Los humanos estamos orgullosos de nuestros grandes cerebros, que son responsables de nuestra capacidad para planificar, comunicarnos y crear. Dentro de nuestros cráneos, tenemos, en promedio, 86 mil millones de neuronas, hasta tres veces más que las de nuestros primos primates. Durante años, los investigadores han tratado de averiguar cómo logramos desarrollar tantas células cerebrales. Ahora, se han acercado un paso más: un nuevo estudio muestra que un cambio de un solo aminoácido en un gen metabólico ayuda a nuestros cerebros a desarrollar más neuronas que otros mamíferos, y más que nuestros primos extintos, los neandertales.
El hallazgo «es realmente un gran avance», dice Brigitte Malgrange, neurobióloga del desarrollo de la Universidad de Lieja que no participó en el estudio. “Un solo cambio de aminoácido es muy, muy importante y tiene consecuencias increíbles en el cerebro”.
Lo que hace que nuestro cerebro sea humano ha sido el interés del neurobiólogo Wieland Huttner en el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética durante años. En 2016, su equipo descubrió que una mutación en el ARHGAP11B El gen, que se encuentra en humanos, neandertales y denisovanos, pero no en otros primates, provocó una mayor producción de células que se convierten en neuronas. Aunque nuestros cerebros son aproximadamente del mismo tamaño que los de los neandertales, las formas de nuestros cerebros difieren y creamos tecnologías complejas que nunca desarrollaron. Entonces, Huttner y su equipo se propusieron encontrar diferencias genéticas entre los neandertales y los humanos modernos, especialmente en las células que dan origen a las neuronas de la neocorteza. Esta región detrás de la frente es la parte más grande y de evolución más reciente de nuestro cerebro, donde ocurren los principales procesos cognitivos.
El equipo se centró en TKTL1, un gen que en los humanos modernos tiene un solo cambio de aminoácido, de lisina a arginina, de la versión en los neandertales y otros mamíferos. Al analizar datos publicados previamente, los investigadores encontraron que TKTL1 se expresó principalmente en células progenitoras llamadas glía radial basal, que dan lugar a la mayoría de las neuronas corticales durante el desarrollo.
Los investigadores introdujeron las versiones humana y arcaica del gen en ratones, que normalmente no expresan ninguna de las dos formas durante el desarrollo. Los cerebros de los ratones con la versión humana produjeron más glía radial basal, que a su vez se convirtió en más neuronas corticales, que los ratones con la versión arcaica.
El equipo también se preguntó si TKTL1 influyó en el plegamiento profundo del cerebro humano, una geometría que nos permite exprimir neuronas adicionales dentro de nuestros cráneos. Los ratones carecen por completo de esos pliegues, pero los hurones, a pesar de llevar la versión arcaica de TKTL1, tiene algunos pliegues. Cuando los investigadores introdujeron la versión humana del gen en hurones, los animales produjeron más neuronas corticales y tenían pliegues cerebrales más grandes, informan los investigadores hoy en Ciencias. “No esperaba ver un aumento en [folds]”, dice la primera autora Anneline Pinson, postdoc en Max Planck. “Tiene sentido porque tenemos más neuronas, pero mirarlo fue bastante llamativo y sorprendente”.
A continuación, los investigadores utilizaron la tecnología CRISPR para eliminar TKTL1 en células de neocorteza humana fetal; el tejido que carecía del gen producía menos glía radial basal. Finalmente, el equipo comparó el efecto de ambas versiones del gen en organoides cerebrales hechos de células embrionarias humanas que flotan en placas de Petri. La versión humana nuevamente condujo a más células progenitoras y eventualmente a más neuronas en comparación con el gen arcaico. Aunque pueden estar involucrados genes adicionales, el hallazgo «señala que este gen es un jugador esencial» en la configuración de nuestros grandes cerebros, dice Huttner.
El equipo también investigó cómo TKTL1 ejerce sus efectos, con experimentos en tejido humano y en ratones. TKTL1 codifica una enzima que ayuda a las células a producir ácidos grasos, que son importantes en la división celular. Los investigadores sospechan que los ácidos grasos adicionales producidos por la versión humana permiten que las células progenitoras crezcan y se dividan más, lo que da como resultado más neuronas.
El documento, con sus múltiples experimentos, «es un tour de force», dice Alysson Muotri, neurocientífica de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego. Sin embargo, deseaba que el equipo también hubiera explorado los cambios en la actividad eléctrica en los organoides cerebrales modificados. Él y su equipo demostraron el año pasado que NOVA1otro gen con una versión única en humanos modernos, alteró la apariencia, el crecimiento y la actividad eléctrica de tales organoides. Si el TKTL1 los hallazgos se mantienen, dice, «estamos construyendo una lista de genes que probablemente afectan el desarrollo neuronal y fueron seleccionados positivamente en una población humana».
Para Christoph Zollikofer, paleoantropólogo de la Universidad de Zúrich, el nuevo artículo presenta una «pistola humeante completamente nueva» que muestra cómo nuestros cerebros difieren de los de los neandertales. Pero advierte que los datos no pueden resolver los debates sobre las capacidades mentales de los neandertales. El tamaño del cerebro y el número de neuronas no siempre se traducen en una mayor inteligencia; para él, una mejor cognición tiene que ver con las conexiones entre las neuronas.
Pinson y Huttner reconocen el punto. Aún así, Huttner dice: «Tener más neuronas probablemente no sea malo».
