Cosa rende unici gli esseri umani moderni? I confronti con i nostri parenti più stretti, i Neandertal, danno quindi spunti affascinanti. Si ritiene che una delle principali spiegazioni dell'evoluzione della cognizione umana sia stata l'aumento delle dimensioni del cervello e della produzione di neuroni durante lo sviluppo cerebrale.
I cervelli di Neanderthal erano di dimensioni simili agli esseri umani moderni ma differivano nella forma. Quello che non possiamo dire dai fossili è come i cervelli di Neanderthal potrebbero differire nella funzione o nell'organizzazione degli strati cerebrali, come la neocorteccia.
Gli scienziati di Istituto Max Planck di Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda hanno ora analizzato l'effetto di un singolo cambiamento di amminoacido nella proteina transketolasi-like 1 (TKTL1) sulla produzione della glia radiale basale, i cavalli di battaglia che generano gran parte della neocorteccia . Hanno scoperto che la moderna variante umana della proteina TKTL1, che differisce per un solo aminoacido dalla variante di Neandertal, aumenta un tipo di cellule progenitrici del cervello, chiamate glia radiale basale, nel moderno cervello umano.
La maggior parte dei neuroni nella neocorteccia in crescita, un'area del cervello essenziale per molte funzioni cognitive, è prodotta dalle cellule gliali radiali basali. Gli scienziati concludono che questa singola sostituzione di amminoacidi specifica per l'uomo in TKTL1 è alla base di una maggiore produzione di neuroni nel lobo frontale in via di sviluppo della neocorteccia negli esseri umani moderni rispetto ai Neanderthal perché l'attività di TKTL1 è particolarmente elevata nel lobo frontale del cervello umano fetale.
L'ultimo studio del gruppo di ricerca di Wieland Huttner, uno dei direttori fondatori del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda, è stato condotto in collaborazione con Svante Pääbo, direttore del Max Planck Institute per l'antropologia evolutiva a Lipsia e Pauline Wimberger dell'Ospedale universitario di Dresda e i loro colleghi.
Gli scienziati si sono concentrati principalmente su: la proteina transketolasi-like 1 (TKTL1). Nell'uomo moderno, TKTL1 contiene un'arginina nella posizione della sequenza in questione, mentre Neandertal TKTL1 contiene l'aminoacido lisina correlato. Nella neocorteccia umana fetale, TKTL1 si trova nelle cellule progenitrici neocorticali, le cellule da cui derivano tutti i neuroni corticali. In particolare, il livello di TKTL1 è più alto nelle cellule progenitrici del lobo frontale.
Gli scienziati hanno esplorato il significato di questo cambiamento di un amminoacido per lo sviluppo della neocorteccia. Hanno introdotto la variante umana moderna o quella di Neandertal di TKTL1 nella neocorteccia degli embrioni di topo.
Hanno osservato che le cellule gliali radiali basali, il tipo di progenitori neocorticali ritenuti la forza trainante per un cervello più grande, aumentavano con la moderna variante umana di TKTL1 ma non con la variante di Neandertal. Di conseguenza, il cervello degli embrioni di topo con il moderno TKTL1 umano conteneva più neuroni.
I ricercatori hanno poi esaminato quanto fossero significativi questi effetti per il crescita del cervello umano. Per raggiungere questo obiettivo, hanno usato organoidi del cervello umano—strutture simili a organi in miniatura che possono essere coltivate da cellule staminali umane in piastre di coltura cellulare in laboratorio e che imitano aspetti dello sviluppo precoce del cervello umano—per sostituire l'arginina nel moderno TKTL1 umano con la lisina caratteristica del Neandertal TKTL1.
Anneline Pinson ha detto, “Abbiamo scoperto che con l'amminoacido di tipo Neandertal in TKTL1, sono state prodotte meno cellule gliali radiali basali rispetto al tipo umano moderno e, di conseguenza, anche meno neuroni. Questo ci mostra che anche se non sappiamo quanti neuroni avesse il cervello di Neandertal, possiamo presumere che gli esseri umani moderni abbiano più neuroni nel lobo frontale del cervello, dove l'attività TKTL1 è più alta di quella dei Neandertal».
Gli scienziati hanno anche scoperto che il moderno TKTL1 umano agisce attraverso i cambiamenti del metabolismo, stimolando in modo specifico la via del pentoso fosfato seguita da una maggiore sintesi degli acidi grassi. In questo modo, si pensa che il moderno TKTL1 umano aumenti la sintesi di lipidi di membrana specifici necessari per generare il lungo processo delle cellule gliali radiali basali che stimola la loro proliferazione e, quindi, aumenta la produzione di neuroni.
Wieland Huttner, che ha supervisionato lo studio, ha dichiarato: “Questo studio implica che la produzione di neuroni nella neocorteccia durante lo sviluppo fetale è maggiore negli esseri umani moderni rispetto ai Neanderthal, in particolare nel lobo frontale. Si è tentati di ipotizzare che questo abbia promosso le moderne capacità cognitive umane associate al lobo frontale”.
Riferimento della Gazzetta:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. Il TKTL1 umano implica una maggiore neurogenesi nella neocorteccia frontale degli esseri umani moderni rispetto ai Neandertal", Scienze. 09. settembre 2022 DOI: 10.1126/scienza.abl6422
