Gena creierului este în fruntea listei pentru crearea oamenilor, uman

De ce au oamenii creiere atât de mari? Acest mister evoluționist îi provoacă pe oamenii de știință de veacuri, dar unii cercetători folosesc genetica, în special acele gene care pot fi găsite doar la Homo sapiens, pentru un răspuns.

ARHGAP11B, o genă care se găsește doar la oameni, este cunoscută pentru rolul său în extinderea neocortexului, partea din creier responsabilă pentru funcțiile cognitive superioare, cum ar fi limbajul și planificarea. În experimentele detaliate într-un nou studiu publicat astăzi în revista Science, cercetătorii au inserat gena în fetușii de marmosets, care, ca și oamenii, sunt primate, dar nu sunt purtătoare ale genei. Echipa a constatat că, după 101 zile, neocorticele din creierul în dezvoltare al maimuțelor erau mai mari și aveau mai multe pliuri în țesut decât fetușii maimuțelor normale fără gena.

Având mai multe pliuri în această parte a creierului este important deoarece aceste pliuri cresc suprafața disponibilă pentru celulele cerebrale, sau neuroni, fără a face creierul prea mare pentru craniu. Demonstrarea faptului că gena umană îndeplinește un scop similar în creierul unei alte primate oferă o nouă perspectivă asupra modului în care este posibil ca oamenii să fi evoluat și poate arăta calea către viitoarele tratamente pentru bolile cerebrale.

Cerpul, amplificat

Gena ARHGAP11B a apărut în urmă cu aproximativ 5 milioane de ani, nu la mult timp după separarea evolutivă dintre strămoșii cimpanzeilor și cei ai oamenilor. Ea a apărut prin mutație atunci când o altă genă, ARHGAP11A, a fost copiată, sau duplicată. Cu toate acestea, versiunea de acum 5 milioane de ani a ARHGAP11B, cunoscută sub numele de versiunea „ancestrală B”, nu este cea pe care o au oamenii de astăzi. Oamenii de știință cred că o altă mutație a ARHGAP11B a avut loc la strămoșii oamenilor între 1,5 milioane și 500.000 de ani în urmă, creând gena specifică omului pe care cercetătorii au folosit-o în ultimul lor studiu.

„Acea secvență specifică omului este absolut esențială pentru capacitatea genei de a amplifica celulele stem ale creierului relevante în dezvoltare”, spune Wieland Huttner de la Institutul Max Planck de Biologie Celulară Moleculară, unul dintre autorii studiului.

Studii anterioare au arătat efecte similare la șoarecii și dihorii modificați pentru a avea „noua versiune B” a genei. Cu toate acestea, utilizarea acestor modele animale a însemnat că gena nu era neapărat exprimată în același mod în care este la om. Autorul studiului, Michael Heide, tot de la Institutul Max Planck, spune că echipa a dorit să studieze un organism model strâns înrudit cu oamenii, iar cele două opțiuni cele mai practice au fost maimuțoiul și macacul.

„Ne-am gândit că maimuțoiul ar fi cel mai bun model, deoarece neocortexul macacului are multe caracteristici pe care le împarte cu neocortexul nostru mare și pliat. Cu toate acestea, maimuțoiul este neted și de dimensiuni foarte mici”. Astfel, orice modificare a dimensiunii și formei neocortexului de maimuță ar fi ușor de observat.

Pentru a introduce gena în embrionii de maimuță, cercetătorii au folosit un „lentivirus”, un purtător de virus care nu se poate replica. Lentivirusul conținea ARHGAP11B, precum și un marker proteic care le-ar fi permis cercetătorilor să vadă unde este exprimată această genă. Ei au inclus o genă promotoare, sau o secvență de ADN care reglează expresia unor gene specifice.

Debra Silver, cercetător la Institutul de Științe ale Creierului de la Universitatea Duke, spune că metodele cercetătorilor din acest studiu, îmbunătățite față de cele folosite cu șoarecii și dihorii, dau multă greutate semnificației rezultatelor. „Una dintre provocări este că poți avea niveluri anormal de ridicate . Este ca și cum ai lua un camion Mack pentru a conduce ceva față de ceva mai subtil, cum ar fi o Toyota. Ideea este că, prin aceasta, ei încearcă să se apropie de ceea ce ar fi exprimat în mod normal în creierul uman.”

În plus, spune Silver, studiul a demonstrat că un efect predominant al genei, pe lângă creșterea dimensiunii și a numărului de pliuri în neocortex, este controlul producției anumitor neuroni care se dezvoltă mai târziu și care sunt mai importanți pentru procesarea de ordin superior.

Megan Dennis, care studiază genetica creierului uman la Universitatea din California, Davis, Institutul MIND, dar care nu a fost implicată în studiu, a declarat că această cercetare a realizat un pas important prin faptul că a demonstrat efectul genei la o primată.

„Avem o întreagă listă de gene despre care credem că ar putea fi importante în ceea ce ne face să fim exclusiv umani, dar foarte rar am demonstrat definitiv că ele chiar sunt contribuitoare”, spune Dennis. „Și trebuie să spun că un studiu ca acesta aduce cu adevărat ARHGAP11B în fruntea listei ca fiind o genă care ar putea foarte bine să fie importantă în dezvoltarea creierului uman.”

Ce va urma

Pentru că ARHGAP11B se încadrează într-o regiune a genomului uman despre care se știe că este asociată cu dizabilitatea intelectuală, schizofrenia și epilepsia, a afla mai multe despre modul în care funcționează ar putea fi, de asemenea, important pentru înțelegerea bolii. De exemplu, creierele umane care devin prea mari (macrocefalee) pot suferi o suită de tulburări neurologice și comportamentale, inclusiv autismul.

Înțelegerea unor gene exclusiv umane, cum ar fi ARHGAP11B, ar putea ajuta, de asemenea, la dezvoltarea de noi tipuri de terapii. Autorii acestui studiu sugerează că această genă are potențialul de a fi utilă în cultivarea de celule stem care ar putea ajuta la tratarea unor boli precum Parkinson, unde au fost identificate mutații clare.

Dar ideea de a folosi această genă sau altele asemănătoare pentru a modifica structura și funcția esențială a creierului uman ridică o serie de probleme etice atât în legătură cu modelele de testare pe animale, cât și cu ingineria genetică.

„Trebuie să fii foarte atent”, spune Huttner. „Dacă faci manipulare genetică la om, o poți face doar dacă este pentru a vindeca o boală în care ai o mutație anormală și o aduci înapoi la secvența normală identificată. Doar atunci. Dar pentru a încerca să „îmbunătățești” oamenii, în niciun caz.”

.