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| Los paleoantropólogos han descubierto que el cerebro de nuestros antepasados aumentó de tamaño a partir de hace unos dos millones de años. Crédito: Javier Trueba/MSF, vía Science Source |
¿Qué hace únicos a los humanos modernos? Las comparaciones con nuestros parientes más cercanos, los neandertales, ofrecen por tanto una visión fascinante. Se cree que una de las principales explicaciones de la evolución de la cognición humana ha sido el aumento del tamaño del cerebro y la producción de neuronas a lo largo del desarrollo cerebral.
Los cerebros de los neandertales eran similares en tamaño a los de los humanos modernos, pero diferían en su forma. Lo que no podemos decir a partir de los fósiles es cómo los cerebros neandertales podrían haber diferido en la función o la organización de las capas cerebrales, como el neocórtex.
Científicos del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde han analizado ahora el efecto de un único cambio de aminoácido en la proteína transketolase-like 1 (TKTL1) sobre la producción de glía radial basal, los caballos de batalla que generan gran parte del neocórtex. Descubrieron que la variante humana moderna de la proteína TKTL1, que difiere en un solo aminoácido de la variante neandertal, aumenta un tipo de células progenitoras cerebrales, llamadas glía radial basal, en el cerebro humano moderno.
La mayor parte de las neuronas del neocórtex en crecimiento, una zona del cerebro esencial para muchas funciones cognitivas, son producidas por células gliales radiales basales. Los científicos concluyen que esta única sustitución de aminoácidos específica del ser humano en TKTL1 subyace a una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal del neocórtex en desarrollo en los humanos modernos que en los neandertales, ya que la actividad de TKTL1 es especialmente elevada en el lóbulo frontal del cerebro humano fetal.
El último estudio del grupo de investigación de Wieland Huttner, uno de los directores fundadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde, se realizó en colaboración con Svante Pääbo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig, y Pauline Wimberger, del Hospital Universitario de Dresde, y sus colegas.
Los científicos se centraron principalmente en: la proteína transketolasa-like 1 (TKTL1). En los humanos modernos, la TKTL1 contiene una arginina en la posición de la secuencia en cuestión, mientras que la TKTL1 neandertal contiene el aminoácido relacionado lisina. En el neocórtex humano fetal, TKTL1 se encuentra en las células progenitoras neocorticales, las células de las que derivan todas las neuronas corticales. En particular, el nivel de TKTL1 es mayor en las células progenitoras del lóbulo frontal.
Los científicos exploraron la importancia de este cambio de aminoácido para el desarrollo del neocórtex. Introdujeron la variante humana moderna o la neandertal de TKTL1 en el neocórtex de embriones de ratón.
Observaron que las células gliales radiales basales, el tipo de progenitores neocorticales que se cree que son la fuerza motriz de un cerebro más grande, aumentaban con la variante humana moderna de TKTL1 pero no con la variante neandertal. En consecuencia, los cerebros de los embriones de ratón con la TKTL1 humana moderna contenían más neuronas.
A continuación, los investigadores analizaron la importancia de estos efectos en el crecimiento del cerebro humano. Para ello, utilizaron organoides cerebrales humanos -estructuras en forma de órgano que pueden cultivarse a partir de células madre humanas en placas de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano- para cambiar la arginina de la TKTL1 humana moderna por la lisina característica de la TKTL1 neandertal.
Imagen de microscopía de una célula glial radial basal en división, un tipo de célula progenitora que genera neuronas durante el desarrollo del cerebro. La TKTL1 humana moderna, pero no la neandertal, aumenta la abundancia de glía radial basal y de neuronas. Pinson et al., Science 2022 / MPI-CBG
Anneline Pinson dijo: "Descubrimos que con el aminoácido del tipo neandertal en TKTL1 se producían menos células gliales radiales basales que con el tipo humano moderno y, como consecuencia, también menos neuronas. Esto nos muestra que, aunque no sabemos cuántas neuronas tenía el cerebro neandertal, podemos suponer que los humanos modernos tienen más neuronas en el lóbulo frontal del cerebro, donde la actividad de TKTL1 es mayor que la de los neandertales".
Los científicos también descubrieron que la TKTL1 de los humanos modernos actúa a través de cambios en el metabolismo, concretamente estimulando la vía de las pentosas fosfato, seguida de un aumento de la síntesis de ácidos grasos. De este modo, se cree que la TKTL1 humana moderna aumenta la síntesis de lípidos de membrana específicos necesarios para generar el largo proceso de células gliales radiales basales que estimula su proliferación y, por tanto, aumenta la producción de neuronas.
Wieland Huttner, que supervisó el estudio, dijo: "Este estudio implica que la producción de neuronas en el neocórtex durante el desarrollo fetal es mayor en los humanos modernos que en los neandertales, en particular en el lóbulo frontal. Es tentador especular que esto promovió las capacidades cognitivas de los humanos modernos asociadas al lóbulo frontal".
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