Hallan en el cerebro de un tití una posible causa de la expansión de la neocórtex durante la evolución humana

La expansión del cerebro humano durante la evolución, específicamente del neocórtex, está vinculada a nuestras capacidades cognitivas, como el razonamiento y el lenguaje. Una nueva investigación ha encontrado en el cerebro de un tití la posible causa de la expansión del neocórtex durante la evolución humana, según publican en la revista 'Science'.

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 neocótex 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.