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

En colaboración con el grupo de Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (Alemania), científicos del también alemán Instituto Max Planck de Biología Molecular y Celular y Genética confirman ahora los resultados: el gen ARHGAP11B –implicado en el desarrollo de una región del cerebro que se encarga de la percepción sensorial, la actividad motora, el pensamiento consciente y el lenguaje– se encuentra únicamente en los humanos modernos, neandertales y denisovanos.

Según el nuevo estudio, publicado en Science, “el gen se generó como producto de una duplicación incompleta de un segundo gen ARHGAP11A, ocurrido tras la separación de los linajes de humanos y chimpancés durante la evolución”, señala a Sinc Marta Florio, primera firmante del trabajo. Su investigación revela que solo el genoma humano está dotado de este gen.

Los científicos analizaron la función de este gen en el desarrollo del neocórtex, que corresponde con las áreas más evolucionadas de la corteza cerebral, y en especial en la generación de neuronas –la neurogénesis– desde las células progenitoras. Sus conclusiones indican que ARHGAP11B “podría desempeñar un papel en la orquestación del número de neuronas generadas en el neo córtex humano y en su expansión”, dice Florio.

Los resultados arrojan luz sobre la evolución del linaje humano poco después de que divergiera de los chimpancés. Además, permite diferenciar a humanos y homínidos de los simios más antiguos, evolutivamente hablando.

Para confirmar sus hipótesis, Florio y sus colegas insertaron el gen en el cerebro embrionario del ratón. “Los ratones tienen un cerebro pequeño y un neocórtex liso, con relativamente pocas neuronas. Es lo que conocemos como un cerebro ‘lisencefálico”, explica la investigadora, quien destaca que durante su desarrollo embrionario el número de células madre, en particular las células progenitoras, es inferior comparado al de especies con cerebros mayores, como los humanos.

Según Florio, la abundancia de estas células y su habilidad para dividirse múltiples veces antes de generar las neuronas “es clave para la expansión evolutiva del neo córtex de las especies con grandes cerebros”, afirma la científica.

Al insertar el gen en el cerebro en desarrollo de un ratón, los investigadores descubrieron que el número de estas células progenitoras había aumentado, ya que empezaron a dividirse para generar más células progenitoras.

“Al final del desarrollo embrionario, la superficie del neocórtex empezó a arrugarse y a presentar pliegues en la superficie exterior del cerebro, lo que recordaba al cerebro ‘girencefálico’ de los humanos”, recalca Florio. Según explica la investigadora, el plegado del neocórtex es una estrategia diseñada por la evolución para albergar más neuronas en un tamaño relativamente compacto. (Fuente: SINC)
diciembre 28/2016 (noticiasdelaciencia.com)