Los genes humanos de evolución más rápida están relacionados con cambios evolutivos en el desarrollo del cerebro

Más de 3.000 regiones del genoma humano son muy diferentes en las personas que en cualquier otro mamífero, incluidos nuestros parientes primates más cercanos. Ahora, un estudio publicado en la revista ‘Neuron’ tiene evidencia que confirma que casi la mitad de estas llamadas regiones humanas aceleradas (HAR) jugaron un papel importante en la reescritura del curso del desarrollo del cerebro humano, proporcionando información importante sobre la base genética del ser humano. evolución.

Probablemente una de las preguntas más interesantes en neurociencia es: ‘¿Qué nos hace humanos? –Comenta Christopher Walsh, Universidad de Harvard y Allen Discovery Center for Human Brain Evolution, USA–. Específicamente, ¿qué tiene el cerebro humano que lo diferencia de otras especies estrechamente relacionadas? Observar las regiones humanas aceleradas nos ha proporcionado una forma muy específica de ver este tema desde una perspectiva genética. ‘

Para identificar sistemáticamente cuál de las 3171 regiones aceleradas previamente identificadas es más probable que contribuya a la evolución reciente de la corteza cerebral humana, los investigadores examinaron el papel de estas regiones en la regulación genética en estudios de varios tipos y tejidos de células humanas y de ratón.

«Sabíamos al comienzo de este estudio que muchos HAR probablemente funcionaban como reguladores de la expresión génica en el cerebro, pero sabíamos muy poco sobre qué tipos de células cerebrales actúan, dónde o en qué momento de la vida humana», explica Ellen. . DeGennaro, uno de los primeros autores del estudio en el laboratorio de Walsh. Nuestro objetivo era llenar estas lagunas de conocimiento sobre qué HAR desempeñaban funciones importantes en el cerebro y cómo, para que nosotros y otros investigadores pudiéramos tomar los ‘HAR cerebrales’ más importantes y realizar más pruebas de su función evolutiva. «

Para superar las limitaciones de los métodos anteriores, Walsh y sus colegas desarrollaron un enfoque aplicado llamado CaptureMPRA. El nuevo método aprovecha las sondas de inversión molecular de código de barras para capturar secuencias diana que capturan elementos HAR completos y su ADN circundante, superando así algunas limitaciones de técnicas anteriores. Usando este método, buscaron diferencias importantes en la función potenciadora de HAR entre humanos y chimpancés.

También integraron estos datos con datos epigenéticos de HAR en células neurales fetales humanas para identificar HAR que parecían desempeñar un papel importante en la orientación del desarrollo específico del cerebro humano. Algunas de las actividades que descubrieron eran específicas del cerebro en comparación con otros órganos del cuerpo. También encontraron una actividad aún más específica para ciertos tipos de células en el cerebro fetal, a diferencia de los cerebros adultos.

En general, los nuevos hallazgos muestran que muchos HARs parecen actuar como estimuladores del neurodesarrollo, informan los investigadores. Los nuevos datos sugieren que a medida que estas secuencias humanas divergen de otros mamíferos, han aumentado enormemente su papel como estimuladores neuronales.

Los investigadores también muestran que un gen particular regulado por HAR, llamado PPP1R17, ha experimentado un cambio rápido en el tipo de célula y los patrones de expresión del desarrollo entre primates y primates no humanos y entre primates y animales no humanos.

Luego demostraron que PPP1R17 ralentiza la progresión de las células progenitoras neuronales a través del ciclo celular. Esto es notable, dado que se sabe que el alargamiento del ciclo celular en primates no humanos y en humanos fuerza una desaceleración en el desarrollo neurológico, una característica importante del cerebro humano.

Los nuevos hallazgos definen muchos HAR que desempeñan funciones importantes en los programas de regulación de genes neuronales; Según los investigadores, casi la mitad de todos los HAR muestran una accesibilidad reproducible a la cromatina y una mayor actividad en las células y tejidos neuronales.

También han desarrollado un recurso en línea de fácil búsqueda (el HARHub) que consta de nuevos datos y conjuntos de datos publicados anteriormente sobre la variación de secuencia de HAR humanos comunes y raros. Esta base de datos ahora sirve como un recurso para que los científicos hagan aún más descubrimientos. Ya ha ofrecido información intrigante.

«Nuestro trabajo representa un gran avance en el estudio de muchas regiones genómicas al mismo tiempo para ayudarnos a reconstruir la imagen complicada pero convincente de la evolución del cerebro humano», dice Walsh. Nuestros datos sugieren que la evolución del cerebro humano involucró cambios en docenas o quizás incluso cientos de ubicaciones en el genoma, en lugar de un solo gen clave. ‘