octubre 27, 2018

Implicación Genética en el Desarrollo de la Inteligencia Humana : Descubrimiento del Gen NOTCH2NL – Identificación de 40 Nuevos Genes





La mayor parte de los seres vivos son capaces de realizar acciones que pueden ser consideradas inteligentes o al menos el resultado de un proceso de reacción adecuado ante las circunstancias cambiantes de su medio ambiente. Sin embargo, la inteligencia o los procesos intelectuales que desarrollan los seres humanos son enormemente superiores a los que logran los organismos de cualquier otra especie.

El proceso de evolución y humanización del cerebro del Homo sapiens lo convirtió en un órgano único y diferente, alcanzando el mayor tamaño relativo entre todas las especies, pero además le permitió una reorganización estructural de tejidos y circuitos en segmentos y regiones específicas. Esto explica las notables capacidades cognitivas del hombre moderno, en comparación no solo con otros miembros de su género, sino con otros miembros más antiguos de su propia especie.

Hace unos 3-4 millones de años aparecieron unos genes en nuestros antepasados humanos y, a partir de ahí, tal y como demuestran los fósiles, se produjo un aumento extraordinario en el tamaño cerebral de nuestros ancestros. Esta evolución hacia unos cerebros más grandes fue de gran importancia para nuestra especie por la habilidad que nos dio para pensar, para solucionar problemas y para desarrollar la cultura. La expansión cerebral resultaba evidente al observar las diferentes cavidades craneales en los fósiles de nuestros antepasados, pero faltaban por descubrir aquellos cambios genéticos que nos hicieron humanos.

La evolución es un proceso que es fácil apreciar a gran escala, cuando prestamos atención a las distintas especies que han ido apareciendo, transformándose o desapareciendo a lo largo de la historia biológica de nuestro planeta. Sin embargo, son los pequeños cambios, a veces a nivel de una molécula, los que dan lugar a nuevas estructuras, nuevas funciones o incluso nuevas formas de vida.

Imagen computerizada
de una cadena de ADN
Desde que la publicación del Proyecto Genoma Humano desvelara en 2001 la secuencia completa de nuestro ADN, muchos han sido los estudios que han tratado de averiguar qué genes forman parte de dicha secuencia. Conocer su significado y por tanto su función resulta clave para identificar todos los genes del ser humano y con ello entender su biología o las enfermedades que le afectan.

Se trata de una tarea difícil, pues un trabajo de este tipo requiere de la colaboración de muchos equipos de investigación que analicen un gran volumen de datos que permitan construir un modelo general aplicable a toda nuestra especie.


El cerebro humano creció y se desarrolló gracias al gen NOTCH2NL

Un grupo de investigadores de la Universidad de California Santa Cruz y de la Universidad Libre de Bruselas VIB, cuyos resultados se han publicado en dos trabajos conjuntos de la revista Cell de mayo 2018, ha descubierto, entre toda la maraña de nuestro ADN, un gen que es único en humanos y que está implicado en el aumento del tamaño del cerebro durante la evolución de nuestra especie.

Se trata de una variante de la familia de genes NOTCH, bautizada como NOTCH2NL, que actúa en etapas tempranas del desarrollo embrionario manteniendo la función de las células madre de la corteza cerebral. Todo parece indicar que fueron la fuerza impulsora en la evolución hacia cerebros más grandes.

Se cree que un ancestro del género Homo  que incluye tanto al hombre moderno como a los neandertales  adquirió una copia activa de este gen hace entre tres y cuatro millones de años.

El gen NOTCH2NL

Los investigadores han descubierto que en nuestro cromosoma 1 existía un gen no identificado hasta ahora. En realidad han visto tres genes Notch casi idénticos. Los genes NOTCH, que están presentes en muchas especies, tienen diferentes funciones. Todas ellas son muy importantes durante el desarrollo embrionario de los animales.

Están implicados en la comunicación celular y son fundamentales para mantener a las células madre activas. Las células madre, que en principio podrían dividirse y generar cualquier tipo de célula, necesitan conservar su capacidad de división para tal fin. De perderla, ya no producirían más células y, de mantenerse activas más de lo normal, harían crecer los tejidos por encima de lo esperado. Esto es exactamente lo que hacen los genes NOTCH2NL, que las células madre de la corteza cerebral (la parte del cerebro donde están las neuronas) estén en constante producción de nuevas neuronas y, por tanto, que produzcan cerebros más grandes.

