¿Qué nos hace humanos y de dónde proviene esta misteriosa propiedad de la “humanidad”? Los seres humanos son genéticamente similares a los chimpancés y los bonobos, pero existen diferencias obvias de comportamiento y cognitivas. Ahora, investigadores del Instituto Salk, en colaboración con investigadores del departamento de antropología de la UC San Diego, han desarrollado una estrategia para estudiar más fácilmente el desarrollo temprano de las neuronas humanas en comparación con las neuronas de los primates no humanos. El estudio, que apareció en eLife el 7 de febrero de 2019, ofrece a los científicos una herramienta novedosa para la investigación fundamental del cerebro.
“Este estudio proporciona información sobre la organización del desarrollo del cerebro y sienta las bases para futuros análisis comparativos entre humanos y primates no humanos”, dice uno de los autores principales del estudio, el presidente de Salk y el profesor Rusty Gage , que posee a Vi y John. Cátedra Adler para la investigación de enfermedades neurodegenerativas relacionadas con la edad.
Dos procesos importantes en el desarrollo del cerebro incluyen la maduración y migración de las neuronas. La maduración implica el crecimiento de las neuronas a medida que las neuronas aumentan sus conexiones entre sí para una mejor comunicación. La migración es el movimiento físico de las neuronas en diferentes partes del cerebro en desarrollo. Los autores buscaron comparar la maduración de las neuronas y la migración entre humanos y primates no humanos.
Para llevar a cabo esta tarea, el laboratorio de Gage ideó un nuevo método que utiliza tecnología de células madre para extraer células de la piel de los primates y convencerlos, mediante un virus y cócteles químicos, para que se conviertan en células progenitoras neurales, un tipo de célula que tiene la capacidad de convertirse en múltiples Tipos de células en el cerebro, incluyendo neuronas. Estas nuevas líneas celulares de primates pueden luego propagarse perpetuamente, lo que permite a los investigadores nuevas vías para estudiar aspectos del desarrollo neuronal de neuronas vivas sin muestras de tejido de primates en peligro de extinción, como los chimpancés y los bonobos.
“Esta es una estrategia novedosa para estudiar la evolución humana”, dice Carol Marchetto, científica senior de Salk en el Laboratorio de Genética, co-primera autora y una de las autoras principales del estudio. “Estamos felices de compartir estas líneas celulares de primates con la comunidad científica, de modo que los investigadores de todo el mundo puedan examinar el desarrollo del cerebro de los primates sin el uso de muestras de tejido. Anticipamos que esto llevará a numerosos hallazgos nuevos en los próximos años sobre la evolución del cerebro “.
Los investigadores primero exploraron las diferencias en la expresión génica relacionada con el movimiento neuronal, comparando células de humanos, chimpancés y bonobo. También investigaron las propiedades de migración de las neuronas inherentes a cada especie. Encontraron 52 genes relacionados con la migración y, curiosamente, las neuronas chimpancé y bonobo tuvieron períodos de rápida migración, mientras que las neuronas humanas se movieron lentamente.
Con el fin de comparar el movimiento y la maduración de las neuronas fuera de un plato, los científicos trasplantaron las células progenitoras neurales de los humanos y los chimpancés en los cerebros de los roedores, lo que permitió que las neuronas prosperaran y brindaron señales de desarrollo adicionales para que las neuronas se desarrollaran.
Luego, los investigadores analizaron las diferencias en la distancia de migración, la forma y el tamaño de las neuronas hasta 19 semanas después del trasplante. Observaron la longitud, la densidad y la cantidad de extensiones de las neuronas llamadas dendritas, así como el tamaño de los cuerpos celulares, que albergan el núcleo y el ADN.
Las neuronas del chimpancé migraron una distancia mayor y cubrieron un área 76 por ciento mayor que las neuronas humanas después de dos semanas. Las neuronas humanas se desarrollaron más lentamente, pero alcanzaron longitudes más largas que las neuronas del chimpancé. Este patrón de crecimiento más lento puede permitir que los humanos alcancen más hitos de desarrollo que los primates no humanos, lo que podría explicar las diferencias en el comportamiento y las capacidades cognitivas.
En el futuro, los autores esperan construir un árbol evolutivo de múltiples especies de primates, utilizando líneas de células madre pluripotentes inducidas, para comprender mejor la evolución del cerebro humano. Además, los autores planean usar esta plataforma para estudiar las diferencias en la regulación de genes entre las especies de primates que subyacen a las diferencias en la maduración neuronal y pueden potencialmente afectar la organización del cerebro en los humanos.
“Tenemos un conocimiento limitado sobre la evolución del cerebro, especialmente cuando se trata de diferencias en el desarrollo celular entre especies”, dice Marchetto. “Estamos entusiasmados con las tremendas posibilidades que este trabajo abre para el campo de la neurociencia y la evolución cerebral”.
Fuente: Instituto Salk de Estudios Biológicos
Referencia: Species-specific maturation profiles of human, chimpanzee and bonobo neural cells. Maria C Marchetto et al. eLife 2019;8:e37527. DOI: 10.7554/eLife.37527