Una duplicación genética ayudó a que nuestro cerebro se volviera "humano"
ScienceDaily (3 de mayo de 2012) - Los científicos muestran cómo una duplicación genética ayudó a que nuestros cerebros se volviesen "humanos". Un equipo liderado por científicos de The Scripps Research Institute ha demostrado que una copia extra de un gen del cerebro en desarrollo, que apareció en los genomas de nuestros antepasados alrededor de 2,4 millones de años atrás, permitió a las neuronas en proceso de maduración migrar más y desarrollar más conexiones.
¿Qué cambios genéticos dan cuenta de las enormes diferencias de comportamiento entre los seres humanos y otros primates? Los investigadores han catalogado hasta la fecha sólo unos pocos, pero ahora parece que se puede agregar uno grande a la lista. Un equipo liderado por científicos de The Scripps Research Institute ha demostrado que una copia extra de un gen del cerebro en desarrollo, que apareció en los genomas de nuestros antepasados alrededor de 2,4 millones de años, permitió a las neuronas en proceso de maduración migrar más y desarrollar más conexiones.
Sorprendentemente, la copia agregada no incrementa la función del gen original, SRGAP2, que hace que las neuronas broten conexiones con las células vecinas. En lugar de ello interfiere con la función original, dando efectivamente a las neuronas más tiempo para conectarse en un cerebro más grande.
Éste parece ser un ejemplo notable de una innovación genómica que contribuyó a la evolución humana ", dijo Franck Polleux, profesor en el Instituto de Investigación Scripps." El hallazgo de que un gen duplicado puede interactuar con la copia original también sugiere una nueva forma de concebir cómo ocurre la evolución y podría darnos pistas sobre desórdenes del desarrollo específicos de los humanos como el autismo y la esquizofrenia.
Polleux es el autor principal del nuevo informe, que fue publicado en línea antes de su impresión el 3 de mayo 2012 en la revista Cell. El mismo tema se presenta en un artículo relacionado sobre la reciente evolución del SRGAP2, por el laboratorio de Evan E. Eichler, de la Universidad de Washington en Seattle.
Polleux se especializa en el estudio del desarrollo del cerebro humano, y, desde hace varios años, su laboratorio comenzó a investigar la función del SRGAP2 recién descubierto. Él y sus colegas encontraron que en los ratones la proteína producto de este gen juega un papel clave durante el desarrollo cerebral: deforma las membranas de las neuronas jóvenes hacia el exterior, forzando el crecimiento de las raíces como apéndices llamados filopodios. Como en las neuronas jóvenes brotan estos filopodios, ellas migran más lentamente a través del cerebro en expansión, con el tiempo llegan a su destino final en el que se establecen conexiones. La mayoría de las conexiones excitadoras realizadas en las neuronas piramidales de la corteza se forman en las espinas, que son protuberancias microscópicas de la dendrita que juegan un papel fundamental en la integración de las señales sinápticas de otras neuronas.
Poco después de comenzar el proyecto, Polleux aprendió del trabajo de otros laboratorios que SRGAP2 fue uno de los pocos genes (aproximadamente 30) que habían sido duplicados en el genoma humano hace menos de seis millones de años después de la separación de otros simios. "Estas duplicaciones de genes evolutivamente son muy casi idénticos a los genes originales que no son detectables por los métodos de secuenciación del genoma tradicionales", dijo Polleux. "Sólo en los últimos cinco años los científicos han desarrollado métodos que permiten asignar de forma fiable estas duplicaciones específicos de homínidos.
Casi ninguna de las duplicaciones de genes específicamente humanos recién descubiertos se han caracterizado funcionalmente. SRGAP2, que ya está siendo estudiado por el laboratorio de Polleux, fue una excepción, su destacado papel en la maduración del cerebro hizo de su reciente duplicación un posible factor en la evolución humana. Así Polleux y sus colegas se propusieron determinar si la duplicación SRGAP2 había afectado su función en el cerebro humano.
Fue una tarea difícil, ya que los duplicados de SRGAP2 son casi indistinguibles del original y sólo se encuentran en las células humanas por lo que no puede ser estudiado en ratones de laboratorio. Como primer paso, Polleux y sus colegas realizaron una búsqueda detallada de los de células humanas del cromosoma 1, donde reside SRGAP2, y confirmaron la presencia de dos copias cercanas, que llamaron SRGAP2B y SRGAP2C, que son más de 99 por ciento idénticas a la copia original re-nombrado SRGAP2A en los seres humanos. Estos resultados preliminares fueron posteriormente confirmados por el laboratorio de Eichler, que secuenció y ensambló totalmente genes duplicados de SRGAP2 como se informó en un documento adjunto en la misma edición de Cell.