Otro gen implicado en el desarrollo del cerebro humano es el gen SRGAP2C. Y si a NOTCH2NL se le relaciona con la producción de un gran número de neuronas y por tanto cerebros más grandes, al gen SRGAP2C se le atribuye un mayor número de conexiones entre esas neuronas, es decir, circuitos neuronales más complejos.

¿Es la combinación de los genes NOTCH2NL  responsables del tamaño de nuestro cerebro  y el gen SRGAP2C  relacionado con un mayor número de conexiones entre neuronas  la clave de la inteligencia humana? Según los científicos tanto el gen NOTCH2NL como el SRGAP2C desempeñan papeles importantes en la inteligencia humana, pero es poco probable que sean los únicos genes involucrados. Nuestro cerebro es grande y complejo y en él probablemente subyazcan muchas innovaciones genéticas de funciones sofisticadas específicas de humanos.

35 genes desconocidos hasta ahora

El equipo ha dado con un total de 35 genes únicos en humanos y que son activos durante el desarrollo de la corteza cerebral. Uno de ellos es el gen SrGAP2. En cuanto a los demás, casi no conoce nada de ellos. Sus patrones de actividad sugieren funciones muy dispares que van desde el control temprano de las células madre de las neuronas hasta el posterior desarrollo de los circuitos neuronales. Además de su papel durante el desarrollo, al equipo también le interesa si están implicados en algún tipo de enfermedad. Desean estudiar si los otros genes identificados también desempeñan un papel importante durante el desarrollo del cerebro humano, y si esto puede estar relacionado con enfermedades neurológicas.

Aparición del gen NOTCH2 en la evolución de los homínidos

Este grupo de genes parecen haber surgido al duplicarse parte del material genético en lugares donde hay largas secuencias de ADN casi idénticas, lo que lo convierte en una región inestable y, aunque es importante en la evolución, también produce graves defectos genéticos.

Los científicos han visto que hace unos 14 millones de años, esta parte del ADN se duplicó en un antepasado de los homínidos. Un duplicado de los genes NOTCH2 no aparece en orangutanes, pero sí en chimpancés y gorilas, en los que no es funcional. En los humanos, tanto neandertales como denisovanos y Homo sapiens arcaico, el gen se hizo activo cuando volvió a copiarse varias veces, lo que ocurrió, como calculan, hace entre tres y cuatro millones de años. Los investigadores han identificado ocho versiones diferentes de NOTCH2NL y se cree que haya más.

Un mayor cerebro provocó ciertas patologías

La adquisición de los genes NOTCH2NL y el aumento del tamaño del cerebro tuvieron, por otro lado, algunas consecuencias negativas en la salud humana ya que provocó defectos genéticos asociados a trastornos neurológicos. La investigación del gen NOTCH2NL es un área en la que se puede desempeñar un papel importante para conocer los orígenes del desarrollo humano y las enfermedades neurológicas.


Así, la duplicación de en una región del genoma conocida como 1q21.1 produce un mayor desarrollo cerebral, lo que causa macrocefalia. Por el contrario, la pérdida de parte de esta porción del ADN está relacionada con un menor desarrollo cerebral y produce microcefalia. Ambas están asociadas a una variedad de trastornos del neuro-desarrollo. Por poner un ejemplo, en el síndrome de microdeleción 1q21.1, estudiado hasta la fecha en muy pocos pacientes, se produce microcefalia, dimorfismo facial, anomalías oculares y retraso del desarrollo o déficit intelectual leve.

Para entender lo que ocurre, el equipo ha aplicado la técnica del copia y pega genético conocida como CRISPR. La edición de genes mediante CRISPR/Cas9 permitirá estudiar cómo el gen NOTCH2NL y los otros genes relacionados con la región 1q21.1 contribuyen al desarrollo del cerebro y la enfermedad en modelos in vitro de células madre. Esto podría conducir a nuevos métodos diagnósticos basados en el gen NOTCH2NL o en otros genes que están localizados en el mismo sitio.

Células in vitro de la corteza humana
Sin embargo, son muchos los genes involucrados en estas patologías y por ello, aunque una anomalía genética esté presente, no siempre se padece la enfermedad y no siempre se adquiere de los padres. En los hijos, el defecto genético puede producirse por una nueva mutación, como así lo demuestran los pacientes que el equipo ha examinado. Entre un 20% y un 50% de los hijos afectados el error genético es nuevo y, aunque los padres también lo tienen, no presentan síntomas.

