¿Qué hace únicos a los humanos modernos? Las comparaciones con nuestros parientes más cercanos, los neandertales, por lo tanto, brindan ideas fascinantes. Se cree que una de las principales explicaciones de la evolución de la cognición humana ha sido el aumento del tamaño del cerebro y la producción de neuronas a lo largo del desarrollo del cerebro.
Los cerebros de los neandertales eran similares en tamaño a los humanos modernos, pero diferían en forma. Lo que no podemos decir a partir de los fósiles es cómo los cerebros de los neandertales podrían haber diferido en la función o la organización de las capas cerebrales, como la neocorteza.
Los científicos de Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresden han analizado ahora el efecto de un solo cambio de aminoácido en la proteína tipo transcetolasa 1 (TKTL1) en la producción de glía radial basal, los caballos de batalla que generan gran parte de la neocorteza . Descubrieron que la variante humana moderna de la proteína TKTL1, que difiere en un solo aminoácido de la variante neandertal, aumenta un tipo de células progenitoras cerebrales, llamadas glía radial basal, en el moderno cerebro humano.
La mayor parte de las neuronas en la neocorteza en crecimiento, un área del cerebro esencial para muchas funciones cognitivas, son producidas por células gliales radiales basales. Los científicos concluyen que esta única sustitución de aminoácido específica de humanos en TKTL1 subyace a una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal en desarrollo de la neocorteza en los humanos modernos que en los neandertales porque la actividad de TKTL1 es particularmente alta en el lóbulo frontal del cerebro humano fetal.
El último estudio del grupo de investigación de Wieland Huttner, uno de los directores fundadores del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) de Dresde, se ha realizado en colaboración con Svante Pääbo, director del Max Planck Institute de Antropología Evolutiva en Leipzig, y Pauline Wimberger del Hospital Universitario de Dresden y sus colegas.
Los científicos se centraron principalmente en: la proteína similar a la transcetolasa 1 (TKTL1). En los humanos modernos, TKTL1 contiene una arginina en la posición de la secuencia en cuestión, mientras que Neandertal TKTL1 contiene el aminoácido relacionado lisina. En la neocorteza humana fetal, TKTL1 se encuentra en las células progenitoras neocorticales, las células de las que derivan todas las neuronas corticales. En particular, el nivel de TKTL1 es más alto en las células progenitoras del lóbulo frontal.
Los científicos exploraron la importancia de este cambio de un aminoácido para el desarrollo del neocórtex. Introdujeron la variante humana moderna o neandertal de TKTL1 en la neocorteza de embriones de ratón.
Observaron que las células gliales radiales basales, el tipo de progenitores neocorticales que se cree que son la fuerza impulsora para un cerebro más grande, aumentaron con la variante humana moderna de TKTL1 pero no con la variante neandertal. En consecuencia, los cerebros de los embriones de ratón con el TKTL1 humano moderno contenían más neuronas.
Luego, los investigadores observaron qué tan significativos eran estos efectos para el crecimiento del cerebro humano. Para lograrlo, utilizaron organoides del cerebro humano—estructuras similares a órganos en miniatura que se pueden cultivar a partir de células madre humanas en placas de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano— para intercambiar la arginina en el TKTL1 humano moderno por la lisina característica del TKTL1 neandertal.
Anneline Pinson dijo, “Encontramos que con el tipo de aminoácido neandertal en TKTL1, se produjeron menos células gliales radiales basales que con el tipo humano moderno y, como consecuencia, también menos neuronas. Esto nos muestra que aunque no sabemos cuántas neuronas tenía el cerebro neandertal, podemos asumir que los humanos modernos tienen más neuronas en el lóbulo frontal del cerebro, donde la actividad TKTL1 es más alta que los neandertales”.
Los científicos también descubrieron que la TKTL1 humana moderna actúa a través de cambios en el metabolismo, estimulando específicamente la vía de las pentosas fosfato seguida de una mayor síntesis de ácidos grasos. De esta manera, se cree que la TKTL1 humana moderna aumenta la síntesis de lípidos de membrana específicos necesarios para generar el largo proceso de células gliales radiales basales que estimula su proliferación y, por lo tanto, aumenta la producción de neuronas.
Wieland Huttner, quien supervisó el estudio, dijo: “Este estudio implica que la producción de neuronas en la neocorteza durante el desarrollo fetal es mayor en los humanos modernos que en los neandertales, en particular en el lóbulo frontal. Es tentador especular que esto promovió las habilidades cognitivas humanas modernas asociadas con el lóbulo frontal”.
Referencia de la revista:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. La TKTL1 humana implica una mayor neurogénesis en el neocórtex frontal de los humanos modernos que en los neandertales”, Ciencia:. 09 de septiembre de 2022 DOI: 10.1126/ciencia.abl6422
