El gen al que debemos nuestro gran cerebro
Los organoides cerebrales permiten conocer la evolución del cerebro humano
ARHGAP11B: este complejo nombre se da a un gen exclusivo de los humanos que desempeña un papel esencial en el desarrollo del neocórtex. El neocórtex es la parte del cerebro a la que debemos nuestras altas capacidades mentales. Un equipo de investigadores del Centro Alemán de Primates (DPZ) - Instituto Leibniz para la Investigación de Primates de Göttingen, el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde y el Instituto Hector para la Investigación Traslacional del Cerebro (HITBR) de Mannheim ha investigado la importancia de ARHGAP11B en el desarrollo del neocórtex durante la evolución humana. Para ello, el equipo introdujo por primera vez un gen que sólo existe en humanos en organoides cerebrales cultivados en laboratorio de nuestros parientes vivos más cercanos, los chimpancés. En el organoide cerebral de chimpancé, el gen ARHGAP11B provocó un aumento de las células madre cerebrales relevantes para el crecimiento del cerebro y un incremento de aquellas neuronas que desempeñan un papel fundamental en las extraordinarias capacidades mentales de los humanos. Si, por el contrario, se desactivaba el gen ARHGAP11B en los organoides cerebrales humanos, la cantidad de estas células madre cerebrales descendía al nivel de un chimpancé. Así, el equipo de investigación pudo demostrar que el gen ARGHAP11B desempeñó un papel crucial en la evolución del cerebro desde nuestros antepasados hasta los humanos modernos (informes de la EMBO).
Un organoide cerebral de unos 3 milímetros de tamaño hecho con células madre de un chimpancé. Las células madre del cerebro se tiñen de rojo; las células madre del cerebro que recibieron el gen ARHGAP11B se muestran en verde.
Jan Fischer, Deutsches Primatezentrum GmbH
Los estudios con animales en los grandes simios están prohibidos desde hace tiempo en Europa por razones éticas. Para la cuestión que aquí se persigue, los llamados organoides, es decir, estructuras celulares tridimensionales de unos pocos milímetros de tamaño que se cultivan en el laboratorio, son una alternativa a los experimentos con animales. Estos organoides pueden producirse a partir de células madre pluripotentes, que luego se diferencian en tipos celulares específicos, como las células nerviosas. De este modo, el equipo de investigación pudo producir tanto organoides cerebrales de chimpancé como organoides cerebrales humanos. "Estos organoides cerebrales nos permitieron investigar una cuestión central relativa a la ARHGAP11B", afirma Wieland Huttner, del MPI-CBG, uno de los tres autores principales del estudio.
"En un estudio anterior pudimos demostrar que ARHGAP11B puede ampliar el cerebro de los primates. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro si el ARHGAP11B tenía un papel mayor o menor en el agrandamiento evolutivo del neocórtex humano", dice Wieland Huttner. Para aclararlo, primero se insertó el gen ARGHAP11B en estructuras similares a los ventrículos cerebrales de organoides de chimpancé. ¿Podría el gen ARGHAP11B conducir a la proliferación de esas células madre cerebrales en el cerebro de los chimpancés que son necesarias para la ampliación del neocórtex? "Nuestro estudio demuestra que el gen en los organoides de chimpancé provoca un aumento de las células madre cerebrales relevantes y un incremento de aquellas neuronas que desempeñan un papel crucial en las extraordinarias capacidades mentales de los seres humanos", dijo Michael Heide, autor principal del estudio, que es jefe del Grupo de Investigación Junior Desarrollo y Evolución del Cerebro en la DPZ y empleado del MPI-CBG. Cuando se eliminó el gen ARGHAP11B en los organoides cerebrales humanos o se inhibió la función de la proteína ARHGAP11B, la cantidad de estas células madre cerebrales disminuyó hasta el nivel de un chimpancé. "Así pudimos demostrar que ARHGAP11B desempeña un papel crucial en el desarrollo del neocórtex durante la evolución humana", afirma Michael Heide. Julia Ladewig, del HITBR, la tercera de los autores principales, añade: "Dado este importante papel de ARHGAP11B, es además concebible que ciertos malestares del neocórtex puedan ser causados por mutaciones en este gen".
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