¿Por qué nuestro cerebro es especial? La respuesta está (probablemente) en el genoma…

epigenética sustancias tóxicasComprender cómo la actividad cerebral da lugar a estados mentales exclusivos de humanos es, sin duda, uno de los grandes desafíos científicos que quedan por resolver. Para abordar este problema es fundamental el estudio de la corteza cerebral (también llamada neocortex), la capa más externa del cerebro formada por billones de neuronas y organizada en unas cincuenta áreas claramente delimitadas, cada una de las cuales se asocia con funciones concretas como los movimientos, el tacto, la formación de las imágenes visuales, la comprensión gramatical, etcétera. Sabemos la importancia que tiene la corteza cerebral para explicar rasgos típicamente humanos como el pensamiento abstracto, la auto-conciencia o el lenguaje. De hecho, el neocortex ocupa prácticamente el 80% de la masa del cerebro humano, lo que representa un salto importante respecto a otros grandes simios en los que esta estructura es más reducida. La pregunta que debemos responder, por tanto, es cómo se ha dado este salto evolutivo.

“Uno de los grandes desafíos científicos es comprender cómo se ha dado el salto evolutivo que dio lugar al neocortex en el cerebro humano”

Como sucede con cualquier otra estructura corporal, la formación del cerebro y de la corteza están determinadas por el proceso de desarrollo embrionario. Por tanto, la pregunta anterior se podría formular de otro modo: ¿cómo se ha modificado el desarrollo embrionario del cerebro en humanos, respecto a otros animales? Dado que el desarrollo embrionario es principalmente el resultado de la ejecución de un programa genético, la respuesta habrá que buscarla en nuestro genoma. Pero, hasta ahora, los intentos de encontrar cambios en el genoma que puedan explicar las innovaciones morfológicas en el cerebro humano han sido infructuosos. Esto se debe a que dicha búsqueda se ha centrado tradicionalmente en los genes, o para ser más precisos en los genes que codifican proteínas. Excluyendo la conocida historia de FOXP2, hay pocos cambios genéticos de este tipo que sean exclusivos de humanos y que tengan relevancia en el desarrollo del cerebro.

La solución, por tanto, tendrá que venir por otro lado, buscando en otro tipo de secuencias distintas a los genes codificantes de proteínas. Desde que, hace unos años, se completó un inventario exhaustivo de todos los elementos funcionales del genoma humano, los científicos son conscientes de la existencia de millones de pequeñas regiones genómicas que se encargan de regular la actividad de nuestros genes. Muchos nos hemos interesado por los llamados enhancers, elementos que potencian la actividad génica y explican el hecho de que ciertos genes estén activos únicamente en determinados tejidos o tipos celulares. Algunos de estos enhancers juegan un papel muy claro en el desarrollo cerebral, especialmente en humanos, como contaba aquí en el último post. Una nueva investigación realizada por científicos de Yale y publicada en la revista Science revela la auténtica magnitud de este fenómeno.

“Científicos de Yale han identificado miles de enhancers, activos únicamente en humanos, que regulan genes responsables de la formación del neocortex durante el desarrollo embrionario”

Los investigadores compararon el genoma humano con el de un primate (el mono rhesus o macaco) y con el de ratón, centrándose precisamente en estas regiones que potencian la actividad de los genes. Analizaron dos marcas epigenéticas que revelan específicamente dónde están los enhancers activos, y realizaron estos análisis en genomas procedentes de cerebros en periodos embrionarios en que se está formando la corteza cerebral. Esto les permitió identificar los elementos que están activos durante el desarrollo de la corteza cerebral en humanos pero no en mono rhesus o ratón: unos 12.000, de un total de 50.000 enhancers analizados. Gracias a los datos de otro proyecto llamado BrainSpan, que permite ver la actividad de los genes que tienen que ver con el desarrollo cerebral durante el periodo embrionario, los científicos constataron que esta colección de enhancers específicamente humanos es en gran medida responsable de los cambios genéticos que han llevado a la evolución del neocortex humano.

Lo más interesante viene después, al analizar con más detalle las funciones de los cientos de genes implicados. Como es habitual en biología moderna, todos estos genes se organizan en redes modulares formadas por cientos de nodos que interactúan entre sí (cada nodo es un gen). Pues bien, las redes identificadas en este trabajo incluyen los principales procesos y vías celulares que son cruciales para el desarrollo del neocortex: la formación de patrones en la corteza cerebral, la migración de las neuronas, la velocidad de renovación de las células madre cerebrales, etc. Lo cual abre un panorama apasionante a los que nos dedicamos al estudio de estas pequeñas regiones genómicas. El reto, ahora, es llegar algún día a comprender cómo todas ellas han ido evolucionando conjuntamente para configurar un programa de desarrollo capaz de generar una estructura tan compleja como el cerebro humano.

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