lunes, 12 de febrero de 2018

Lo que diferencia a los humanos de los chimpancés: ¿Diferente ADN o expresión diferente de genes similares?



¿Por qué somos tan diferentes de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés? Es realmente desconcertante, ya que parece haber pocas diferencias en la composición del ADN entre nuestras dos especies. Pero los investigadores están analizando esas diferencias con la esperanza de identificar extensiones del genoma exclusivamente humanas que nos ayuden a explicar la gran diferencia existente con  nuestros parientes simios más cercanos.





El tamaño del cerebro de un chimpancé (derecha)
es considerablemente más pequeño que el de un cerebro humano.
 Probablemente múltiples tramos de ADN ayuden a determinarlo,
dicen los genetistas.


Los resultados de algunas investigaciones han informado sobre dos tramos diferentes de ADN exclusivamente humano que parecen contribuir a la construcción de cerebros más grandes, en particular del cerebro humano que es excepcionalmente grande. ¿Podrían  estos tramos diferentes ser la respuesta de  por qué somos tan distintos de esos animales que son genéticamente similares?


Circunvoluciones cerebrales


Un estudio publicado en el 2015, describió un gen que no solo desencadena el crecimiento del cerebro, sino que también puede estimular la creación de pliegues y fisuras en su superficie, que son características del cerebro de los primates y excepcionalmente prominentes en el cerebro humano. La existencia de estos pliegues aumenta el área de la superficie del cerebro, lo que deja más espacio para que aumente el número de neuronas que  procesan y almacenan la información.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde, Alemania, buscaron un gen que es particularmente activo durante el desarrollo de la corteza cerebral, que ocurre muy temprano en la vida. La corteza es la delgada capa externa del tejido cerebral que se cree que es esencial para la memoria y la atención y, específicamente en los humanos, el pensamiento, el lenguaje y la conciencia.

Estos investigadores encontraron este gen al examinar la actividad del genoma en tejido fetal humano y compararlo con tejido de embriones de ratón, identificando 56 genes humanos de los que carecía el ratón. El más activo fue un gen llamado ARHGAP11B, una duplicación parcial de un gen existente. La duplicación surgió en algún momento después de que la evolución humana se separara de la línea que condujo a los chimpancés hace unos 5 o 6 millones de años. Es singularmente humano, y estaba presente en Neandertales  y Denisovanos, nuestros parientes desaparecidos, así como en humanos anatómicamente modernos, como el último Homo Sapiens. (Esos somos nosotros.)

Los investigadores descubrieron la función del gen  ARHGAP11B al insertarlo en ratones transgénicos. Duplicó las células madre corticales de los ratones y aumentó el tamaño de su cerebro.

Sorprendentemente, algunos de los cerebros de estos ratones transgénicos a los que se les había insertado el gen humano,  desarrollaron convoluciones. Pero los ratones no tienen convoluciones cerebrales. Estos pliegues desarrollados por los ratones transgénicos son más bien ondas, nada como las circunvoluciones en los cerebros de los primates, y mucho menos las complejas fisuras del cerebro humano. Pero es un gran descubrimiento.

 


No necesitas un gen específico para generar un gran cerebro


Sin embargo, tenemos que tener  en cuenta lo que Marta Florio, la primera autora del artículo sobre el Gen ARHGAP11B, expuso a una revista americana:  es probable que este gen sea solo uno de los muchos cambios genéticos que hacen que la cognición humana sea especial. No es el único gen necesario para la obtención de un gran y complejo cerebro como el humano.

El hecho es que no se necesita un gen específico para formar un gran cerebro. De hecho, es bastante probable que gran parte del ADN que es crucial para hacer un gran cerebro humano no se presente en forma de genes.

Usamos "gen" en el sentido en que generalmente lo decimos, un tramo de ADN que codifica una proteína. Eso es lo que hace ARHGAP11B. Pero los genes que codifican proteínas ocupan solo un minúsculo uno por ciento del genoma humano. El resto, anteriormente conocido como ADN basura, ahora llamado ADN no codificante, sigue siendo en gran parte un misterio. Pero está claro que gran parte de este ADN, tal vez la mayor parte, se dedica a regular lo que hacen los genes, definiendo, por tanto,  la acción genética.

Por eso, hace cuarenta años, los científicos propusieron que las diferencias fenotípicas entre humanos y chimpancés, esas diferencias dramáticas en la apariencia y el comportamiento, se debían en gran medida a que los humanos desarrollamos nuevas formas de regular nuestros genes en común.