Otros trastornos comunes que podrían estar, en cierta medida, relacionados con estas ganancias o pérdidas de genes son el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH), los trastornos del espectro autista y la esquizofrenia.

La investigación se ha centrado en las células madre del sistema nervioso. Sin embargo, los genes Notch están presentes en muchos tipos de células distintas. El gen Notch2NL podría estar activo en otros tipos de células madre, en células cancerígenas o en procesos de crecimiento y renovación de células. De hecho, se sabe que la vía Notch, en la que actúa Notch2NL, está implicada en las células madre adultas y en la tumoro-génesis.

Estos estudios parecen prometedores para entender algunas de las enfermedades que nos afectan. Y, aunque los dos equipos de investigación han expresado su cautela en unas líneas de su publicación dedicadas a los pacientes que esperan avances rápidos, los científicos también se muestran muy optimistas. Los descubrimientos científicos son el primer paso hacia las aplicaciones médicas. Si bien puede pasar algún tiempo antes de que puedan obtener algún beneficio de su investigación, creen que publicitar y compartir estos hallazgos puede ofrecer esperanza para algunos pacientes y sus familiares.


Identifican 40 nuevos genes relacionados con la inteligencia

Un equipo de investigadores de la Universidad de Amsterdam cuyos resultados se publican en la revista Nature Genetics de mayo 2017, aporta la descripción de nuevos genes humanos, 40 de ellos relacionados con la inteligencia y las áreas del cerebro en las que actúan. El estudio podría ayudar a entender la función cerebral, la cognición, y definir el componente genético del coeficiente intelectual.

Tras analizar el ADN de 78.308 personas, el equipo ha llevado a cabo un estudio de todo el genoma relacionado con la Inteligencia para la muestra más grande analizada hasta la fecha y por primera vez han sido capaces de detectar una cantidad sustancial de efectos genéticos en el coeficiente intelectual.

Los científicos encontraron 52 genes, 12 de ellos ya conocidos y 40 de nueva descripción. La mayoría de estos genes tienen una función en el cerebro y están implicados en la regulación del desarrollo de la célula, proporcionando una visión de los fundamentos biológicos de la inteligencia. También mostraron una relación genética entre la inteligencia y otros rasgos, como la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia y la neurosis, que tienen una correlación genética negativa con la inteligencia. Estos hallazgos ayudan, por tanto, a la comprensión de los fundamentos genéticos de estos trastornos.

Por otro lado, los investigadores han llevado a cabo un análisis estadístico relacionando la presencia de estos nuevos genes con ciertos rasgos de la población como el volumen intracraneal, la medida de la circunferencia de la cabeza durante la infancia, o el éxito educacional, todos ellos relacionados hasta la fecha indirectamente con valores de inteligencia.

El éxito educacional y la inteligencia están correlacionados en la población general en un 40%. En términos genéticos esta correlación es aún mayor, alcanzando hasta un 70%. Esto significa que la variación de los genes que están asociados con un incremento de la inteligencia, también lo está con un mayor éxito educacional.

En las casi 80.000 personas estudiadas el equipo ha incluido tres grupos de interés especial, como son los individuos de edad avanzada, el análisis de los estudiantes que presentan un alto coeficiente intelectual (CI), o el estudio de gemelos idénticos.

Han querido comprobar si los efectos genéticos sobre la inteligencia eran diferentes con la edad, pero no lo eran. También probaron si sus actuales hallazgos genéticos podían pronosticar de alguna manera si una persona tenía un CI extremadamente alto o no, aunque su predicción está aún lejos de ser perfecta.

En cuanto a los resultados con gemelos idénticos, que suelen usarse para ver en estas personas cómo interactúan los mecanismos de la herencia genética y el medio ambiente, han concluido que aún se necesitan descubrir más genes que ayuden a comprender cómo se produce el legado de la inteligencia de una generación a otra.

Estos genes, explican los expertos, se expresan principalmente en el cerebro y están implicados en procesos de desarrollo celular. Esta nueva información puede ayudar a los investigadores a centrar sus estudios sobre genes específicos para avanzar en el conocimiento de la inteligencia y el desarrollo cerebral.

