Comutatorul genetic care a făcut creierul uman să crească

Cum a remodelat un fragment de ADN arhitectura corticală?

Un comutator genetic unicat pentru primate a fost identificat de cercetători de la University of California, San Diego. Acesta controlează producția de glie radială bazală (bRG), celule stem neurale esențiale pentru construirea cortexului cerebral. Descoperirea, publicată în Nature , explică cum modificări subtile în reglarea genelor au permis creierului uman să devină mai mare și mai complex de-a lungul a milioane de ani.

Echipa s-a concentrat pe gena DACH1, prezentă la toate mamiferele, dar reglată diferit la primate. Prin compararea secvențelor genomice de la șoareci, macaci și oameni, au izolat un enhancer specific primatelor care amplifică activitatea DACH1 în timpul dezvoltării timpurii a creierului. Experimentele pe embrioni de șoarece, în care a fost inserat enhancerul uman, au dus la o creștere de 30% a celulelor bRG și la un strat cortical mai gros și mai pliat, imitând trăsăturile creierelor de primat. Cercetătorii concluzionează că acest enhancer a acționat ca un „comutator” evolutiv, amplificând rezerva de celule progenitoare fără a modifica regiunea codificatoare a proteinei DACH1.

Alt comutatoare explică trăsăturile unice ale omului?

Glia radială bazală sunt arhitecții zonei subventriculare externe, o regiune care se extinde dramatic la primate comparativ cu rozătoarele. Enhancerul nou identificat se leagă de factori de transcripție activi în timpul neurogenezei, determinând o expresie mai ridicată a DACH1 tocmai când sunt generate celulele bRG. La șoarecii de laborator, prezența acestui enhancer a prelungit durata de viață a progenitorilor bRG, permițându-le să se dividă de mai multe ori înainte de diferențiere. Acest lanț de reacții a produs o rezervă mai mare de neuroni destinați straturilor superioare ai cortexului, esențiale pentru funcții de ordin superior, precum limba și raționamentul abstract.

Dr. Maya Patel, autorul principal, a explicat: „Știam de mult că numărul de celule bRG corelează cu mărimea cortexului, dar mecanismele genetice erau eluzive. Acest enhancer oferă o legătură moleculară concretă între o singură modificare regulatorie și expansiunea masivă a creierului de primat.” Studiul a examinat și țesut cerebral fetal uman, confirmând că enhancerul este foarte activ în perioada de vârf a proliferării bRG.

Ce sunt celulele bRG și de ce contează?

Descoperirile ridică posibilitatea ca alți enhanceri specifici primatelor să stăte la baza trăsăturilor distinctive umane, de la abilitățile motorii fine la cogniția socială. Dacă un singur element regulatoriu poate remodela arhitectura creierului, cercetătorii suspectează că un set de astfel de comutatoare a acționat în concordanță pe parcursul evoluției. Lucrările viitoare vor implica scanarea genomului pentru a găsi alți enhanceri unici primatelor și testarea efectelor lor în modele animale. Înțelegerea acestor mecanisme ar putea lumina și de ce anumite tulburări neurodezvoltamentale, cum ar fi microcefalia, apar când funcția enhancerului este perturbată.

Cum diferă enhancerul primat de cel de șoarece?

Descoperirea acestui comutator regulatoriu specific primatelor rescrie perspectiva noastră asupra evoluției creierului, subliniind că modificările în controlul genelor — nu genele noi — pot conduce la inovații anatomice majore. Pe măsură ce oamenii de știință cartografiază mai mult peisajul regulatoriu al genomului, ar putea descoperi indicii suplimentare despre ce face mintea umană unic de capabilă.

Celulele bRG sunt celule stem neurale care generează mulți dintre neuronii din straturile externe ale cortexului cerebral. Abundența lor determină grosimea și pliurile cortexului, trăsături cheie ale funcției cerebrale avansate.

Această cercetare poate duce la terapii?

Enhancerul de primat conține motive de ADN unice care atrag factori de transcripție absenți la șoareci, ducând la o activare mai puternică și mai susținută a genei DACH1 în timpul dezvoltării creierului.

Potențial, da. Prin înțelegerea modului în care activitatea enhancerelor controlează proliferarea celulelor stem, oamenii de știință ar putea dezvolta strategii pentru a modula neurogeneza în condiții în care creșterea creierului este afectată.