Desde entonces, los investigadores han identificado muchas regiones de ADN que no han cambiado mucho durante la evolución de los mamíferos, incluidos la mayoría de los primates, pero que han experimentado un proceso acelerado de  variaciones, muchas de ellas después de que los primeros homínidos iniciales divergieran de la línea evolutiva que conducía a los chimpancés.

Estos bits de ADN se denominan Regiones Humanas Aceleradas (HAR en ingles). Estas regiones están presentes en nuestros parientes ya desaparecidos, los neandertales y los denisovanos, así como en nosotros, los Homo Sapiens.

Las HARs se encuentran principalmente en ADN no codificante. Eso ha hecho que sus funciones no sean tan fáciles de entender. Pero hay pistas sobre lo que hacen, porque estas regiones  no se dispersan aleatoriamente en el genoma. Las HARs se agrupan cerca de los genes que son importantes en la vida más temprana y en el sistema nervioso central, el cerebro y la médula espinal. Lo cual tiene perfecto sentido, porque nuestros cerebros grandes, y el comportamiento que se origina allí, es lo que nos hace tan diferentes de otras criaturas.

Un artículo publicado por  investigadores de la Universidad de Duke lo ha respaldado, mostrando que la región de ADN no codificante, identificada como HARE5, regula un gen que figura en el desarrollo y el tamaño del cerebro. (La E en HARE significa que esta región de ADN, acelerada en la evolución humana, actúa como un potenciador, lo que significa que mejora la transcripción de un gen asociado).

Aunque, realmente, lo que hace no es mejorar la actuación del gen ARHGAP11B. Nada es tan simple y ordenado en lo que respecta al cerebro humano. Mas bien, regula un gen completamente diferente, uno que tiene un nombre mucho más cautivador: Frizzled-8, Fzd8 para abreviar. Y es que, según la investigadora Marta Florio, son muchos los cambios genéticos han moldeado el cerebro humano.

El HARE5 humano difiere de la versión equivalente de chimpancé en solo unos pocos lugares, pero las consecuencias son enormes. Literalmente enormes. Los investigadores demostraron lo enorme que es  al fabricar ratones transgénicos, algunos con la versión chimpancé de HARE5 y otros con nuestra versión, la humana.


La versión humana de una secuencia de ADN llamada HARE5
 (insertada en este embrión de ratón)
 activó un gen que es importante para el desarrollo del cerebro.
 (La actividad de los genes está teñida de azul).


Los embriones de ratón con HARE5 humano tenían cerebros un  doce por ciento más grandes que los ratones con HARE5 de chimpancé. Los cerebros de ratones comienzan a desarrollarse en el noveno día de vida embrionaria. El HARE5 humano parece hacer que las células madre que se convertirán en neuronas se dividan más rápido y, por lo tanto, genera una mayor cantidad de ellas.



Los embriones de ratones transgénicos revelan que la versión humana (Hs, derecha) de HARE5
conduce a un desarrollo del cerebro más temprano y más grande que la versión de chimpancé


En este trabajo es la primera vez que los científicos muestran una conexión directa entre un HAR y un resultado funcional, en este caso un efecto dramático en la anatomía del cerebro.

"Creo que HARE5 es solo la punta del iceberg", comentó uno de los investigadores. "Es probablemente una de las muchas regiones que explica por qué nuestros cerebros son más grandes que los de los chimpancés".


¿Un gran cerebro cambia el comportamiento?


Aún más interesante es la cuestión de si el gen ARHGAP11B y el HARE5 humano hacen algo más que agrandar el cerebro. ¿Producen también cambios en el comportamiento y la cognición? ¿Sus cerebros más grandes harán que estos ratones transgénicos sean más inteligentes? Las pruebas están en marcha para verificarlo en el laboratorio.

Lo cual plantea una pregunta ética. ¿Podrían, o deberían los descubrimientos como este ser usados ​​eventualmente para crear animales más inteligentes?. Ruth Faden, especialista en bioética del Centro Johns Hopkins, cree que es una preocupación exagerada. Aún así, dijo, "es inquietante la perspectiva de, más o menos, derribar las barreras entre los seres humanos y otras especies no humanas en formas que realmente amenazan nuestra percepción de nosotros mismos como algo sumamente especial ".


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