disparadores de genes de tamanho de cérebro humano maior do cérebro no feto macaco

A expansão do cérebro humano durante a evolução, especificamente do neocórtex, está ligada às nossas habilidades cognitivas como raciocínio e linguagem. Um determinado gene chamado ARHGAP11B que apenas é encontrado em seres humanos gatilhos células-tronco cerebral para formar mais células, um pré-requisito para um cérebro maior da haste. Estudos anteriores têm demonstrado que ARHGAP11B, quando expressos em ratos e furões para níveis unphysiologically elevadas, provoca uma neocórtex expandido, mas a sua relevância para a evolução primata tem sido pouco clara. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular Molecular e Genética (MPI-CBG) em Dresden, juntamente com colegas do Instituto Central de Animais Experimentais (CIEA) em Kawasaki e da Universidade Keio, em Tóquio, ambos localizados no Japão, mostram agora que esta gene específica para um humano, quando expresso a níveis fisiológicos, provoca um neocórtex alargada no saguim comum, um macaco do Novo mundo. Isto sugere que o gene pode ter causado ARHGAP11B expansão neocórtex durante a evolução humana. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Science.

O neocórtex humano, a parte evolutivamente mais jovem do córtex cerebral, é cerca de três vezes maior do que a dos nossos parentes mais próximos, os chimpanzés, e a sua dobragem em rugas aumentada durante a evolução para se encaixar dentro do espaço restrito do crânio. Uma questão-chave para os cientistas é como o neocórtex humano tornou-se tão grande. Num estudo de 2015, o grupo de Wieland Huttner, um director fundação do IPM-CBG, investigação verificou que, sob a influência da ARHGAP11B gene específica para um humano, os embriões de rato produzido muitas células progenitoras mais neurais e poderia mesmo, objecto de dobragem da sua normalmente neocortex desdobrado. Os resultados sugerem que o ARHGAP11B gene desempenha um papel fundamental na expansão evolutiva do neocórtex humano.

O aumento do gene específica para um humano

O gene específica para um humano ARHGAP11B surgiu através de uma duplicação parcial do ARHGAP11A gene ubíqua aproximadamente cinco milhões de anos atrás, ao longo da linhagem evolutiva levando a neandertalenses, Denisovans, e seres humanos de hoje em dia, e depois esta linhagem tinha segregados a partir de que conduz ao chimpanzé. Num estudo de acompanhamento, em 2016, o grupo de Wieland Huttner pesquisa revelou uma razão surpreendente porque a proteína ARHGAP11B contém uma sequência de 47 amino ácidos que é específico humano, não encontrado na proteína ARHGAP11A, e essencial para a capacidade do ARHGAP11B para aumento as células-tronco cerebral. Especificamente, uma única substituição de base de C para G encontrado nas derivações de genes ARHGAP11B para a perda de 55 nucleótidos a partir do ARHGAP11B RNA mensageiro, o qual causa um desvio na estrutura de leitura, resultando em o-specific humano, funcionalmente crítico 47 a sequência de aminoácidos . Esta substituição de base, provavelmente, aconteceu muito mais tarde do que quando este gene surgiu cerca de 5 milhões de anos atrás, a qualquer momento entre 1,5 milhão e 500.000 anos atrás. Tais mutações pontuais não são raros, mas no caso de ARHGAP11B suas vantagens de formar um cérebro maior parecem ter evolução humana imediatamente influenciado.

O efeito do gene em macacos

No entanto, tem sido pouco clara, até agora, se o gene específico ARHGAP11B-humano também iria causar uma neocórtex alargada em primatas não humanos. Para investigar isso, os pesquisadores do grupo de Wieland Huttner uniram-se com Erika Sasaki no Instituto Central de Animais Experimentais (CIEA) em Kawasaki e Hideyuki Okano da Universidade Keio, em Tóquio, ambos localizados no Japão, que foi pioneira no desenvolvimento de uma tecnologia para gerar transgénicos primatas não-humanos. O primeiro autor do estudo, Michael postdoc Heide, viajou ao Japão para trabalhar com os colegas diretamente no local. Eles geraram saguis comuns transgênicos, um macaco de mundo novo, que expressou a ARHGAP11B gene específico do humano, que normalmente não têm, no neocórtex em desenvolvimento. Japão tem igualmente elevados padrões e normas éticas relacionadas com a pesquisa animal e bem-estar animal como a Alemanha faz. Os cérebros de 101 dias de idade fetos comum sagüi (50 dias antes da data normal nascimento) foram obtidos no Japão e exportados para a MPI-CBG em Dresden para análise detalhada. Michael Heide explica: "Descobrimos, de facto, que o neocórtex do cérebro saguim comum foi alargada e a superfície do cérebro dobrado sua placa cortical foi também mais espessa do que o normal Além disso, podemos ver um aumento do número de células progenitoras da glia radiais basais na zona subventricular exterior.. e aumento do número de neurónios da camada superior, o tipo de neurónio que os aumentos na evolução dos primatas." Os pesquisadores tinham evidência agora funcional que ARHGAP11B provoca uma expansão do neocortex primata.

Consideração ética

Wieland Huttner, que liderou o estudo, acrescenta: "Nós confinado nossas análises para fetos sagüi, porque nós antecipamos que a expressão desse gene específico do humano afetaria o desenvolvimento neocortex na sagüi À luz das potenciais consequências imprevisíveis no que diz respeito ao pós-natal. função cerebral, considerou-se um pré-requisito e obrigatório a partir de um ponto de vista ético, primeiro determinar os efeitos de ARHGAP11B sobre o desenvolvimento do neocortex sagüi fetal."

Os investigadores concluem que estes resultados sugerem que o gene específico ARHGAP11B-humano pode ter causado expansão neocórtex no decurso da evolução humana.

fonte: 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>.