Explorando los genes únicos detrás de nuestros grandes cerebros
Un grupo de genes que se encuentra solo en humanos y surgió en nuestros antepasados hace 3-4 millones de años puede haber impulsado la evolución de nuestros cerebros más grandes.
Esta revelación, y el trabajo que la llevó a ella, es el tema de dos estudios que ahora se publican en la revista. Celda.
Un estudio fue dirigido por la Universidad de California (UC) Santa Cruz, y el otro fue dirigido por la Université Libre de Bruxelles en Bélgica.
Los hallazgos cubren un vacío en nuestro conocimiento sobre los cambios que impulsaron la evolución de nuestros cerebros más grandes y nos dieron la capacidad de pensar y resolver problemas.
Los genes, llamados NOTCH2NL, pertenecen a una familia muy antigua llamada Notch que se identificó por primera vez en las moscas de la fruta; obtuvieron su nombre porque estaban vinculados a fallas genéticas que causaron que las moscas tuvieran alas con muescas.
Cómo NOTCH2NL aumenta el número de neuronas
Los genes Notch se remontan a "cientos de millones de años" y "juegan un papel importante en el desarrollo embrionario", dice David Haussler, profesor de ingeniería biomolecular en UC Santa Cruz y coautor principal del primer artículo de estudio.
“Descubrir”, continúa, “que los seres humanos tienen un nuevo miembro de esta familia que participa en el desarrollo del cerebro es extremadamente emocionante”.
Los investigadores encontraron que los genes NOTCH2NL, exclusivos para humanos, parecen tener un papel clave en el desarrollo de la corteza humana, la sede de las habilidades cognitivas avanzadas como el razonamiento y el lenguaje.
Los genes se expresan fuertemente en las células madre neurales de la corteza y retrasan su maduración en tipos celulares específicos.
Este retraso da como resultado la acumulación de un grupo más grande de células madre, lo que, a su vez, conduce a que se produzcan más neuronas a lo largo del desarrollo del cerebro.
Los genes aumentan la señalización durante el desarrollo
Los genes NOTCH2NL están ubicados en un área del genoma humano, “el brazo largo del cromosoma 1”, que se ha relacionado con varios trastornos del desarrollo neurológico como el autismo, la microcefalia, la macrocefalia y la esquizofrenia.
Algunos de los trastornos están relacionados con la duplicación de grandes secciones de ADN y algunos están relacionados con deleciones. Se les conoce por su nombre colectivo "Síndromes de deleción / duplicación 1q21.1".
Las proteínas codificadas por la familia de genes Notch están relacionadas con la señalización dentro de las células y también entre las células.
Muchas de estas señales dirigen el destino de las células madre, por ejemplo, si se diferencian en células cerebrales o cardíacas, en muchas partes del cuerpo.
Los investigadores encontraron que los genes NOTCH2NL codifican proteínas que "mejoran" la señalización de Notch.
"La señalización de Notch", explica la coautora principal del estudio, la Dra. Sofie R. Salama, quien es científica investigadora en ingeniería biomolecular en UC Santa Cruz, "ya era conocida por ser importante en el desarrollo del sistema nervioso".
"NOTCH2NL parece amplificar la señalización de Notch, lo que conduce a una mayor proliferación de células madre neurales y una maduración neural retrasada", añade.
"Errores de copia de ADN"
Sin embargo, el Dr. Salama señala que los genes son solo parte de un proceso mucho más grande que controla el desarrollo de la corteza humana: no "actúan en el vacío".
Entraron en juego en un "momento provocador de la evolución humana". Ella y sus colegas también encontraron interesante que los genes estén asociados con trastornos del desarrollo.
Parece que los “errores de copia de ADN” que ocurrieron en nuestros antepasados que dieron lugar a los genes NOTCH2NL son de un tipo similar a los que dan lugar a trastornos neurológicos en el síndrome de deleción / duplicación 1q21.1.
Por lo general, los errores ocurren en ubicaciones de los cromosomas que tienen largas secuencias de ADN que son "casi idénticas".
"Estos largos segmentos de ADN que son casi idénticos pueden confundir la maquinaria de replicación y causar inestabilidad en el genoma", explica el profesor Haussler.
Paradójicamente, parecería que el proceso de duplicación de genes en la región del cromosoma 1 que nos dio nuestros cerebros más grandes también puede ser responsable de hacernos vulnerables al síndrome de deleción / duplicación 1q21.1.
Usando herramientas de secuenciación, los investigadores encontraron ocho versiones de NOTCH2NL en los humanos de hoy, y sospechan que hay más por descubrir.
Cada versión de NOTCH2NL varía ligeramente en la secuenciación de su ADN, pero el efecto sigue siendo un misterio.
Los genes mostraron diferencias sutiles cuando se probaron en células cultivadas en laboratorio. Sin embargo, todavía hay "mucho más trabajo por hacer" para descubrir qué significan estas diferencias, dice el Dr. Salama.
"Hemos descubierto que todos pueden promover la señalización Notch".
Dra. Sofie R. Salama
