inflamatoria por sí sola.

Los investigadores extrajeron células inmunes de las muestras de sangre de las familias y descubrieron que, en el cultivo celular, producían una respuesta inflamatoria más fuerte que las células inmunes de otros individuos.

Utilizando conjuntos de datos disponibles a través del Proyecto de Diversidad del Genoma de Simons, el Proyecto de Diversidad del Genoma de Indonesia, la Universidad de Massey y el Instituto Telethon Kids, que incluye datos de secuencia del genoma en cientos de poblaciones humanas diversas, el coautor principal y el investigador principal de la Universidad de Flinders, el doctor Owen Siggs, investigó la distribución mundial de la variante TNFAIP3.

La variante I207L que portan las familias de Sydney estaba ausente de la mayoría de las poblaciones, pero es común en las poblaciones indígenas al este de la Línea Wallace, una trinchera oceánica profunda que pasa entre Bali y Lombok y separa la fauna asiática al oeste de la fauna australiana al este. La variante I207L era común en personas de toda Oceanía, incluidas las personas con ascendencia indígena australiana, melanesia, maorí y polinesia.

El hecho de que esta versión rara del gen se haya enriquecido en estas poblaciones y muestre firmas genéticas de selección positiva, significa que casi con certeza fue beneficiosa para la salud  humana, dice el profesor asociado Gray.

El equipo también descubrió la variante I207L en la secuencia del genoma de una especie humana extinta, extraída del hueso de un dedo de una niña denisovana de hace 50 000 años, que se encuentra dentro de la cueva Denisova en las montañas de Altai en Siberia. Hacer esa conexión fue extremadamente emocionante, admite el doctor Siggs.

La variante I207L,  estaba presente en dos copias en la niña denisovana, pero ausente de los restos de neandertales de la misma cueva, lo que indica que la variante del gen que mejora la inmunidad surgió después de la divergencia de los linajes de denisovanos y neandertales hace unos 400 000 años.

Para investigar los efectos de la variante del gen Denisovan en el sistema inmune, el coautor, el doctor Nathan Zammit, replicó la variante I207L en un modelo de ratón. Cuando se expuso a una cepa patógena del virus Coxsackie, un virus que se aisló originalmente de un caso mortal de infección infantil humana, los ratones con la variante denisovana tuvieron reacciones inmunes más fuertes y resistieron mejor la infección que los ratones sin el gen denisovano, explica el doctor Zammit.

Nuestro estudio indica que la variante denisovana, y otras similares, actúan en un dial de control de temperatura en el sistema inmune, aumentando la temperatura para cambiar la forma en que respondemos a los diferentes microbios, dice el profesor Goodnow.

Anteriormente se pensaba que A20, un gen que es central para el sistema inmune, es binario, ya sea que esté encendido o apagado, agrega el profesor asociado Gray. De hecho, nos ha sintonizado como individuos con los puntos de Ricitos de Oro óptimos en el medio, donde las reacciones inmunes no son ni demasiado calientes ni demasiado frías, y eso abre el campo de par en par.

octubre 07/2019 (Prensa Latina) -Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.