Genes que intervienen en el desarrollo de la corteza cerebral son los responsables de nuestras capacidades cognitivas
Un grupo de investigadores ha descubierto un grupo de genes que han evolucionado para ser más activos durante el desarrollo de la corteza cerebral humana. Determinaron que estos son los responsables de la proliferación neuronal, la migración y la organización del mapa cortical. El aumento de actividad en estos genes nos ha ido separando, evolutivamente, de nuestros antecesores y nos ha permitido adquirir unas potencialidades cerebrales asombrosas. Por Anabel Paramá.
Los estudios realizados a lo largo de estos años, han propuesto que no existen grandes diferencias genéticas entre los humanos y los grandes primates actuales, como por ejemplo, el chimpancé. Una diferencia que no supera el 1,3%. Realmente un porcentaje pequeño, sin embargo, lo suficientemente importante como para que los cambios genéticos responsables de cada una de las variaciones anatómicas que hay, entre ellos y nosotros, nos hagan diferentes. Y no sólo eso, sino que este porcentaje nos ha permitido adquirir una ventaja selectiva suficientemente importante como para que la selección natural nos haya beneficiado.
Está claro que sin estas ventajas, el comportamiento de los humanos no diferiría mucho de los macacos. No podríamos llevar a cabo todas aquellas actividades que nos hace ser un tipo de animal muy peculiar, algo de lo que carecen los demás primates. Esto nos permite usar el lenguaje, resolver problemas, imaginar, crear, inventar…todo ello siguiendo un patrón lógico. Esta capacidad la hemos adquirido gracias a la proliferación neuronal en la corteza cerebral.
Estas actividades están regidas por una de las estructuras más fascinantes y complejas de nuestro cuerpo, el cerebro. Y es aquí, en este órgano, donde surge uno de los grandes enigmas que rodean a nuestro funcionamiento y lo hacen diferente al de los primates. Un grupo de investigadores de la Universidad de Yale ha proporcionado una pieza más que contribuirá a la resolución del enigma tal y como ha publicado, recientemente, en la prestigiosa revista Science.
Estos científicos han descubierto una lista de genes que han evolucionado para ser más activos durante el desarrollo de la corteza cerebral humana. Para ello, se han basado en la corticogénesis (proceso de desarrollo de formación de la corteza cerebral).
Concretamente, han realizado una comparativa entre los perfiles epigenéticos de la corticogénesis de humano, macaco Rhesus y ratón. Y llegaron a determinar que los genes que han ganado en actividad en los humanos, son genes que se expresan en la corteza cerebral y desempeñan importantes funciones en la proliferación neuronal (formación de neuronas), la migración neuronal (desde las zonas donde se forman a las zonas donde llevan a cabo su función) y la organización del mapa cortical.
De primates a humanos
De todas las diferencias que existen entre el ser humano y el primate, la que más fascinación despierta es el tamaño inusualmente grande del cerebro en los humanos. Concretamente de la corteza cerebral. Y después de años de estudio, la ciencia todavía no ha sido capaz de explicar ésta.
Tenemos conocimiento que la corteza cerebral, considerada como la sede de la función cognitiva superior, sufrió una rápida extensión en los últimos dos millones de años. Una característica que nos ha ido aportando capacidades únicas. Pero, hasta ahora no se conocía el proceso exacto de cómo el cerebro humano se había agrandado más que el de otras especies, genéticamente similares a nosotros.
La evolución ha inducido, a nivel cerebral, la superposición de estructuras nuevas sobre estructuras más arcaicas. Tal es así, que en el hombre coexisten todavía ambos tipos de formaciones cerebrales. De hecho, se ha encontrado en la parte más interior de nuestro cerebro, la presencia de estructuras cerebrales características de los reptiles. Con el paso del tiempo y la llegada de los mamíferos primitivos se desarrollan nuevas estructuras, entre ellas, la corteza. Y, finalmente, los mamíferos superiores agregan una nueva estructura cerebral, elneocortex, que es, precisamente, donde residen las capacidades cognitivas superiores.
Conociendo la sucesión de estos procesos, entonces cabe preguntarse, ¿cómo ha ido evolucionando la especie humana para llegar a convertirse en lo que somos hoy en día? Y por otra parte, ¿qué es lo que hace al cerebro humano tan especial? Parece que los neurocientíficos están cada vez más cerca de poder responder a estas preguntas y han llegado a la conclusión que la genética es la clave y es la que puede resolver el enigma.
La importancia de la epigenética
Aprovechando las nuevas herramientas experimentales y computacionales, los investigadores de Yale, quisieron identificar aquellos genes más activos durante el desarrollo de la corteza cerebral humana, así como sus efectos biológicos.
Para ello, comenzaron realizando una intensiva búsqueda de modificaciones cerebrales en la corteza en desarrollo de embriones de humano, macaco Rhesus y ratón, vinculados al aumento de la actividad a nivel cortical. Estos científicos comprobaron que en pequeñas zonas del genoma humano es donde se produce una alta actividad, lo que implica, a su vez, una gran cantidad de variaciones epigenéticas.
