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¿El gen que nos hace humanos?
Una pequeña sección de ADN que ha evolucionado rápidamente en los seres humanos podría desempeñar un papel clave en el desarrollo y la evolución del cerebro humano, según una investigación publicada ayer en línea en la revista. Naturaleza . Aunque los científicos aún no saben exactamente cómo funciona el gen en el cerebro, sí saben que la secuencia es completamente exclusiva de los humanos y se expresa en la corteza, que es responsable del pensamiento complejo, durante una etapa clave del desarrollo del cerebro.
Este es un hallazgo muy emocionante, dice Bruce Lahn , genetista que estudia la evolución del cerebro en la Universidad de Chicago. Nos acerca un paso más al objetivo general de comprender la evolución del cerebro humano a nivel de genes.
En algún momento de los últimos cinco a siete millones de años, cuando los humanos y los chimpancés se separaron en el árbol evolutivo, nuestros cerebros se volvieron tres veces más grandes que los de nuestros parientes primates más cercanos. Ese impresionante crecimiento se debió en gran parte a la expansión de la corteza cerebral, la capa externa del cerebro responsable del razonamiento y otros tipos de pensamientos complejos. Desde que las secuencias de los genomas humanos y de otros animales están disponibles para su estudio, los científicos han estado rastreando cantidades de ADN en busca de pistas genéticas sobre el crecimiento acelerado único de nuestro cerebro y los cambios biológicos que nos hacen exclusivamente humanos.
En el nuevo artículo, investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz compararon el genoma humano con los genomas de chimpancés, perros, ratas, ratones y pollos, en busca de secuencias genéticas que estaban altamente conservadas durante la evolución y, por lo tanto, funcionalmente importantes. Luego buscaron secuencias dentro de esas regiones conservadas que habían cambiado rápidamente en los humanos, lo que indica que esos cambios eran importantes para la evolución única del ser humano.
Los investigadores identificaron varios fragmentos de ADN que evolucionan rápidamente, pero el fragmento más rápido fue, con mucho, una pequeña cadena de ADN que forma parte de un gen expresado en el hipocampo, que participa en el aprendizaje y la memoria. Según los hallazgos, la secuencia fue muy similar en pollos y chimpancés, con solo dos cambios en el código genético; pero había cambiado notablemente en el ADN humano, mostrando 18 diferencias genéticas con respecto a la versión de los chimpancés.
Eso realmente confirmó que esta [secuencia] es específica del linaje humano, dice David Haussler , un experto en genómica de UCSC que dirigió el trabajo. También secuenciamos el ADN humano de diferentes personas en todo el mundo; todos parecen tener las mismas 18 variaciones.
Luego, los investigadores descubrieron que el gen, conocido como HAR1F, tiene algunas propiedades aún más atractivas: se expresa en un conjunto particular de células en el cerebro humano entre las 9 y las 19 semanas de gestación, cuando la corteza está experimentando un rápido período de desarrollo. Es esencialmente la fase inicial del desarrollo de la corteza, la parte pensante del cerebro, dice Haussler. Esa es la parte de nuestro cerebro que se ha vuelto mucho más grande durante los últimos millones de años de evolución.
Dado que los científicos aún no conocen la función del gen, es difícil predecir su papel en el desarrollo del cerebro o la evolución humana. Encontrar estos genes en rápida evolución es un punto de partida para comprender la evolución genética humana, dice Lahn, pero no nos dice cómo los cambios en la secuencia genética conducen a cambios en la biología humana.
Por supuesto, HAR1F es bastante misterioso. Codifica solo un ARN, mientras que la mayoría de los genes en última instancia codifican una proteína. Si bien se han identificado otros genes codificadores de ARN (los genes de ARN a veces tienen una función reguladora, alterando la producción de una proteína), esta secuencia no se parece a ninguno de los genes de ARN conocidos. El gen parece ser un gen en su propio universo, dice Lahn.
El gen también es distinto de los genes previamente identificados que podrían desempeñar un papel en la evolución del cerebro. El año pasado, el grupo de Lahn identificó dos genes cerebrales que estaban bajo presión evolutiva reciente. a diferencia de HAR1F , estos genes tienen una función conocida: ambos están involucrados en el control del tamaño del cerebro. Además, las diferentes variaciones de estos genes se encuentran en diferentes regiones del mundo, mientras que todos los analizados hasta ahora parecen tener las mismas 18 variaciones en la parte de rápida evolución. HAR1F .
El grupo de Haussler pudo identificar la nueva pieza de ADN debido a su enfoque único para el análisis del genoma. Los estudios anteriores se centraron en las regiones codificantes del genoma: la sección de ADN que dirige la producción de proteínas. El grupo de Haussler, por otro lado, realizó una búsqueda en todo el genoma de secuencias de rápida evolución dentro de las regiones conservadas de ADN. Su método parece ser una forma muy elegante de recoger los elementos reguladores potenciales que adquirieron funciones únicas en el linaje humano, dice Ganeshwaran Mochida , neurocientífico y genetista de la Facultad de Medicina de Harvard en Boston.
Sin embargo, algunos científicos se muestran escépticos de que el fragmento de ADN resulte ser la clave para la evolución del cerebro humano. Es un poco difícil imaginar cómo una pieza de ARN de 118 pares de bases pudo haber sido tan fría evolutivamente, con dos cambios en los últimos 318 millones de años, y luego someterse a 18 sustituciones independientes sucesivas en el linaje humano desde que se separó del chimpancé. dice Andrew Clark , genetista de poblaciones de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. Sugiere que los cambios recientes pueden ser el producto de un proceso mutacional inusual y aún no entendido, en lugar de una presión evolutiva. Y agrega que aún no existen pruebas de ninguna de las dos posibilidades. En cualquier caso, el trabajo sirve como una fuerte motivación para comprender la función biológica de este gen, y esa siempre ha sido la emoción de este tipo de trabajo, dice.
Haussler y sus colaboradores ahora están tratando de averiguar qué papel HAR1F juega durante el desarrollo del cerebro. Entre otros experimentos, planean crear un ratón que exprese la forma humana del gen. No sabemos si el ratón empezará a escribir Shakespeare, dice Haussler. Es poco probable que funcione como un gen humano porque se expresa en la corteza del ratón con otros genes de ratón, pero es algo que hay que probar.
Haussler predice que los hallazgos desencadenarán una ola de investigación sobre el papel de HAR1F . Por ejemplo, espera que los científicos que estudian la genética de la esquizofrenia y otros trastornos busquen en sus poblaciones de pacientes mutaciones en el gen, lo que podría arrojar luz sobre su papel en el desarrollo del cerebro y la función cognitiva.