Un gen nos hizo listos
La ciencia descubre el mecanismo celular detrás del crecimiento que ha experimentado el cerebro a lo largo de la evolución
La evolución hizo que el cerebro humano aumentara de tamaño respecto al de sus antecesores por un mecanismo hasta ahora desconocido. Gracias al estudio en el laboratorio de organoides cerebrales, se ha podido hallar que la clave del misterio está en el prolongado tiempo de transformación de las células que dan lugar a las neuronas. Que este paso sea más largo permite que surjan más células progenitoras y, por tanto, más neuronas en un futuro.
Patrones de expresión genética específicos en humanos, en comparación con otros grandes simios, se encuentran detrás del fenómeno. La investigación ve la luz este miércoles en la revista Cell.
El gran y complejo cerebro humano es una de las características más distintivas de nuestra especie. De todos los primates, somos el que ha logrado un órgano de mayor tamaño. Tanto así, que nuestro cerebro triplica al de un gorila o un chimpancé, nuestros parientes más cercanos.
Se ha intentado entender la causa de esta rápida expansión evolutiva con estudios comparativos con animales como ratones o macacos. Pero la investigación se enfrentaba al gran problema de abordar las etapas más tempranas del desarrollo cerebral, antes incluso de la formación de las primeras neuronas, periodos en los que se sospechaba que se hallaba la clave del mayor tamaño del cerebro humano.
“La hipótesis en la que todo el mundo pensaba era que tendría que haber algún mecanismo que aumentara la proliferación de las células progenitoras antes de crear neuronas”, explica la primera autora del estudio Silvia Benito Kwiecinski, del laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica del Reino Unido.
El equipo detrás de la nueva investigación, dirigido por la bióloga Madeline Lancaster, tenía un as bajo la manga para superar las dificultades: los organoides cerebrales. Lancaster formó parte del equipo que creó los primeros mini cerebros cultivados en laboratorio en el 2013.
Los organoides cerebrales suponen las réplicas del cerebro más realistas que tenemos hasta la fecha. Al tener la capacidad de autoorganizar sus células –neuronas y células gliales–, proveen a los investigadores de una herramienta muy útil para observar cómo se desarrolla este órgano.
El grupo de Lancaster empleó mini cerebros derivados de células humanas, de gorilas y de chimpancés para estudiar qué ocurría antes de que aparecieran las neuronas y qué diferencias presentaban los tres modelos entre sí.
Según explica Benito, su trabajo se centró en observar el comportamiento de las células progenitoras de neuronas muy pronto en el desarrollo embrionario, unas cuatro semanas tras la concepción.
Hubo un proceso en concreto que llamó su atención: la transformación de las denominadas células neuroepiteliales a células gliales radiales. Entre ambas progenitoras se daba un proceso de transición con células intermedias.
“Lo que se sabía gracias a estudios de ratones era que este cambio entre neuroepiteliales y gliales era algo que ocurría muy rápido. Nunca se había visto si había algo intermedio. Nosotros hemos visto por primera vez que hay otro proceso ocurriendo en los cerebros de los simios”, cuenta la investigadora.
En el caso de los organoides humanos, este periodo de transición tardaba más en comenzar e iba ligado a ciclos celulares más cortos en las células neuroepiteliales. Es decir, se multiplicaban más rápido por lo que luego se desarrollarían más neuronas. Por eso, el equipo observó cómo los mini cerebros humanos crecieron más que los de los simios
Detrás de la diferencia en esta especie de metamorfosis celular se encontraba un gen, el ZEB2. Este se activó antes en los organoides del cerebro de los gorilas que en los organoides humanos, algo que pudieron determinar mediante secuenciación del ARN.
“Este gen era uno de los principales candidatos. Es un gen interesante porque regula la transición epitelio-mesénquima. Es decir, hace que células epiteliales se hagan menos epiteliales. Y eso es justo lo que ocurre en el cambio de neuroepilelial a glial”, explica Silvia Benito.
Los investigadores señalan que los organoides son un modelo, que aunque sea el mejor hasta la fecha, no replican a la perfección los cerebros reales.
El largo tiempo de transformación de las células que dan lugar a las neuronas permite cerebros mayores