Después de desarrollar sondas sensibles para distinguir estos genes y sus productos proteicos de los de la SRGAP2A original, los investigadores buscaron su expresión en células humanas y cultivos de tejido cerebral. Los científicos determinaron que sólo uno, el SRGAP2C, era biológicamente activo y se expresa en altos niveles. La proteína SRGAP2C resultó ser una versión truncada de la proteína original de SRGAP2 . Carece de la capacidad de SRGAP2 para promover la maduración de la columna neuronal, pero está lejos de ser inerte: se aferra a la proteína original, de SRGAP2 de larga duración e inhibe sus funciones normales.
El equipo de Polleux expresó la SRGAP2C humana in vivo en las neuronas corticales de ratón a lo largo del desarrollo y se encontró que los efectos sobre el desarrollo del cerebro fueron esencialmente los mismos que los que observaron cuando los científicos bloquearon la expresión del gen original de SRGAP2 . Las neuronas afectadas, las neuronas piramidales, las neuronas principales de la corteza - migraron más rápido y tardaron mucho más para germinar su asignación completa de las espinas dendríticas. Esta maduración tardía tuvo un efecto inesperado: las neuronas piramidales en última instancia, forman muchas más espinas cuando finalmente han madurado - al igual que las neuronas piramidales humanas.
Curiosamente, estas espinas dendríticas también tenían los cuellos más largos vistos en neuronas piramidales humanas. "Otros investigadores han argumentado que a medida que la densidad de la columna vertebral se incrementó durante la evolución humana, el cuello más largo de la columna vertebral pudo ser necesaria para proporcionar un mayor aislamiento eléctrico y bioquímico y por lo tanto evitar que las neuronas se conviertieran en hiper-excitables y propensas a crisis de activación", dijo Polleux. "SRGAP2C parece ser importante para el cambio evolutivo clave".
Traducido por Rubén Carvajal Santana
Journal Reference:
ScienceDaily (3 de mayo de 2012) - Los científicos muestran cómo una duplicación genética ayudó a que nuestros cerebros se volviesen "humanos". Un equipo liderado por científicos de The Scripps Research Institute ha demostrado que una copia extra de un gen del cerebro en desarrollo, que apareció en los genomas de nuestros antepasados alrededor de 2,4 millones de años atrás, permitió a las neuronas en proceso de maduración migrar más y desarrollar más conexiones.
Sorprendentemente, la copia agregada no incrementa la función del gen original, SRGAP2, que hace que las neuronas broten conexiones con las células vecinas. En lugar de ello interfiere con la función original, dando efectivamente a las neuronas más tiempo para conectarse en un cerebro más grande.
Éste parece ser un ejemplo notable de una innovación genómica que contribuyó a la evolución humana ", dijo Franck Polleux, profesor en el Instituto de Investigación Scripps." El hallazgo de que un gen duplicado puede interactuar con la copia original también sugiere una nueva forma de concebir cómo ocurre la evolución y podría darnos pistas sobre desórdenes del desarrollo específicos de los humanos como el autismo y la esquizofrenia.
Polleux es el autor principal del nuevo informe, que fue publicado en línea antes de su impresión el 3 de mayo 2012 en la revista Cell. El mismo tema se presenta en un artículo relacionado sobre la reciente evolución del SRGAP2, por el laboratorio de Evan E. Eichler, de la Universidad de Washington en Seattle.
Polleux se especializa en el estudio del desarrollo del cerebro humano, y, desde hace varios años, su laboratorio comenzó a investigar la función del SRGAP2 recién descubierto. Él y sus colegas encontraron que en los ratones la proteína producto de este gen juega un papel clave durante el desarrollo cerebral: deforma las membranas de las neuronas jóvenes hacia el exterior, forzando el crecimiento de las raíces como apéndices llamados filopodios. Como en las neuronas jóvenes brotan estos filopodios, ellas migran más lentamente a través del cerebro en expansión, con el tiempo llegan a su destino final en el que se establecen conexiones. La mayoría de las conexiones excitadoras realizadas en las neuronas piramidales de la corteza se forman en las espinas, que son protuberancias microscópicas de la dendrita que juegan un papel fundamental en la integración de las señales sinápticas de otras neuronas.
