Capacidades humanas. Mecanismos genéticos
Artículo interesante publicado en la revista Genética Médica. Os invito a compartir su lectura.
Identifican mecanismo genético que permitió la aparición de las capacidades humanas
Instituto de Neurociencias de Alicante CSIC-UMH
- El nivel de actividad de genes ampliamente
conservados durante la evolución, y no la aparición de nuevos genes, fue la clave para la
expansión de la corteza cerebral, que hizo posible su gran complejidad en
los mamíferos
- Esta modulación dio lugar a una nueva
forma de neurogénesis más eficiente, que hizo posible en
mamíferos la multiplicación exponencial del número de neuronas, la
expansión de la corteza cerebral y, con ello, la aparición en
última instancia de las capacidades que nos definen como humanos.
- Este notable descubrimiento del Grupo
de Neurogénesis y Expansión Cortical que dirige el doctor
Víctor Borrell, del Instituto de Neurociencias en Alicante
CSIC-UMH, se publica en Cell.
El tamaño del cerebro es
radicalmente diferente entre reptiles, aves y mamíferos debido fundamentalmente
a la diferencia de tamaño y complejidad de la corteza cerebral,
que llega a su máximo exponente en nuestra especie. Compuesta de
seis capas, frente a las tres de reptiles y aves, la corteza cerebral nos
permite controlar características exclusivamente humanas, como la
creatividad, el lenguaje, la escritura, la risa, las artes o la capacidad de
planificar acciones y prever sus consecuencias.
La expansión de la
corteza cerebral se inició con el paso a tierra de los anfibios, en
el Cámbrico, hace unos 500 millones de años, cuando la diversidad
de formas de vida experimentó una gran explosión. En ese momento se produjo la
aparición de los amniotas (reptiles, anfibios y aves), cuyo embrión está
provisto de una cavidad rellena de líquido (amnios) que les permitía
independizarse del agua para su reproducción y desarrollo.
Dejar el medio
acuático supuso un gran reto para el primitivo cerebro, que experimentó profundas modificaciones para
integrar la nueva información visual, acústica y olfativa que recibía fuera del
agua, así como para adaptarse a la nueva locomoción terrestre, que necesitó el
desarrollo de una musculatura corporal específica para mover las extremidades
anteriores y posteriores.
Todas estas modificaciones hicieron
evolucionar la pequeña y primitiva corteza cerebral de los anfibios hasta
convertirse en la mucho más grande y compleja de los mamíferos. Esto
ocurrió gracias a un aumento sin parangón en el número y tipos de
neuronas, que permitió el paso de una corteza formada por tres
capas de células, denominada paleocorteza (corteza antigua) propia de los
reptiles, a otra más evolucionada y con seis capas, típica de los
mamíferos, denominada neocorteza (corteza nueva). Este gran salto
cualitativo fue fundamental para el aumento progresivo en las
capacidades cognitivas en las distintas especies de mamíferos,
llegando en última instancia al nivel más alto en los primates y el ser humano.
LAS CÉLULAS MADRE DE
LAS NEURONAS
El desarrollo de la
corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial. Imagen:
Neuronas. Cortesía de Dr. Venissa Machado.
El desarrollo de la
corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial, las
células madre encargadas de generar neuronas y de guiarlas durante el
desarrollo embrionario hasta sus destinos finales dentro del cerebro. El
incremento en la neurogénesis embrionaria a lo largo de la evolución dependió
de una decisión binaria de las células de glía radial: la de generar
neuronas de forma directa o indirecta.
En reptiles y aves, la
mayoría de las neuronas corticales son producidas directamente a partir de las
células de glía radial, mientras que en la neocorteza de los mamíferos
la mayoría de las neuronas se producen de forma indirecta a través de células
progenitoras intermedias, que se agrupan en la denominada zona
subventricular, “la cuna de las neuronas”, exclusiva del cerebro de los
mamíferos. Este proceso para generar nuevas neuronas, aunque más lento,
permitió una amplificación exponencial de la producción de neuronas nuevas que
impulsó la evolución de la corteza a cerebral.
Hasta ahora se
desconocían los mecanismos que regularon esta expansión de la corteza cerebral desde
las tres capas de los reptiles y aves a las seis capas de los mamíferos. El
laboratorio del doctor Víctor Borrell, del Instituto de
Neurociencias de Alicante, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de
Elche y el CSIC, ha dado un paso muy importante precisamente para comprender,
tanto a nivel celular como genético, cómo tuvo lugar esta evolución,
fundamental para dotarnos de características únicas.
En concreto, han
identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la
corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura en los mamíferos
(neocorteza). Este hallazgo se hace aún más importante porque demuestra que
esta evolución no se debió a la aparición de nuevos genes, como se
ha sugerido recientemente, si no a la regulación fina de mecanismos genéticos
ya existentes en reptiles, que son comunes en todos los amniotas.
Fue la regulación de
los niveles de actividad de una vía de señalización altamente conservada, la
del gen Robo (abreviatura
de Roundabout, en inglés “rotonda”), la que hizo
posible el cambio en la forma de generar nuevas neuronas, pasando de una
neurogénesis directa y poco ineficaz a otra indirecta, mucho productiva.
Mientras que la neurogénesis directa, propia de reptiles y aves, limita el
número de neuronas nuevas y, por tanto, el tamaño de la corteza cerebral, la
aparición de la neurogénesis indirecta permitió la producción de un
volumen de neuronas sin precedentes. Esto se logró con la disminución de la
expresión del gen Robo durante la evolución de los amniotas, como mecanismo
primario que impulsó la expansión y la complejidad de la corteza cerebral a lo
largo de la escala evolutiva.
El equipo del doctor
Borrell ha utilizado experimentos de ganancia y pérdida de función
génica en embriones de ratones, pollos y serpientes, y también en organoides
cerebrales humanos, para demostrar que los niveles bajos del gen Robo,
combinados con niveles altos del gen Dll1, son necesarios y suficientes para
conducir a la neurogénesis indirecta que permitió el desarrollo de la corteza
cerebral cada vez más grande y compleja de los mamíferos. Además, han
comprobado experimentalmente en serpientes y aves que la disminución de
la señal de Robo y la potenciación de Dll1 recapitula este proceso evolutivo,
dando lugar a la formación de células madre que solo se forman en el cerebro de
mamíferos, y que son necesarias para la neurogénesis indirecta,
también exclusiva de mamíferos.
Referencia: Cárdenas A, et al. Evolution of Cortical
Neurogenesis in Amniotes Controlled by Robo Signaling Levels. Cell. 2018.
Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.007
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