En los humanos estas variaciones han traído consigo lo que se ha denominado como ganancias epigenéticas. Y compararon los datos obtenidos en las tres especies para determinar que genes eran más activos en el desarrollo cortical humano.
El análisis de sus resultados mostró que estas ganancias epigenéticas no estaban asociadas a cambios específicos en la secuencia genética de los humanos. Pero, sí encontraron unos puntos del genoma o hotspotsen los que se acumulaba una elevada densidad de ganancias epigenéticas.
Expliquemos un poco esto. Los hotspots, son puntos de gran actividad. Concretamente, son regiones o secuencias del genoma que presentan una frecuencia de mutación extremadamente elevada. Las modificaciones epigenéticas, es decir, alteraciones producidas por el ambiente, pueden silenciar o activar determinados genes de manera que provocan que la expresión génica varíe, pero, no provocan cambios en la expresión génica.
Estas modificaciones epigenéticas nos permiten adaptarnos al medio y por tanto, evolucionar. Dichas transformaciones traen consigo un incremento celular en determinadas zonas del cerebro, con un gran impacto evolutivo, según declara el profesor Noonan.
La lista de genes obtenida fue larga. Pero los que han evolucionado más son aquellos que estaban relacionados con una mayor actividad durante el desarrollo de la corteza cerebral humana. Pues bien ¿qué importancia biológica tienen?
Para determinar esta importancia, los investigadores emplearon técnicas de análisis genético y comprobaron que los genes que estos genes son los responsables de la formación de nuevas neuronas, la migración neuronal, así como, de la organización del mapa cortical, son los que han ganado en actividad en los humanos.
El enigma del cerebro
El cerebro es el órgano más enigmático y sorprendente de todo el cuerpo humano. Es el encargado de controlar las funciones de nuestro cuerpo y de mantener el contacto con el mundo exterior. Tiene la capacidad de percibir información, analizarla, integrarla y transmitir órdenes para poder regular el organismo.
Por otro lado, es el órgano que controla lo que sentimos, la conducta, el pensamiento, la forma en la que nos movemos, si tenemos sueño o estamos despiertos y el lenguaje. Además, como vimos en su momento, tiene la capacidad de ensamblar todo lo aprendido en nuestro día a día a través del denominado sueño REM.
Una de las estructuras que forman parte del cerebro es la corteza o córtex cerebral, uno de los tejidos más complejos. Ésta es una estructura laminada organizada en seis capas, que recubre todo el hemisferio cerebral, cada una de las cuales contiene neuronas. Entre estas capas existen conexiones que facilitan el procesamiento de la información. Esta organización es el resultado de una serie de sucesos que ocurren ya durante el desarrollo embrionario.
Pues bien, para que este procesamiento sea correcto debe de existir una adecuada disposición de las neuronas, lo que nos permitirá desempeñar correctamente las funciones biológicas de alta complejidad como la generación de movimiento, percepción, memoria o la conciencia. Ya que es, precisamente, aquí, donde ocurre la percepción, la imaginación, el pensamiento, el juicio y la decisión.
Correcta formación del córtex
En este tejido, como hemos comentado las neuronas siguen una organización determinada y muy concreta, formación en seis capas. Las neuronas se van formando en cada una de estas capas, pero, debe de realizarse de una forma totalmente ordenada, es decir, primero se irán colocando las neuronas de la capa más interna la capa seis, una vez finalizada esta disposición, se inicia la de la capa cinco y así sucesivamente, por tanto, las neuronas más jóvenes se van situando en las capas más superficiales. A este proceso se le denomina de dentro hacia fuera.
Pues bien, esta organización es fundamental dado que cualquier error, por muy pequeño que sea, dará lugar a síndromes altamente discapacitantes e incluso enfermedades mortales como por ejemplo, la lisencefalia.
Este trabajo, aporta resultados de gran valía para la comunidad científica ya que puede ayudar a entender mejor la complejidad del cerebro humano, desde los procesos que se han producido para su evolución hasta su funcionamiento actual.
No sólo eso. El descubrimiento nos muestra los elementos genéticos que nos hace ser persona y, por tanto, puede alterar las bases del conocimiento existente sobre lo que nos hace humanos. Después de todo esto, parece que se inicia una nueva era en la genómica evolutiva de los humanos. Sin embargo, todavía queda mucho por conocer, pues el trabajo de comprender todo aquello que es exclusivo del cerebro humano sigue siendo el gran desafío.
Poco a poco se va avanzando, así que, seguramente, no tardaremos mucho en volver a informar de algún adelanto más realizado que nos vaya aportando nuevas piezas al puzzle tan inmenso que nos queda por completar.
Aprovechando las nuevas herramientas experimentales y computacionales, los investigadores de Yale, quisieron identificar aquellos genes más activos durante el desarrollo de la corteza cerebral humana, así como sus efectos biológicos.
Para ello, comenzaron realizando una intensiva búsqueda de modificaciones cerebrales en la corteza en desarrollo de embriones de humano, macaco Rhesus y ratón, vinculados al aumento de la actividad a nivel cortical. Estos científicos comprobaron que en pequeñas zonas del genoma humano es donde se produce una alta actividad, lo que implica, a su vez, una gran cantidad de variaciones epigenéticas.
