Redacción
El cerebro humano es tres veces el tamaño de nuestros parientes primates más cercanos y un nuevo estudio es el primero en identificar cómo desarrollamos el cerebro más grande.
Investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) en Cambridge resolvieron el misterio recolectando células de humanos, gorilas y chimpancés que se reprogramaron en células madre para desarrollar ‘organoides cerebrales’, que son pequeños cerebros en desarrollo.
Durante el desarrollo temprano, las células progenitoras neurales se dividen para crear células cerebrales y la prueba mostró más divididas en el tejido humano que las otras muestras.
Estas células progenitoras comienzan con una forma cilíndrica para dividirse fácilmente en células hijas idénticas con la misma forma, y cuanto más se multipliquen, más neuronas se formarán más adelante.
A medida que los organoides cerebrales crecieron, las células progenitoras humanas mantuvieron su forma cilíndrica por más tiempo que otros simios y durante este tiempo se dividieron con más frecuencia, produciendo más células.
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Científicos recolectan células de humanos, gorilas y chimpancés que se reprogramaron en células madre para desarrollar ‘organoides cerebrales’, que son pequeños cerebros en desarrollo. A medida que maduraban los organoides cerebrales, el equipo detectó un interruptor molecular previamente desconocido que controla el crecimiento.
La doctora Madeline Lancaster, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC, quien dirigió el estudio, dijo: « Esto proporciona algunos de los primeros conocimientos sobre lo que es diferente en el desarrollo del cerebro humano que nos distingue de nuestros parientes vivos más cercanos, los otros grandes simios ». .
«La diferencia más sorprendente entre nosotros y otros simios es lo increíblemente grande que es nuestro cerebro».
El cerebro humano promedio pesa alrededor de tres libras, mientras que el de un gorila pesa una libra y el reloj de un chimpancé en 15 onzas.
Aunque los científicos han sabido que los humanos tienen cerebros más grandes, cómo surgió la diferencia durante la evolución sigue siendo un misterio.
Durante el desarrollo temprano, las células progenitoras neurales se dividen para crear células cerebrales y la prueba mostró más divididas en el tejido humano que las otras muestras. Estas células progenitoras comienzan con una forma cilíndrica para dividirse fácilmente en células hijas idénticas con la misma forma, y cuanto más se multipliquen, más neuronas se formarán más adelante.
Lancaster y su equipo se embarcaron en este trabajo recolectando células humanas, de gorilas y chimpancés de pruebas y operaciones médicas y las transformaron en células madre.
Esto les permitió cultivar tejido cerebral en el laboratorio para estudiar el desarrollo temprano del órgano.
En varias semanas, los organoides del cerebro humano habían crecido mucho más que los otros dos especímenes.
Durante las primeras etapas del desarrollo del cerebro, las neuronas son producidas por células madre llamadas progenitores neurales.
Estas células progenitoras inicialmente tienen una forma cilíndrica que facilita su división en células hijas idénticas con la misma forma.
Cuantas más veces se multipliquen las células progenitoras neurales en esta etapa, más neuronas habrá más adelante.
A medida que las células maduran y ralentizan su multiplicación, se alargan, formando una forma como un cono de helado estirado.
A medida que los organoides cerebrales crecieron, las células progenitoras humanas mantuvieron su forma cilíndrica por más tiempo que otros simios y durante este tiempo se dividieron con más frecuencia, produciendo más células.
La investigación anterior se realizó en ratones, que mostró que este proceso ocurre en unas pocas horas y concluye que cuanto más largo es el proceso, más grande es el cerebro.
Sin embargo, el nuevo estudio encontró que esta transición lleva más tiempo en gorilas y chimpancés, aproximadamente cinco días.
Los progenitores humanos se retrasaron aún más en esta transición, que tomó alrededor de siete días.
Las células progenitoras humanas mantuvieron su forma cilíndrica durante más tiempo que otros simios y durante este tiempo se dividieron con más frecuencia, produciendo más células.
Esta diferencia en la velocidad de transición de progenitores neurales a neuronas significa que las células humanas tienen más tiempo para multiplicarse.
Esto podría ser en gran parte responsable del número aproximadamente tres veces mayor de neuronas en los cerebros humanos en comparación con los cerebros de gorilas o chimpancés.
Hemos descubierto que un cambio retardado en la forma de las células en el cerebro temprano es suficiente para cambiar el curso del desarrollo, ayudando a determinar la cantidad de neuronas que se producen.
«Es notable que un cambio evolutivo relativamente simple en la forma celular pueda tener consecuencias importantes en la evolución del cerebro», dijo Lancaster.
«Siento que realmente hemos aprendido algo fundamental sobre las preguntas que me han interesado desde que tengo uso de razón: qué nos hace humanos».
Para descubrir el mecanismo genético que impulsa estas diferencias, los investigadores compararon la expresión génica (qué genes se activan y desactivan) en los organoides del cerebro humano con los de otros simios.
Identificaron diferencias en un gen llamado ‘ZEB2’, que se activó antes en los organoides del cerebro de los gorilas que en los organoides humanos.
Para probar los efectos del gen en las células progenitoras de los gorilas, retrasaron los efectos de ZEB2.
Esto ralentizó la maduración de las células progenitoras, lo que hizo que los organoides del cerebro del gorila se desarrollaran de manera más similar a los humanos, más lentos y más grandes.
Por el contrario, activar el gen ZEB2 antes en las células progenitoras humanas promovió una transición prematura en los organoides humanos, de modo que se desarrollaron más como organoides de simios.
