MADRID, 15 Sep. (EUROPA PRESS) -
Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG), en Alemania, descubren una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal durante el desarrollo del cerebro en los humanos modernos que en los neandertales, debido al cambio de un solo aminoácido en la proteína TKTL1, según publican en la revista 'Science'.
La cuestión de qué es lo que hace únicos a los humanos modernos ha sido durante mucho tiempo una tema de gran interés para los investigadores. El aumento del tamaño del cerebro y de la producción de neuronas durante el desarrollo cerebral se consideran factores importantes para el aumento de las capacidades cognitivas que se produjo durante la evolución humana.
Sin embargo, aunque tanto los neandertales como los humanos modernos desarrollan cerebros de tamaño similar, se sabe muy poco sobre si los cerebros de los humanos modernos y los neandertales pueden haber diferido en cuanto a su producción de neuronas durante el desarrollo.
Ahora los investigadores han demostrado que la variante humana moderna de la proteína TKTL1, que difiere en un solo aminoácido de la variante neandertal, aumenta un tipo de células progenitoras cerebrales, llamadas glía radial basal, en el cerebro humano moderno.
Las células de la glía radial basal generan la mayoría de las neuronas del neocórtex en desarrollo, una parte del cerebro que es crucial para muchas capacidades cognitivas. Dado que la actividad de TKTL1 es especialmente elevada en el lóbulo frontal del cerebro humano fetal, los investigadores concluyen que esta única sustitución de aminoácidos específica de los humanos en TKTL1 subyace a una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal del neocórtex en desarrollo en los humanos modernos que en los neandertales.
Sólo un pequeño número de proteínas presenta diferencias en la secuencia de sus aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas) entre los humanos modernos y nuestros parientes extintos, los neandertales y los denisovanos.
Se desconoce en gran medida la importancia biológica de estas diferencias para el desarrollo del cerebro humano moderno. De hecho, tanto los humanos modernos como los neandertales presentan un cerebro, y en particular un neocórtex, de tamaño similar, pero aún no está claro si este tamaño similar del neocórtex implica un número similar de neuronas.
El último estudio del grupo de investigación de Wieland Huttner, uno de los directores fundadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG), realizado en colaboración con Svante Pbo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig, y Pauline Wimberger, del Hospital Universitario de Dresde, y sus colegas, aborda precisamente esta cuestión.
Los investigadores se centraron en una de estas proteínas que presenta un único cambio de aminoácido en prácticamente todos los humanos modernos en comparación con los neandertales, la proteína transketolasa-like 1 (TKTL1).
En concreto, en los humanos modernos la TKTL1 contiene una arginina en la posición de la secuencia en cuestión, mientras que en los neandertales la TKTL1 es el aminoácido relacionado lisina. En el neocórtex humano fetal, TKTL1 se encuentra en las células progenitoras neocorticales, las células de las que derivan todas las neuronas corticales. En particular, el nivel de TKTL1 es más alto en las células progenitoras del lóbulo frontal.
Anneline Pinson, autora principal del estudio e investigadora del grupo de Wieland Huttner, se propuso investigar la importancia de este cambio de un aminoácido para el desarrollo del neocórtex. Anneline y sus colegas introdujeron la variante humana moderna o la neandertal de TKTL1 en el neocórtex de embriones de ratón.
Observaron que las células gliales radiales basales, el tipo de progenitores neocorticales que se cree que son el motor de un cerebro más grande, aumentaban con la variante humana moderna de TKTL1 pero no con la variante neandertal. En consecuencia, los cerebros de los embriones de ratón con la TKTL1 humana moderna contenían más neuronas.
Después de esto, los investigadores exploraron la relevancia de estos efectos para el desarrollo del cerebro humano. Para ello, sustituyeron la arginina de la TKTL1 de los humanos modernos por la lisina característica de la TKTL1 de los neandertales, utilizando organoides cerebrales humanos (estructuras en miniatura parecidas a órganos que pueden crecer a partir de células madre humanas en placas de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano).
"Descubrimos que con el aminoácido de tipo neandertal en TKTL1 se producían menos células gliales radiales basales que con el tipo humano moderno y, en consecuencia, también menos neuronas --apunta Anneline Pinson--. Esto nos muestra que, aunque no sabemos cuántas neuronas tenía el cerebro neandertal, podemos suponer que los humanos modernos tienen más neuronas en el lóbulo frontal del cerebro, donde la actividad de TKTL1 es mayor, que los neandertales".
Los investigadores también descubrieron que la TKTL1 de los humanos modernos actúa a través de cambios en el metabolismo, concretamente una estimulación de la vía de la pentosa fosfato seguida de un aumento de la síntesis de ácidos grasos. De este modo, se cree que la TKTL1 humana moderna aumenta la síntesis de ciertos lípidos de membrana necesarios para generar el largo proceso de las células gliales radiales basales que estimula su proliferación y, por tanto, para aumentar la producción de neuronas.
"Este estudio implica que la producción de neuronas en el neocórtex durante el desarrollo fetal es mayor en los humanos modernos que en los neandertales, en particular en el lóbulo frontal --resume Wieland Huttner, que supervisó el estudio--. Es tentador especular que esto promovió las capacidades cognitivas de los humanos modernos asociadas al lóbulo frontal".
