El gen del cerebro encabeza la lista para hacer humanos, humanos

¿Por qué los humanos tienen cerebros tan grandes? Este misterio evolutivo ha desafiado a los científicos durante años, pero algunos investigadores están utilizando la genética, específicamente aquellos genes que sólo se encuentran en el Homo sapiens, para obtener una respuesta.

ARHGAP11B, un gen que sólo se encuentra en los seres humanos, es conocido por su papel en la expansión del neocórtex, la parte del cerebro responsable de las funciones cognitivas superiores como el lenguaje y la planificación. En los experimentos detallados en un nuevo estudio publicado hoy en la revista Science, los investigadores insertaron el gen en los fetos de titíes, que, como los humanos, son primates, pero no son portadores del gen. El equipo descubrió que, al cabo de 101 días, las neocórtices de los cerebros en desarrollo de los monos eran más grandes y tenían más pliegues en el tejido que los fetos de monos normales sin el gen.

Tener más pliegues en esta parte del cerebro es importante porque esos pliegues aumentan la superficie disponible para las células cerebrales, o neuronas, sin que el cerebro sea demasiado grande para el cráneo. Demostrar que el gen humano cumple un propósito similar en el cerebro de otro primate proporciona una nueva visión de cómo pueden haber evolucionado los humanos y puede señalar el camino hacia futuros tratamientos para enfermedades cerebrales.

El cerebro, amplificado

El gen ARHGAP11B apareció hace unos 5 millones de años, no mucho después de la división evolutiva entre los ancestros de los chimpancés y los humanos. Surgió a través de una mutación cuando otro gen, el ARHGAP11A, fue copiado, o duplicado. Sin embargo, la versión de 5 millones de años de ARHGAP11B, conocida como la versión «ancestral B», no es la que tienen los humanos en la actualidad. Los científicos creen que otra mutación de ARHGAP11B se produjo en los ancestros humanos hace entre 1,5 millones y 500.000 años, creando el gen específico para humanos que los investigadores utilizaron en su último estudio.

«Esa secuencia específica del ser humano es absolutamente esencial para la capacidad del gen de amplificar las células madre cerebrales relevantes en el desarrollo», afirma Wieland Huttner, del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular, uno de los autores del estudio.

Estudios anteriores mostraron efectos similares en ratones y hurones modificados para tener la «nueva versión B» del gen. Sin embargo, el uso de esos modelos animales significaba que el gen no se expresaba necesariamente de la misma manera que en los humanos. El autor del estudio, Michael Heide, también del Instituto Max Planck, dice que el equipo quería estudiar un organismo modelo estrechamente relacionado con los humanos, y las dos opciones más prácticas eran el tití y el macaco.

«Pensamos que el tití sería el mejor modelo porque el neocórtex del macaco tiene muchas características que comparte con nuestro neocórtex grande y plegado. Sin embargo, el tití es suave y de tamaño muy pequeño». Así, cualquier cambio en el tamaño y la forma del neocórtex del tití sería fácil de ver.

Para introducir el gen en embriones de mono, los investigadores utilizaron un «lentivirus», un portador de virus que no puede replicarse. El lentivirus contenía el ARHGAP11B, así como un marcador de proteínas que permitiría a los investigadores ver dónde se expresaba ese gen. Incluyeron un gen promotor, o una secuencia de ADN que regula la expresión de genes específicos.

Debra Silver, investigadora del Instituto de Ciencias del Cerebro de la Universidad de Duke, dice que los métodos de los investigadores en este estudio, mejorados respecto a los utilizados con ratones y hurones, dan mucho peso a la importancia de los resultados. «Uno de los retos es que se pueden tener niveles anormalmente altos . Es como coger un camión Mack para conducir algo frente a algo más sutil como un Toyota. La idea es que con esto intentan acercarse a lo que se expresaría normalmente en el cerebro humano».

Además, dice Silver, el estudio demostró que un efecto predominante del gen, además de aumentar el tamaño y el número de pliegues en el neocórtex, es controlar la producción de ciertas neuronas que se desarrollan más tarde y son más importantes para el procesamiento de orden superior.

Megan Dennis, que estudia la genética del cerebro humano en el Instituto MIND de la Universidad de California, en Davis, pero que no participó en el estudio, dijo que esta investigación logró un paso importante al demostrar el efecto del gen en un primate.

«Tenemos toda una lista de genes que pensamos que podrían ser importantes en lo que nos hace singularmente humanos, pero muy pocas veces hemos demostrado definitivamente que realmente contribuyen», dice Dennis. «Y tengo que decir que un estudio como éste realmente lleva a ARHGAP11B a la cima de la lista como un gen que podría muy bien ser importante en el desarrollo del cerebro humano.»

Lo que está por venir

Debido a que ARHGAP11B se encuentra en una región del genoma humano que se sabe que está asociada a la discapacidad intelectual, la esquizofrenia y la epilepsia, aprender más sobre su funcionamiento también podría ser importante para entender la enfermedad. Por ejemplo, los cerebros humanos que adquieren un tamaño excesivo (macrocefalia) pueden sufrir una serie de trastornos neurológicos y del comportamiento, entre ellos el autismo.

La comprensión de genes exclusivamente humanos como el ARHGAP11B también podría ayudar al desarrollo de nuevos tipos de terapias. Los autores de este estudio sugieren que este gen tiene el potencial de ser útil en el cultivo de células madre que podrían ayudar a tratar enfermedades como el Parkinson, donde se han identificado mutaciones claras.

Pero la idea de utilizar el gen u otros similares para alterar la estructura y función esencial del cerebro humano plantea una serie de preocupaciones éticas en torno a los modelos de experimentación animal y la ingeniería genética.

«Hay que tener mucho cuidado», dice Huttner. «Si se hace una manipulación genética en humanos, sólo se puede hacer si es para curar una enfermedad en la que se tiene una mutación anormal y se devuelve a la secuencia normal identificada. Sólo entonces. Pero para intentar ‘mejorar’ a los humanos, ni hablar».