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Científicos de la Universidad de Duke han descubierto que el regulador genético llamado HARE5 es uno de los principales responsables de la diferencia de tamaño entre el cerebro humano y su pariente vivo más cercano, el chimpancé.

El tamaño del cerebro humano se expandió drásticamente durante el curso de la evolución, aportándonos capacidades únicas para usar el lenguaje abstracto y hacer matemáticas complejas. Pero hasta ahora no se conocía el proceso exacto de cómo el cerebro humano se había agrandado más que el de otras especies genéticamente similiares a nosotros.

En el estudio los científicos lograron seleccionar los principales cambios en el código genético entre los chimpancés y los seres humanos para luego visualizar sus respectivas contribuciones al desarrollo temprano del cerebro mediante el uso de embriones de ratón.

El equipo encontró que los seres humanos están equipados con pequeñas diferencias en un regulador específico de la actividad genética, llamado HARE5, que cuando se introduce en un embrión de ratón, dio lugar a un cerebro un 12 por ciento más grande que en los embriones tratados con la secuencia HARE5 de los chimpancés.

Los hallazgos pueden dar una idea no sólo lo de qué hace que el cerebro humano sea especial, sino también de por qué las personas padecen algunas patologías, como el autismo y la enfermedad de Alzheimer, que no sufren los chimpancés.

“Creo que sólo hemos arañado la superficie, en términos de lo que podemos obtener de este tipo de estudio”, dijo Debra Silver, profesora asistente de Genética Molecular y Microbiología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Duke. “Hay algunos otros candidatos realmente convincentes que encontramos que también nos puede llevar a una mejor comprensión de la singularidad del cerebro humano“.

Cada genoma contiene muchos miles de pequeños trozos de ADN llamados ‘potenciadores’, cuya función es controlar la actividad de los genes. Algunos de ellos son exclusivos de los humanos y algunos están activos en tejidos específicos, pero no se había demostrado previamente que alguno influyera directamente en la anatomía del cerebro.

En el nuevo estudio, los investigadores extrajeron las bases de datos de los datos genómicos de los seres humanos y los chimpancés para buscar potenciadores expresados principalmente en el tejido cerebral y en el desarrollo temprano. Así, dieron prioridad a los potenciadores que diferían notablemente entre las dos especies.

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La versión humana de una secuencia de ADN denominada HARE5 se convierte en un gen importante para el desarrollo cerebral (actividad de los genes se tiñe de azul), y causa un embrión de ratón para crecer un cerebro 12% más grande por el final de la gestación de un embrión inyectado con la versión de chimpancé de HARE5.

 

En el primer barrido del grupo, se localizaron 106 candidatos, seis de ellos cerca de genes que se cree que están involucrados en el desarrollo del cerebro. Los investigadores los llamaron “potenciadores reguladores de la aceleración humana” (HARE, por sus siglas en inglés), desde HARE1 hasta HARE6.

El candidato más fuerte era HARE5 por su localización cromosómica cerca de un gen llamado Frizzled 8, que es parte de una conocida vía molecular implicada en el desarrollo del cerebro y la enfermedad. Los científicos decidieron centrarse en HARE5 y luego demostraron que era probable que fuera un potenciador de Frizzled8 porque las dos secuencias de ADN tuvieron contacto físico en el tejido cerebral.

Las secuencias de HARE5 humano y HARE5 del chimpancé difieren en sólo 16 letras en su código genético, pero, en embriones de ratón, los investigadores encontraron que el potenciador humano estaba activo antes en el desarrollo y más activo en general que el promotor de chimpancé.

“Lo que es realmente interesante de esto fue que se detectaron las diferencias de actividad en un momento crítico en el desarrollo del cerebro: cuando las células progenitoras neurales están proliferando y ampliando en número, justo antes de la producción de neuronas”, agrego.

Los investigadores encontraron que en los embriones de ratón equipados con Frizzled8 bajo control del HARE5 humano, las células progenitoras destinadas a convertirse en neuronas proliferaron más rápido en comparación con los roedores con HARE5 del chimpancés, lo que en última instancia conduce a más neuronas.

Conforme los embriones de ratón se acercaban al final de la gestación, sus diferencias en el tamaño del cerebro se volvieron perceptibles a simple vista. Los ratones con HARE5 humano tenían cerebros un 12% más grandes en comparación con los ratones de HARE5 de chimpancés. El neocórtex, que está implicado en funciones de nivel superior, como el lenguaje y el razonamiento, era la región del cerebro afectada.

“Lo que encontramos es una pieza de la base genética de por qué tenemos un cerebro más grande. Realmente resalta lo complicados que esos cambios deben haber sido. Esto es probablemente sólo una pieza, un pedacito”, concluyo.

Referencia: Current Biology

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