Un sutil cambio en un único gen permitió a los humanos modernos generar más neuronas que los Neandertales

23 septiembre, 2022

El cambio de un solo aminoácido en la proteína TKTL1 podría haber dado a nuestra especie una ventaja al permitir la formación de un número mayor de neuronas en el neocórtex cerebral.

El cambio de un único aminoácido en una proteína, la TKTL1, podría haber dado a los humanos modernos una decisiva ventaja sobre sus contemporáneos, los neandertales, al permitir la formación de un mayor número de neuronas en el neocórtex cerebral y contribuir de forma decisiva a las diferencias cognitivas entre los primeros humanos de nuestra especie y otras variantes humanas que terminaron por extinguirse . Esa es la extraordinaria conclusión a la que ha llegado un extenso equipo internacional de investigadores, del Instituto Max Planck de Biología Molecular Celular y Genética, y que se publica en la revista ‘Science, (A.Pinson et al. Science, Vol 377, Issue 6611,DOI: 10.1126/science.abl6422

La región exterior de la corteza cerebral, el neocórtex, es directamente responsable de las capacidades cognitivas. En los humanos, esta estructura es grande y compleja, lo que se cree que dota a nuestra especie de habilidades únicas y extraordinarias. Sin embargo, la evolución del neocórtex en los homínidos no se comprende aún demasiado bien, y a pesar de que existe evidencia fósil que indica que los cerebros de los neandertales tenían un tamaño similar al de los humanos modernos, se desconoce cuáles habrían podido ser sus diferencias en cuanto a funciones y estructura. En este trabajo se han comparado secuencias de genomas de humanos modernos con las de neandertales y simios y han descubierto una sustitución de un único aminoácido (lisina por arginina), codificada en el gen TKTL1 y que se da sólo en los humanos modernos

Un solo aminoácido

Al colocar el aminoácido humano en un organoide (una versión simplificada y en miniatura de un órgano) obtenido a partir de human stem cells (células madre) , o al sobreexpresar el gen en cerebros no humanos (ratones y hurones), los investigadores se dieron cuenta de que la variante humana moderna del TKTL1 generaba más neuro progenitores de glía basal (generadoras de neuronas) que la variante del gen no humano, lo que resultaba en la producción de un número mucho mayor de neuronas neocorticales.

Al contrario, al interrumpir la expresión del aminoácido o reemplazarlo por su variante arcaica en tejido neocortical de fetos humanos u organoides cerebrales, la producción de neuronas se reducía drásticamente. Juntas, estas observaciones abren el camino para descubrir los cambios evolutivos específicos que dieron forma al cerebro humano moderno, diferenciándolo del de todos sus congéneres.

Lóbulo frontal

La relevancia de estos hallazgos es que demuestran la importancia crítica de este único cambio de aminoácidos entre los neandertales y los humanos modernos en el desarrollo embrionario de su corteza cerebral, lo que condujo a una proliferación de células progenitoras y neurogénesis mucho mayor en los humanos modernos. Dado que TKTL1 se expresa en mayor medida en el lóbulo frontal de los humanos modernos, los resultados de este estudio sugieren, además, que este pequeño cambio genético puede haber sido clave en la expansión característica del lóbulo frontal en los humanos modernos en comparación con los humanos antiguos y otros primates no humanos, adquiriendo su forma típica moderna.

Limitaciones

El cerebro es un órgano increíblemente complejo y el proceso cognitivo lo es mucho más, porque abarca además factores ambientales de todo tipo. Las conclusiones tan importantes obtenidas a partir de un único gen y de un experimento de cultivo o expresión celular, deben replicarse

*Gen TKTL1. Regulación del desarrollo neuronal en el cortex cerebral. Alteraciones en el gen se asocian al síndrome de Wernicke-Korsakoff.

*El síndrome de Wernicke-Korsakoff es formado por dos síndromes diferentes, aunque según algunos científicos creen, son diferentes etapas de la misma enfermedad, que se llama el síndrome de Wernicke-Korsakoff.

La encefalopatía de Wernicke representa la fase “aguda” de la enfermedad y el síndrome de Korsakoff representa la fase “crónica” de la enfermedad.

Las señales y síntomas de la encefalopatía de Wernicke comúnmente incluyen:

  • Encefalopatía (desorientación profunda o confusión mental, no poder pensar con claridad e indiferencia)
  • Problemas de la vista (visión dupla, movimientos anormales de los ojos (nistagmos) y parpados caídos
  • Perdida de la coordinación de los movimientos (ataxia).

Las principales características del síndrome de Korsakoff son alteraciones en la memoria reciente o en la capacidad de adquirir nueva información o de establecer nuevos recuerdos, así como problemas en recordar eventos anteriores.

Fuente: Noticia ABC, 12/9/2022 (https://www.madrimasd.org/notiweb/9 Septiembre 2022)

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