En los humanos estas variaciones han traído consigo lo que se ha denominado como ganancias epigenéticas. Y compararon los datos obtenidos en las tres especies para determinar que genes eran más activos en el desarrollo cortical humano.
El análisis de sus resultados mostró que estas ganancias epigenéticas no estaban asociadas a cambios específicos en la secuencia genética de los humanos. Pero, sí encontraron unos puntos del genoma o hotspotsen los que se acumulaba una elevada densidad de ganancias epigenéticas.
Expliquemos un poco esto. Los hotspots, son puntos de gran actividad. Concretamente, son regiones o secuencias del genoma que presentan una frecuencia de mutación extremadamente elevada. Las modificaciones epigenéticas, es decir, alteraciones producidas por el ambiente, pueden silenciar o activar determinados genes de manera que provocan que la expresión génica varíe, pero, no provocan cambios en la expresión génica.
Estas modificaciones epigenéticas nos permiten adaptarnos al medio y por tanto, evolucionar. Dichas transformaciones traen consigo un incremento celular en determinadas zonas del cerebro, con un gran impacto evolutivo, según declara el profesor Noonan.
La lista de genes obtenida fue larga. Pero los que han evolucionado más son aquellos que estaban relacionados con una mayor actividad durante el desarrollo de la corteza cerebral humana. Pues bien ¿qué importancia biológica tienen?
Para determinar esta importancia, los investigadores emplearon técnicas de análisis genético y comprobaron que los genes que estos genes son los responsables de la formación de nuevas neuronas, la migración neuronal, así como, de la organización del mapa cortical, son los que han ganado en actividad en los humanos.
El enigma del cerebro
El cerebro es el órgano más enigmático y sorprendente de todo el cuerpo humano. Es el encargado de controlar las funciones de nuestro cuerpo y de mantener el contacto con el mundo exterior. Tiene la capacidad de percibir información, analizarla, integrarla y transmitir órdenes para poder regular el organismo.
Por otro lado, es el órgano que controla lo que sentimos, la conducta, el pensamiento, la forma en la que nos movemos, si tenemos sueño o estamos despiertos y el lenguaje. Además, como vimos en su momento, tiene la capacidad de ensamblar todo lo aprendido en nuestro día a día a través del denominado sueño REM.
Una de las estructuras que forman parte del cerebro es la corteza o córtex cerebral, uno de los tejidos más complejos. Ésta es una estructura laminada organizada en seis capas, que recubre todo el hemisferio cerebral, cada una de las cuales contiene neuronas. Entre estas capas existen conexiones que facilitan el procesamiento de la información. Esta organización es el resultado de una serie de sucesos que ocurren ya durante el desarrollo embrionario.
Pues bien, para que este procesamiento sea correcto debe de existir una adecuada disposición de las neuronas, lo que nos permitirá desempeñar correctamente las funciones biológicas de alta complejidad como la generación de movimiento, percepción, memoria o la conciencia. Ya que es, precisamente, aquí, donde ocurre la percepción, la imaginación, el pensamiento, el juicio y la decisión.
Correcta formación del córtex
En este tejido, como hemos comentado las neuronas siguen una organización determinada y muy concreta, formación en seis capas. Las neuronas se van formando en cada una de estas capas, pero, debe de realizarse de una forma totalmente ordenada, es decir, primero se irán colocando las neuronas de la capa más interna la capa seis, una vez finalizada esta disposición, se inicia la de la capa cinco y así sucesivamente, por tanto, las neuronas más jóvenes se van situando en las capas más superficiales. A este proceso se le denomina de dentro hacia fuera.
Pues bien, esta organización es fundamental dado que cualquier error, por muy pequeño que sea, dará lugar a síndromes altamente discapacitantes e incluso enfermedades mortales como por ejemplo, la lisencefalia.
Este trabajo, aporta resultados de gran valía para la comunidad científica ya que puede ayudar a entender mejor la complejidad del cerebro humano, desde los procesos que se han producido para su evolución hasta su funcionamiento actual.
No sólo eso. El descubrimiento nos muestra los elementos genéticos que nos hace ser persona y, por tanto, puede alterar las bases del conocimiento existente sobre lo que nos hace humanos. Después de todo esto, parece que se inicia una nueva era en la genómica evolutiva de los humanos. Sin embargo, todavía queda mucho por conocer, pues el trabajo de comprender todo aquello que es exclusivo del cerebro humano sigue siendo el gran desafío.
Poco a poco se va avanzando, así que, seguramente, no tardaremos mucho en volver a informar de algún adelanto más realizado que nos vaya aportando nuevas piezas al puzzle tan inmenso que nos queda por completar.
Referencia bibliográfica
Reilly S y col. Evolutionary Changes in Promoter and Enhancer Activity During Human Corticogenesis. Science (2015). DOI:10.1126/science.1260943.
Reilly S y col. Evolutionary Changes in Promoter and Enhancer Activity During Human Corticogenesis. Science (2015). DOI:10.1126/science.1260943.
FUENTE
