Un gen específico para humanos hace más inteligentes a los ratones

Un gen, que sólo se encuentra en los seres humanos, conduce a un cerebro más grande, una mayor flexibilidad de la memoria y una reducción de la ansiedad en los ratones

04.06.2021 - Alemania

Durante la evolución humana, el neocórtex, la parte evolutivamente más joven de la corteza cerebral, se expandió de forma espectacular e hizo que el cerebro humano fuera más grande. Los investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde habían demostrado en estudios anteriores que, en el neocórtex en desarrollo, el gen específico del ser humano ARHGAP11B estimula la producción de más células progenitoras neurales y, por consiguiente, de más neuronas derivadas de ellas. En consecuencia, se descubrió que la expresión de ARHGAP11B en especies no humanas conducía a un neocórtex expandido en embriones de ratón, cachorros de hurón y fetos de tití común. Estos resultados anteriores habían sugerido que el ARHGAP11B desempeña un papel crucial en la expansión evolutiva del neocórtex humano. Sin embargo, aún no se había respondido a las preguntas clave de si ese aumento del tamaño del cerebro durante el desarrollo persistiría en la edad adulta y, en caso afirmativo, si un cerebro adulto más grande, inducido por ARHGAP11B, presenta mayores capacidades cognitivas. Ahora, los investigadores del MPI-CBG, junto con sus colegas del Centro Checo de Fenogenómica de Praga, demuestran que los ratones adultos que expresan el gen específico del ser humano ARHGAP11B desarrollan efectivamente un cerebro más grande que persiste en la edad adulta y muestran una mayor flexibilidad de la memoria y una menor ansiedad.

El neocórtex humano es unas tres veces mayor que el de nuestro pariente vivo más cercano, el chimpancé, y sustenta habilidades cognitivas avanzadas como el razonamiento y el lenguaje. Para entender la causa de esta expansión, el equipo de investigación de Wieland Huttner en el MPI-CBG, que es uno de los directores fundadores del instituto, se ha centrado en estudios anteriores en un gen llamado ARHGAP11B que sólo se encuentra en los seres humanos y desencadena una mayor producción de células madre cerebrales, un requisito previo para un cerebro más grande. Sin embargo, hay dos preguntas clave que siguen sin respuesta: ¿El neocórtex más grande de los embriones de ratón que resulta de la expresión de este gen específico de los humanos permanece agrandado hasta la edad adulta, y son esos ratones con un cerebro más grande realmente más inteligentes?

Las pruebas de comportamiento muestran una mayor flexibilidad de la memoria

Lei Xing, investigador postdoctoral del grupo de Huttner, demostró que el aumento del tamaño del neocórtex y del número de neuronas corticales en los embriones de ratones transgénicos que expresan ARHGAP11B, debido a la mayor producción de células madre cerebrales, persistía efectivamente hasta la edad adulta. A continuación, colaboró con investigadores del Centro Checo de Fenogenómica para investigar el comportamiento de los ratones ARHGAP11B adultos con su neocórtex agrandado. En concreto, los investigadores comprobaron si esos ratones tenían mejores capacidades cognitivas. Lei Xing explica: "Junto con nuestros colegas checos, llevamos a cabo cuatro pruebas de comportamiento separadas dirigidas a diferentes tipos de aprendizaje y memoria. En una de las pruebas, alojamos a un grupo de ratones en un sistema de jaulas especializado en el que las botellas de agua estaban en las esquinas. Al cabo de un tiempo, limitamos el acceso al agua de los ratones a una sola esquina y cambiamos la posición de la botella de agua cada día. Así, los ratones tuvieron que aprender el patrón de cómo cambiaba la ubicación de la botella de agua. Descubrimos que los ratones ARHGAP11B, con su cerebro más grande, cometían menos errores a la hora de encontrar la botella de agua que los ratones de tipo salvaje, con su cerebro más pequeño de tamaño normal". Esto indica una mayor flexibilidad de la memoria, lo que significa que los ratones ARHGAP11B se adaptan mejor a un nuevo entorno desafiante y son mejores para entender la ubicación cambiante de la botella de agua. "En otra prueba, encontramos una reducción de los niveles de ansiedad de los ratones ARHGAP11B. Los ratones de tipo salvaje se muestran más ansiosos y tratan de desplazarse lo antes posible desde el centro iluminado de la pista de pruebas a su periferia más protectora, mientras que los ratones ARHGAP11B están más relajados y permanecen en el centro durante más tiempo", dice Lei.

"Esta mayor flexibilidad de la memoria indica probablemente una mejora de las capacidades cognitivas de los ratones ARHGAP11B con su cerebro más grande", resume Wieland Huttner. Y continúa: "Por lo tanto, nuestro estudio sugiere fuertemente que la expansión de la neocorteza inducida por ARHGAP11B resulta efectivamente en un mejor rendimiento cognitivo, lo que tiene implicaciones significativas para el papel de este gen específico de los humanos durante la evolución humana."

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Publicación original

Lei Xing, Agnieszka Kubik-Zahorodna, Takashi Namba, Anneline Pinson, Marta Florio, Jan Prochazka, Mihail Sarov, Radislav Sedlacek, Wieland B Huttner; "Expression of human-specific ARHGAP11B in mice leads to neocortex expansion and increased memory flexibility"; EMBO J (2021) e107093

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