Poco después de comenzar el proyecto, Polleux aprendió del trabajo de otros laboratorios que SRGAP2 fue uno de los pocos genes (aproximadamente 30) que habían sido duplicados en el genoma humano hace menos de seis millones de años después de la separación de otros simios. "Estas duplicaciones de genes evolutivamente son muy casi idénticos a los genes originales que no son detectables por los métodos de secuenciación del genoma tradicionales", dijo Polleux. "Sólo en los últimos cinco años los científicos han desarrollado métodos que permiten asignar de forma fiable estas duplicaciones específicos de homínidos.
Casi ninguna de las duplicaciones de genes específicamente humanos recién descubiertos se han caracterizado funcionalmente. SRGAP2, que ya está siendo estudiado por el laboratorio de Polleux, fue una excepción, su destacado papel en la maduración del cerebro hizo de su reciente duplicación un posible factor en la evolución humana. Así Polleux y sus colegas se propusieron determinar si la duplicación SRGAP2 había afectado su función en el cerebro humano.
Fue una tarea difícil, ya que los duplicados de SRGAP2 son casi indistinguibles del original y sólo se encuentran en las células humanas por lo que no puede ser estudiado en ratones de laboratorio. Como primer paso, Polleux y sus colegas realizaron una búsqueda detallada de los de células humanas del cromosoma 1, donde reside SRGAP2, y confirmaron la presencia de dos copias cercanas, que llamaron SRGAP2B y SRGAP2C, que son más de 99 por ciento idénticas a la copia original re-nombrado SRGAP2A en los seres humanos. Estos resultados preliminares fueron posteriormente confirmados por el laboratorio de Eichler, que secuenció y ensambló totalmente genes duplicados de SRGAP2 como se informó en un documento adjunto en la misma edición de Cell.
Después de desarrollar sondas sensibles para distinguir estos genes y sus productos proteicos de los de la SRGAP2A original, los investigadores buscaron su expresión en células humanas y cultivos de tejido cerebral. Los científicos determinaron que sólo uno, el SRGAP2C, era biológicamente activo y se expresa en altos niveles. La proteína SRGAP2C resultó ser una versión truncada de la proteína original de SRGAP2 . Carece de la capacidad de SRGAP2 para promover la maduración de la columna neuronal, pero está lejos de ser inerte: se aferra a la proteína original, de SRGAP2 de larga duración e inhibe sus funciones normales.
El equipo de Polleux expresó la SRGAP2C humana in vivo en las neuronas corticales de ratón a lo largo del desarrollo y se encontró que los efectos sobre el desarrollo del cerebro fueron esencialmente los mismos que los que observaron cuando los científicos bloquearon la expresión del gen original de SRGAP2 . Las neuronas afectadas, las neuronas piramidales, las neuronas principales de la corteza - migraron más rápido y tardaron mucho más para germinar su asignación completa de las espinas dendríticas. Esta maduración tardía tuvo un efecto inesperado: las neuronas piramidales en última instancia, forman muchas más espinas cuando finalmente han madurado - al igual que las neuronas piramidales humanas.
Curiosamente, estas espinas dendríticas también tenían los cuellos más largos vistos en neuronas piramidales humanas. "Otros investigadores han argumentado que a medida que la densidad de la columna vertebral se incrementó durante la evolución humana, el cuello más largo de la columna vertebral pudo ser necesaria para proporcionar un mayor aislamiento eléctrico y bioquímico y por lo tanto evitar que las neuronas se conviertieran en hiper-excitables y propensas a crisis de activación", dijo Polleux. "SRGAP2C parece ser importante para el cambio evolutivo clave".
Traducido por Rubén Carvajal Santana
Journal Reference:
- Cécile Charrier, Kaumudi Joshi, Jaeda Coutinho-Budd, Ji-Eun Kim, Nelle Lambert, Jacqueline de Marchena, Wei-Lin Jin, Pierre Vanderhaeghen, Anirvan Ghosh, Takayuki Sassa, Franck Polleux. Inhibition of SRGAP2 Function by Its Human-Specific Paralogs Induces Neoteny during Spine Maturation. Cell, 2012; DOI: 10.1016/j.cell.2012.03.034
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http://www.montelouro.es/Evolucion_01.html