Neurociencias identifica el mecanismo genético que permitió la aparición de las capacidades humanas – La neocorteza
Descubren que nunca apareció un gen que nos hiciera inteligentes
Un equipo de científicos del Instituto de Neurociencias en Alicante CSIC-UMH, liderado por el doctor Víctor Borrell, en un estudio publicado en la revista Cell de junio 2018, identifica por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura durante la evolución de los mamíferos.
El nivel de actividad de genes conservados durante la evolución, y no la aparición de nuevos genes, fue clave para la expansión de la corteza cerebral, que hizo posible su gran complejidad en los mamíferos.
Esta modulación dio lugar a una nueva forma de neurogénesis más eficiente, que impulsó en los mamíferos la multiplicación exponencial del número de neuronas, la expansión de la corteza cerebral y, con ello, la aparición, en última instancia, de las capacidades que nos definen como humanos.
El tamaño del cerebro es radicalmente diferente entre reptiles, aves y mamíferos debido fundamentalmente a la diferencia de tamaño y complejidad de la corteza cerebral, que llega a su máximo exponente en nuestra especie. Compuesta de seis capas, frente a las tres de reptiles y aves, la corteza cerebral nos permite controlar características exclusivamente humanas, como la creatividad, el lenguaje, la escritura, la risa, las artes o la capacidad de planificar acciones y prever sus consecuencias.
La aparición de los amniotas
Dejar el medio acuático supuso un gran reto para el cerebro primitivo, que experimentó profundas modificaciones para integrar la nueva información visual, acústica y olfativa que recibía fuera del agua, así como para adaptarse a la nueva locomoción terrestre, que necesitó el desarrollo de una musculatura corporal específica para mover las extremidades anteriores y posteriores.
Las células madre de las neuronas
El desarrollo de la corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial, las células madre encargadas de generar neuronas y de guiarlas durante el desarrollo embrionario hasta sus destinos finales dentro del cerebro. El incremento en la neurogénesis embrionaria a lo largo de la evolución dependió de una decisión binaria de las células de glía radial: la de generar neuronas de forma directa o indirecta.
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| El desarrollo de la corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial |
En reptiles y aves, la mayoría de las neuronas corticales son producidas directamente a partir de las células de glía radial, mientras que en la neocorteza de los mamíferos la mayoría de las neuronas se producen de forma indirecta a través de células progenitoras intermedias, que se agrupan en la denominada zona subventricular – “la cuna de las neuronas” – exclusiva del cerebro de los mamíferos. Este proceso para generar nuevas neuronas, aunque más lento, permitió una amplificación exponencial de la producción de neuronas nuevas que impulsó la evolución de la corteza cerebral.
Hasta ahora se desconocían los mecanismos que regularon esta expansión de la corteza cerebral desde las tres capas de los reptiles y aves a las seis capas de los mamíferos. El equipo de científicos ha dado un paso muy importante precisamente para comprender, tanto a nivel celular como genético, cómo tuvo lugar esta evolución, fundamental para dotarnos de características únicas.
En concreto, han identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura en los mamíferos (neocorteza). Este hallazgo se hace aún más importante porque demuestra que esta evolución no se debió a la aparición de nuevos genes, como se ha sugerido recientemente, si no a la regulación fina de mecanismos genéticos ya existentes en reptiles, que son comunes en todos los amniotas.
Una «rotonda» nos hace tener más cerebro
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La expresión de la llamada proteína rotonda es clave en la creación o no de nuevas y variadas neuronas |
Fue la regulación de los niveles de actividad de una vía de señalización altamente conservada, la del gen Robo (abreviatura de Roundabout, en inglés “rotonda”), la que hizo posible el cambio en la forma de generar nuevas neuronas, pasando de una neurogénesis directa y poco ineficaz a otra indirecta, mucho más productiva.
Organoides cerebrales
Mientras que la neurogénesis directa, propia de reptiles y aves, limita el número de neuronas nuevas y, por tanto, el tamaño de la corteza cerebral, la aparición de la neurogénesis indirecta permitió la producción de un volumen de neuronas sin precedentes. Esto se logró con la disminución de la expresión del gen Robo durante la evolución de los amniotas, como mecanismo primario que impulsó la expansión y la complejidad de la corteza cerebral a lo largo de la escala evolutiva.
El equipo ha utilizado experimentos de ganancia y pérdida de función génica en embriones de ratones, pollos y serpientes, y también en organoides cerebrales humanos, para demostrar que los niveles bajos del gen Robo, combinados con niveles altos del gen Dll1, son necesarios y suficientes para conducir a la neurogénesis indirecta que permitió el desarrollo de la corteza cerebral cada vez más grande y compleja de los mamíferos. Además, han comprobado experimentalmente en serpientes y aves que la disminución de la señal de Robo y la potenciación de Dll1 recapitula este proceso evolutivo, dando lugar a la formación de células madre que solo se forman en el cerebro de mamíferos, y que son necesarias para la neurogénesis indirecta, también exclusiva de mamíferos.
En este estudio han colaborado investigadores de la Universidad de Ginebra (Suiza), el Instituto Max Planck (Alemania) y las Universidades de Stanford y Thomas Jefferson (EE. UU.).
Célula glial radial
Entendemos por glía o células gliales a aquel conjunto de células derivadas del epitelio embrionario que recubren el sistema nervioso y forman una red de soporte, protección, nutrición y mantenimiento de las neuronas.
Una célula glial radial es una célula con forma bipolar que abarca todo el ancho de la corteza en el desarrollo del sistema nervioso central (SNC) y que sirve como progenitor primario capaz de generar neuronas, astrocitos y oligodendrocitos.
Sin embargo, ese papel se ve reducido con el paso del tiempo: una vez producida la migración de las neuronas de la corteza hacia su posición final y una vez que dejan de nacer nuevas neuronas en la mayoría de áreas del sistema nervioso, su papel pasa a centrarse en dar soporte a la red neuronal.
La glía radial también se ha relacionado con la propia generación y síntesis neuronal: se ha observado que pueden actuar como progenitoras de otras células tales como neuronas. Dicha neurogénesis se encuentra vinculada especialmente a la infancia, pero se sospecha su implicación en el nacimiento de nuevas células nerviosas en el cerebro adulto en las pocas áreas en que se ha detectado – en el hipocampo y en el bulbo olfatorio – es donde más se ha observado.
Se ha visto que las células gliales también tienen un muy importante papel a la hora de generar una red cerebrovascular compleja, funcional y estable en el cerebro, especialmente en los inicios de la vida pero también durante todo el ciclo vital. En experimentos con ratones se observó que su inhibición genera una degradación de la red de vascularización cerebral y el metabolismo del cerebro, algo que facilita en gran medida la aparición de neuro-degeneración.
A igual que el resto de células gliales, la glia radial también tiene como importante papel sustentar y mantener con vida a las neuronas que las rodean, facilitando su crecimiento y nutriéndolas.
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