Los genes humanos que más rápido evolucionan están vinculados a cambios evolutivos en el desarrollo del cerebro

MURCIA (EP). Más de 3.000 regiones del genoma humano son muy diferentes en las personas que en cualquier otro mamífero, incluidos nuestros parientes primates más cercanos. Ahora, un estudio publicado en la revista 'Neuron' tiene pruebas que confirman que casi la mitad de estas denominadas regiones aceleradas humanas (HAR) han desempeñado un importante papel en la reescritura del curso del desarrollo del cerebro humano, ofreciendo una importante visión de la base genética de la evolución humana.

"Probablemente una de las preguntas más interesantes de la neurociencia es: "¿Qué nos hace humanos? --comenta Christopher Walsh, de la Universidad de Harvard y del Allen Discovery Center for Human Brain Evolution, en Estados Unidos--. Concretamente, ¿qué tiene el cerebro humano que lo diferencia de los de otras especies estrechamente relacionadas? Observar las regiones aceleradas humanas nos proporcionó una forma muy específica de investigar esa cuestión desde una perspectiva genética".

Para identificar sistemáticamente cuáles de las 3.171 regiones aceleradas previamente identificadas tienen más probabilidades de contribuir a la evolución reciente de la corteza cerebral humana, los investigadores examinaron el papel de estas regiones en la regulación de genes en estudios de múltiples tipos de células y tejidos humanos y de ratón.

"Sabíamos al iniciar este estudio que muchas HARs probablemente funcionaban como reguladores de la expresión génica en el cerebro, pero sabíamos muy poco sobre en qué tipos de células del cerebro funcionaban, dónde o en qué momento de la vida humana -explica Ellen DeGennaro, una de las primeras autoras del estudio en el laboratorio de Walsh--. Nuestro objetivo era llenar estas lagunas de conocimiento sobre qué HARs tenían papeles importantes en el cerebro, y cómo, para que nosotros y otros investigadores pudiéramos tomar los 'HARs cerebrales' más importantes y realizar pruebas más profundas de su función evolutiva".

Para superar las limitaciones de los métodos anteriores, Walsh y sus colegas desarrollaron un enfoque aplicado llamado CaptureMPRA. El nuevo método aprovecha las sondas de inversión molecular con código de barras para capturar secuencias objetivo que captan elementos HAR enteros y su ADN circundante, superando así algunas limitaciones de las técnicas anteriores. Con este método, buscaron diferencias importantes en la función potenciadora de HAR entre humanos y chimpancés.

También integraron estos datos con los datos epigenéticos de los HAR en las células neurales fetales humanas para identificar los HAR que parecían tener un papel importante en la orientación del desarrollo cerebral específico de los humanos. Parte de la actividad que descubrieron era específica del cerebro, en comparación con otros órganos del cuerpo. Asimismo hallaron una actividad aún más específica para ciertos tipos de células en el cerebro fetal, a diferencia de los cerebros de los adultos.

En general, los nuevos descubrimientos muestran que muchas HAR parecen actuar como potenciadores del neurodesarrollo, informan los investigadores. Los nuevos datos sugieren que, a medida que esas secuencias humanas divergen de otros mamíferos, han aumentado en gran medida su papel como potenciadores neuronales.

Los investigadores también muestran que un gen regulado por HAR en particular, llamado PPP1R17, ha sufrido un rápido cambio tanto en el tipo de célula como en los patrones de expresión del desarrollo entre los no primates y los primates y entre los primates no humanos y los humanos.

A continuación, demostraron que la PPP1R17 ralentiza la progresión de las células progenitoras neurales a través del ciclo celular. Esto es notable, dado que se sabe que el alargamiento del ciclo celular en primates no humanos y en humanos fuerza una ralentización del desarrollo neurológico, una característica importante del cerebro humano.

Los nuevos hallazgos definen muchos HAR que desempeñan funciones clave en los programas de regulación genética neuronal; según los investigadores, casi la mitad de todos los HAR muestran una accesibilidad a la cromatina y una actividad potenciadora reproducibles en células y tejidos neuronales.

También han desarrollado un recurso en línea de fácil búsqueda (el HARHub) que consiste en los nuevos datos y en conjuntos de datos previamente publicados sobre la variación de la secuencia de los HAR humanos comunes y raros. Este banco de datos sirve ahora como recurso para que los científicos hagan aún más descubrimientos. Ya ha ofrecido conocimientos intrigantes.

"Nuestro trabajo supone un importante avance en el estudio de muchas regiones genómicas a la vez para ayudarnos a reconstruir el complicado pero convincente panorama de la evolución del cerebro humano --afirma Walsh--. Nuestros datos sugieren que la evolución del cerebro humano implicó cambios en docenas o tal vez incluso cientos de sitios en el genoma, en lugar de un solo gen clave".