desencadenantes de genes tamaño del cerebro humano más grande del cerebro en el feto de mono

La expansión del cerebro humano durante la evolución, en concreto de la neocorteza, está vinculada a nuestras capacidades cognitivas tales como el razonamiento y el lenguaje. Un cierto gen llamado ARHGAP11B que sólo se encuentra en los seres humanos disparadores células madre del cerebro para formar más células, un requisito previo para un cerebro más grande del tallo. Estudios anteriores han demostrado que ARHGAP11B, cuando se expresa en ratones y hurones a los niveles altos no fisiológica, provoca un neocórtex expandido, pero su relevancia para la evolución de los primates ha sido claro. Los investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresde, junto con colegas en el Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) en Kawasaki y la Universidad de Keio en Tokio, ambos ubicados en Japón, muestran ahora que este gen específico humano, cuando se expresa a niveles fisiológicos, provoca un neocortex ampliada en el tití común, un mono del Nuevo Mundo. Esto sugiere que el gen ARHGAP11B puede haber causado la expansión neocórtex durante la evolución humana. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Science.

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 plegamiento en las arrugas aumenta durante la evolución para encajar dentro del espacio restringido del cráneo. Una cuestión clave para los científicos es cómo la neocorteza humana llegó a ser tan grande. En un estudio de 2015, el grupo de investigación de Wieland Huttner, un director de fundación de la MPI-CBG, se encontró que bajo la influencia de la ARHGAP11B gen específico humano, embriones de ratón producen muchas células progenitoras más neuronales e incluso podría sufrir plegable de su normalmente neocortex desplegada. Los resultados sugieren que el ARHGAP11B gen juega un papel clave en la expansión evolutiva de la corteza cerebral humana.

El aumento del gen específico-humana

El gen específico humano ARHGAP11B surgió a través de una duplicación parcial de la ARHGAP11A gen ubicuo Hace aproximadamente cinco millones de años, junto al linaje evolutivo que conduce a los neandertales, Denisovanos, y los humanos actuales, y después de este linaje se había segregado de que conduce a la chimpancé. En un estudio de seguimiento en 2016, el grupo de investigación de Wieland Huttner descubrió una sorprendente razón de por qué la proteína ARHGAP11B contiene una secuencia de 47 aminoácidos que es humano específico, que no se encuentra en la proteína ARHGAP11A, y es esencial para la capacidad del ARHGAP11B al aumento células madre del cerebro. Específicamente, una única sustitución de bases de C a G se encontró en las derivaciones de genes ARHGAP11B a la pérdida de 55 nucleótidos del ARN mensajero ARHGAP11B, lo que provoca un cambio en el marco de lectura dando como resultado la específica humana, funcionalmente crítico 47 de secuencia de aminoácidos . 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 raros, pero en el caso de ARHGAP11B sus ventajas de formar un cerebro más grande parecen tener la evolución humana influido inmediatamente.

El efecto del gen en monos

Sin embargo, no ha estado claro hasta ahora si el ARHGAP11B gen específico-humano también causaría una neocortex ampliada en primates no humanos. Para investigar esto, los investigadores del grupo de Wieland Huttner asoció con Erika Sasaki en el Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) en Kawasaki y Hideyuki Okano de la Universidad de Keio en Tokio, ambas ubicadas en Japón, que había sido pionera en el desarrollo de una tecnología para generar primates no humanos transgénicos. El primer autor del estudio, post-doctorado Michael Heide, viajó a Japón para trabajar con los colegas directamente en el lugar. Se generaron titíes comunes transgénicos, un mono del Nuevo Mundo, que expresa el gen ARHGAP11B humanos específicos, que normalmente no tienen, en el neocórtex en desarrollo. Japón tiene igualmente altos estándares y normas éticas relacionadas con la investigación animal y bienestar de los animales como lo hace Alemania. Los cerebros de los 101 días de edad, los fetos tití común (50 días antes de la fecha normal al nacer) se obtuvieron en Japón y exportados a la MPI-CBG en Dresde para un análisis detallado. Michael Heide explica: "Hemos encontrado de hecho que el neocórtex del cerebro tití común se amplió y se pliega la superficie del cerebro su placa cortical también era más gruesa de lo normal Además, pudimos ver aumento del número de progenitores gliales radiales basales en la zona subventricular exterior.. y el número de neuronas de la capa superior aumentado, el tipo de neurona que "los aumentos en la evolución de los primates. Los investigadores tenían evidencia ahora funcional que ARHGAP11B provoca una expansión de la corteza cerebral de los primates.

Consideración ética

Wieland Huttner, que dirigió el estudio, añade: "Nos limitamos nuestro análisis a los fetos tití, ya que anticipamos que la expresión de este gen humanos específicos afectaría el desarrollo neocórtex en el tití A la luz de las posibles consecuencias imprevisibles en cuanto a postnatal. la función cerebral, se consideró que era un requisito previo y obligatorio desde un punto de vista ético, para determinar los efectos de la primera ARHGAP11B en el desarrollo de la corteza cerebral del feto tití."

Los investigadores concluyen que estos resultados sugieren que el gen ARHGAP11B específica humana pudo haber causado la expansión neocórtex en el curso de la evolución humana.

fuente: Max-Planck-Gesellschaft. "Human brain size gene triggers bigger brain in monkey fetus." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618150301.htm>.