Las diferencias existentes en el tamaño del cerebro entre personas están determinadas por variantes genéticas y también por la influencia de factores ambientales. Existe un amplio debate histórico acerca de si el tamaño del cerebro tiene una repercusión directa en la capacidad intelectual de la persona.


El género en el cerebro

La inteligencia y el talento o, a la inversa, la ineptitud y la mediocridad no tienen género, como resulta del estudio de las condiciones que predisponen tanto al hombre como a la mujer para procesar la información de una forma determinada y, posteriormente, decidir y actuar en consecuencia. No tenemos un cerebro unisex, sino que es masculino o femenino desde el desarrollo embrionario.

Las primeras diferencias entre el cerebro del hombre y la mujer se inician en el ámbito intrauterino. Ello ocurre a las 8 semanas de gestación. Antes, los embriones masculinos y femeninos son prácticamente iguales. El desarrollo de las características masculinas está determinado por un gen que es exclusivo del cromosoma Y, que genera la transformación de las gónadas del embrión en testículos. Si este cromosoma no está presente, se desarrollan los ovarios. A partir de la semana 8, la acción de las hormonas sexuales causa la diferencia de género en el cerebro, tanto en la morfología como en las funciones, por ello, hombres y mujeres nacen con circuitos que los caracterizan como tales. Estas diferencias no tienen relación alguna con la inteligencia, sino con la forma de percibir y procesar la información sensorial que ingresa al cerebro.

El sexo determina diferencias en el comportamiento y las más evidentes tienen que ver con el sistema endócrino. Como el sistema hormonal tiene una enorme influencia en la morfología cerebral, el cerebro masculino se organiza de manera diferente del femenino, lo cual conlleva un procesamiento distinto de la información que impacta en la emotividad, la conducta y la toma de decisiones.

Si bien existen diferencias estructurales, químicas, genéticas, hormonales y funcionales entre ambos géneros, cabe destacar, desde el inicio, que el potencial cerebral dependen de un conjunto de factores que pueden resumirse en los siguientes grupos: anatómicos, genéticos, ambientales (en primer lugar, la familia y grupos de referencia), sociales y emocionales.

Debido al fenómeno de plasticidad neuronal  el cerebro cambia constantemente como resultado del aprendizaje y la experiencia  no es posible configurar un único patrón que pueda explicar exhaustivamente por qué hombres y mujeres piensan y actúan en forma diferente.

Algunas de las diferencias identificadas por la neurobiología

La capacidad para memorizar. Es mayor en el cerebro femenino, principalmente la fijación de recuerdos con contenidos emocionales. También ha sido comprobado que la mujer puede evocar recuerdos emocionales más rápidamente que el hombre y que los fija con mayor permanencia en el tiempo.

La amígdala según el género. La amígdala desempeña un papel activo en la vida emocional de ambos sexos y es más grande en el cerebro masculino. Sin embargo, ante estímulos de contenido idéntico o similar, tiene mayor activación en el cerebro femenino.


Asimismo, en el cerebro femenino las regiones involucradas en la reacción emocional coinciden con las áreas que participan en la codificación de la memoria episódica, lo cual contribuye a explicar por qué la mujer tiene mayor facilidad para evocar recuerdos emocionales con mayor intensidad y detalle vivencial que el hombre.

El cerebro de la mujer está mejor estructurado para la empatía emocional mientras que el masculino es más eficiente en lo relacionado con el pensamiento lineal y sistémico.

Una de las estructuras cerebrales más importantes en la formación de la memoria, el hipocampo, tiene un mayor tamaño en el cerebro de la mujer, como así también los circuitos cerebrales que registran la observación de las emociones de los demás. Esta configuración morfológica hace que, en promedio, las mujeres tengan mayor facilidad para expresar sus emociones y, a su vez, mayor capacidad para recordar en forma minuciosa los episodios con carga emocional.

El cerebro masculino muestra superioridad en el desarrollo de las áreas visuo-espaciales. Durante una investigación, se observó que las mujeres necesitan más tiempo que los hombres para darle forma a los objetos mentalmente. Si bien llegaban acertadamente a la respuesta, necesitaron más tiempo para hacerlo.

Las mujeres tienden a utilizar los dos hemisferios cerebrales ante tareas complejas. Este patrón de actividad explicaría por qué tienen una visión más extensa de una situación determinada, y los hombres, una visión más focalizada.

Ver :

No hay comentarios.:

Publicar un comentario